無人機航測技術(shù)在礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查中的應(yīng)用

張健雄，伍雅晴

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二四七隊，湖南 長沙 410100）

1 礦山生態(tài)修復(fù)內(nèi)容論述

1.1 基礎(chǔ)內(nèi)容

礦山生態(tài)修復(fù)一般是指對礦業(yè)活動受損生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，這個生態(tài)系統(tǒng)有露天采場、渣土堆場、尾礦庫等，破壞的生態(tài)環(huán)境為土地、土壤、林草、地表水與地下水、礦區(qū)大氣、動物棲息地、微生物群落等。礦山生態(tài)修復(fù)要根據(jù)生態(tài)環(huán)境標準要求，采取巖土工程、農(nóng)田水利工程等技術(shù)措施，重塑礦山損毀區(qū)地表地形，并通過物理、化學、生物的方法來恢復(fù)或重建廢棄地的生態(tài)系統(tǒng)。而礦山生態(tài)修復(fù)是一項系統(tǒng)工程，不僅涉及礦山的地質(zhì)地貌、水文、植被、土壤等要素，而且還需要巖土力學、環(huán)境學、生態(tài)學、生物學、土壤學、植物生理學、園藝學等多個學科的共同參與研究，充分體現(xiàn)了多學科交叉綜合的特點。

1.2 常見問題

基于以往的作業(yè)經(jīng)驗，在實際應(yīng)用中存在以下應(yīng)用問題：①地貌景觀遭到破壞，在礦山初期開采過程中，需要在某作業(yè)范圍內(nèi)進行一些基礎(chǔ)設(shè)施的布置，這樣也會對作業(yè)區(qū)域的植被、山體造成破壞，而廢棄礦渣的堆砌也會對地形地貌景觀造成破壞。②土地資源被破壞，在正式采礦前需要利用機械設(shè)備來挖損土地資源，用來建設(shè)工業(yè)廢渣堆放處、運輸車輛停放處等，從而影響到土地表層完整性。③存在一些地質(zhì)隱患，礦山開采活動的進行，能夠影響到圍巖應(yīng)力分布的均勻性，而且也會對結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性帶來較大影響，從而增加滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率。

2 無人機航測技術(shù)在礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查中的應(yīng)用流程

2.1 航線規(guī)劃

在技術(shù)具體應(yīng)用中，首要的工作內(nèi)容便是做好航線規(guī)劃工作，具體實施中需注意以下幾點：第一，對于礦山地質(zhì)邊界進行確定，在確定邊界的同時，也需要對待勘察區(qū)域的林木分布、水域位置及寬度、山體高度等，這也是規(guī)劃無人機航線的重要前提條件。第二，為了確保最終數(shù)據(jù)采集效果能夠?qū)崿F(xiàn)礦山的全面覆蓋，同時也為了避免由于采集影像形變量過大問題，因此在航線規(guī)劃中會適當擴大掃描范圍，確保采集數(shù)據(jù)的完整性。如對于小范圍礦山進行勘察時，會將礦山中心與礦區(qū)邊界之間的距離作為檢測半徑，將半徑擴大20%～50%來作為航拍范圍，而大范圍礦山則會在半徑基礎(chǔ)上擴充15%～30%，以滿足擴充階段的基本要求。第三，根據(jù)地形復(fù)雜性來確定航線中的檢測重點，并且也需要做好相應(yīng)的記錄工作，從而為內(nèi)業(yè)整理活動的順利推進奠定基礎(chǔ)。

2.2 像控點布控

完成航線規(guī)劃工作之后，進入到像控點布控階段，其作用是為航測信息整理時提供標準參考，從而確保數(shù)據(jù)整理結(jié)果的可靠性。在具體的布設(shè)過程中也需要注意以下幾點：第一，合理選擇像控點位置，在此過程中會利用到GPS技術(shù)來完成像控點的定位工作，而線控點位置則需要容易進行引測、可以圍繞待測區(qū)域邊界或中心區(qū)域來完成像控點布置工作，以滿足具體的應(yīng)用需求。第二，做好像控點數(shù)量的控制工作，通常情況下，所布設(shè)的像控點數(shù)量不能少于四個，而且像控點也需要利用RTK基站和GPS對其進行定位，至少需要安排三顆以上衛(wèi)星對該點坐標進行定位，從而確保定位結(jié)果的可靠性。第三，提前建立好相應(yīng)的三維模型，在模型中確定標準坐標點相應(yīng)位置，同時也需要明確具體的處理方法，從而提高坐標模型內(nèi)容的可靠性。

