淺析礦區(qū)復(fù)墾林地生態(tài)修復(fù)無人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)

劉毅虎

（甘肅洮河國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅 卓尼 747600）

我國(guó)是一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，但是早期的礦業(yè)資源開采中缺乏對(duì)礦區(qū)的保護(hù)，導(dǎo)致大量的礦區(qū)荒廢、生態(tài)環(huán)境惡化。從2010年開始，我國(guó)相關(guān)部門開始推行建設(shè)綠色礦山項(xiàng)目，大力開展礦區(qū)復(fù)墾。同時(shí)，將相應(yīng)的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于礦區(qū)復(fù)墾監(jiān)測(cè)中，分析礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)、土地資源應(yīng)用等情況。傳統(tǒng)的遙感技術(shù)具有分辨率不高、價(jià)格昂貴等特點(diǎn)，隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將無人機(jī)應(yīng)用于礦區(qū)復(fù)墾林地生態(tài)修復(fù)的監(jiān)測(cè)中，能夠有效地開展國(guó)土資源調(diào)查、分析林區(qū)生長(zhǎng)情況，為礦區(qū)復(fù)墾提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[1]。

1 無人機(jī)在礦區(qū)復(fù)墾中的應(yīng)用

1.1 礦區(qū)復(fù)墾的價(jià)值

由于早期無節(jié)制地開礦，導(dǎo)致當(dāng)前我國(guó)礦區(qū)污染嚴(yán)重，生態(tài)破壞明顯。礦區(qū)復(fù)墾的目標(biāo)是通過各種技術(shù)，恢復(fù)礦區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)，從而使礦區(qū)能夠發(fā)揮更好的作用。礦區(qū)復(fù)墾具有生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。首先，通過土地復(fù)墾，為林地修復(fù)提供土地資源，創(chuàng)建以林地開發(fā)為主的礦區(qū)復(fù)墾，能夠改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，使環(huán)境逐漸恢復(fù)。礦區(qū)復(fù)墾所栽種的經(jīng)濟(jì)林地，包括喬木和灌木，能夠?yàn)榈V區(qū)帶來經(jīng)濟(jì)收入。礦區(qū)復(fù)墾林地同樣具有旅游價(jià)值，給當(dāng)?shù)芈糜螏黹g接經(jīng)濟(jì)效益。所修復(fù)的礦區(qū)，能夠減少礦區(qū)水土流失和生態(tài)環(huán)境破壞，給當(dāng)?shù)鼐用駝?chuàng)建更好的生存環(huán)境，也能夠得到相應(yīng)的工作崗位，帶動(dòng)當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)。

1.2 無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

礦區(qū)復(fù)墾是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，首先需要對(duì)礦區(qū)的損毀情況進(jìn)行調(diào)查，分析該地區(qū)的適應(yīng)性，為復(fù)墾方案提供依據(jù)。其次需要對(duì)復(fù)墾情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為后續(xù)分析方案優(yōu)化提供依據(jù)。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)也在不斷發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的用途。相比于其他的遙感測(cè)繪技術(shù)，無人機(jī)應(yīng)用于礦區(qū)復(fù)墾具有以下優(yōu)勢(shì):第一，直觀性。無人機(jī)獲得的是目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的影像圖，具有表達(dá)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠?yàn)榈V區(qū)復(fù)墾監(jiān)測(cè)提供直觀的數(shù)據(jù)，包括地表屬性、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，便于后續(xù)利用。第二，高效性。礦區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，常規(guī)遙感測(cè)量技術(shù)測(cè)量效率低，無人機(jī)能夠無視地勢(shì)，在空中完成測(cè)繪，具有高效的特點(diǎn)，人工成本低。第三，全面性。無人機(jī)獲得的影像數(shù)據(jù)能夠全面地記錄測(cè)量目標(biāo)的信息，具有全面性的優(yōu)勢(shì)，礦區(qū)土地復(fù)墾任務(wù)量大，利用無人機(jī)監(jiān)測(cè)，可以準(zhǔn)確、全面的測(cè)量復(fù)墾區(qū)的情況，為復(fù)墾方案提供詳實(shí)的資料。

2 礦區(qū)損毀無人機(jī)監(jiān)測(cè)

2.1 無人機(jī)系統(tǒng)

采用大疆無人機(jī)作為礦區(qū)損毀無人機(jī)監(jiān)測(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)搭配大疆無人機(jī)的影像測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大，便于生成高質(zhì)量圖像的特點(diǎn)。所選用的無人機(jī)系統(tǒng)容易操控，而且無人機(jī)質(zhì)量輕便，可以拆卸與組裝，便于運(yùn)轉(zhuǎn)，且不需要專業(yè)的跑道。所選用的軟件系統(tǒng)包括航線規(guī)劃軟件和數(shù)據