2.3 航測參數(shù)設(shè)定

開始航測工作前，需要明確相應(yīng)的航測參數(shù)，從現(xiàn)階段使用情況來看，一般參照的規(guī)范為《1：500 1：1 000 1：2 000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》(GB/T 7931—2008)中所規(guī)定的參數(shù)，具體內(nèi)容如下：在同一航向上飛行的無人機，其航向重疊不能低于60%，同時在旁向位置處進行無人機飛行時，其旁向重疊也不能夠小于30%。以繪制1:2000地形圖為例，在具體的航測過程中，其在傾斜方向上的航測高度不低于180m，飛行速度保持在6m/s，而旁向重疊不能低于85%，設(shè)定好間距后開始進行檢測。同時在正向上進行攝影時，其高度不能低于80m，飛行速度保持在7.0m/s，而相互間航向重疊不能低于85%，按要求進行定距測量，采集可靠的檢測數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理

完成測繪數(shù)據(jù)采集之后，進入到數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理階段，在具體的處理過程中，也需要注意以下幾點：第一，對檢測數(shù)據(jù)的準確性進行梳理，將重復(fù)數(shù)據(jù)清除掉，同時也需要對錯誤數(shù)據(jù)、遺漏數(shù)據(jù)進行及時補測，確保錄入到軟件中數(shù)據(jù)的完整性。無人機測繪技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)主要以圖像、照片為主，因此需要對清晰度進行辨別，待滿足要求后再進入到下一環(huán)節(jié)的作業(yè)活動。第二，對于采集到的數(shù)據(jù)信息進行綜合整理，目前應(yīng)用較多的處理軟件包括Godwork、pix4d、inpho、航天遠景等，根據(jù)實際需求，對數(shù)據(jù)進行數(shù)字坐標提取、專題圖形繪制等處理，而且也需要利用軟件來完成控制點平差工作的計算工作，從而得到可靠的計算數(shù)據(jù)，這樣可以利用三維模型的順利構(gòu)建，提升數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可靠性。

2.5 生態(tài)敏感度分析

進行礦山監(jiān)測數(shù)據(jù)處理時，生態(tài)敏感度是分析礦山生態(tài)環(huán)境的重要特征，如果環(huán)境的敏感性越高，那么該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性越差，對外界因素的抵抗能力越低。基于以往的應(yīng)用經(jīng)驗，在生態(tài)敏感度分析過程中，主要對區(qū)域的生態(tài)資源目前的應(yīng)用狀態(tài)進行深入勘察，以此來了解生態(tài)單元的實際恢復(fù)能力，從而對礦山區(qū)域進行等級分類，按照生態(tài)敏感性由高到低決定處理過程的優(yōu)先級，加強高敏感區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)工作，同時也需要做好低敏感區(qū)的有序開發(fā)工作，起到良好的環(huán)境保護工作。另外，借助無人機還可以對區(qū)域展開層分析，利用計算機設(shè)置的敏感因子，對于因子權(quán)重進行合理計算，隨后在軟件中對權(quán)重信息進行疊加，從而得到更加可靠的分析數(shù)據(jù)，滿足實際應(yīng)用階段的具體需求。

2.6 改造效果預(yù)期

無人機測繪技術(shù)的應(yīng)用，也會對生態(tài)修復(fù)工作開展后的效果進行預(yù)期，結(jié)合實際實施后的反饋效果，對比和預(yù)期之間的差距，及時調(diào)整新的生態(tài)修復(fù)建議，從而確保整個生態(tài)修復(fù)活動的有序進行。在擬定改造方案這一環(huán)節(jié)中，作業(yè)人員需要結(jié)合具體的應(yīng)用情況，利用無人機對初始狀態(tài)數(shù)據(jù)進行收集，同時利用軟件來完成地形修改，在此過程中，也可以利用DOM來對植物紋理分布情況進行梳理和分析，這也是重新搭建三維立體模型的基礎(chǔ)保障，同時這也是確保景觀可以按照預(yù)定要求順利完善修復(fù)的重要依據(jù)。在經(jīng)過一段時間的修復(fù)作業(yè)后，也會對區(qū)域生態(tài)修復(fù)情況進行在檢測，一般都會以年為單位，在夏季植物茂盛性較高的區(qū)間段進行無人機航測，對比未恢復(fù)前的植被分布情況，調(diào)整下一階段的生恢復(fù)處理措施，逐步達到預(yù)期的修復(fù)效果。

3 無人機航測技術(shù)應(yīng)用建議分析

3.1 做好基礎(chǔ)準備工作

通過做好基礎(chǔ)準備工作，有利于無人機航測技術(shù)的順利應(yīng)用，從而提高所采集數(shù)據(jù)信息的準確性。在實際準備過程中，應(yīng)做好以下準備工作：第一，基礎(chǔ)資料采集，需要委派作業(yè)人員對礦山區(qū)域的基礎(chǔ)資料進行采集，內(nèi)容包括氣候條件、區(qū)位條件、礦山高度、風向、風力等，這也為航線規(guī)劃、航測時間的確定提供必要的數(shù)據(jù)支持。第二，設(shè)備質(zhì)量管控，技術(shù)在應(yīng)用過程中，涉及的設(shè)備包括無人機、攝影設(shè)備、傳感器、定位裝置等，這些設(shè)備的質(zhì)量也將直接影響到技術(shù)應(yīng)用效果。因此需要提前擬定好相應(yīng)的材料采購計劃，明確設(shè)備質(zhì)量管理要求，同時也需要做好設(shè)備調(diào)試工作，確保設(shè)備工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。第三，通信準備工作，無人機航測得到的數(shù)據(jù)都會通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)接嬎銠C當中，通信系統(tǒng)的抗干擾性、傳輸速度也是需要重點考量的范疇，也是前期準備環(huán)節(jié)中需要注意的內(nèi)容。

3.2 加強組織管理水平

通過加強組織管理水平，可以提高作業(yè)人員的綜合能力水平，減少人為失誤帶來的負面影響。在實際管理中也需要注意以下幾點內(nèi)容：第一，做好人員篩選工作，在組建施工組織時，需要適當提高人員篩選門檻、細化能力考核內(nèi)容。除了考量人員綜合能力、實踐能力外，還需要對施工人員學習能力、責任意識、管理能力等方面進行評測，從而篩選出合適的組織成員組成管理隊伍。第二，組成的管理隊伍在日常生活中，也需要做好相應(yīng)的培訓(xùn)工作，整個培訓(xùn)過程需要將理論知識和實踐知識關(guān)聯(lián)在一起，結(jié)合建立好的測試體系，對于完成培訓(xùn)的作業(yè)人員進行考試，將考試結(jié)果與績效考核關(guān)聯(lián)在一起，這樣也可以提高參訓(xùn)人員對于組織的培訓(xùn)活動給予足夠重視，有序提升綜合實力，為后續(xù)工作的順利進行奠定基礎(chǔ)[1]。

3.3 建立信息數(shù)據(jù)庫

通過建立信息數(shù)據(jù)庫，可以對價值數(shù)據(jù)進行有效存儲，從而提升信息內(nèi)容的利用價值。在實際應(yīng)用中，多數(shù)情況下都會利用信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)來輔助信息庫建立，在信息庫建立過程中，也需要對采集到的信息做好分類，例如，可以將航測數(shù)據(jù)按照生態(tài)敏感區(qū)劃分情況進行整理，同時也需要貼上時間標簽，這也是進行生態(tài)修復(fù)過程進行直觀展示的重要依據(jù)。而且在信息數(shù)據(jù)錄入時，也會提前做好關(guān)鍵詞標記，而且也需要對錯誤數(shù)據(jù)、重復(fù)數(shù)據(jù)進行剔除，確保數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的準確性。另外，還需要對人機交互界面進行優(yōu)化，在界面上提供列表選項，這樣可以快速縮小查詢范圍，提高信息反饋過程的靈敏度[2]。

4 結(jié)語

做好基礎(chǔ)準備工作，有利于無人機航測技術(shù)順利應(yīng)用，加強組織管理水平，提高作業(yè)人員綜合能力水平，建立信息數(shù)據(jù)庫，可以對價值數(shù)據(jù)進行有效存儲，做好持續(xù)性監(jiān)測，能夠?qū)^(qū)域生態(tài)恢復(fù)情況進行及時了解。通過將無人機航測技術(shù)應(yīng)用到礦山生態(tài)恢復(fù)調(diào)查活動中，可以采集到全面、準確的應(yīng)用數(shù)據(jù)，而且能夠為生態(tài)恢復(fù)計劃的擬定提供數(shù)據(jù)支持，從而加快生態(tài)修復(fù)工作的開展速度。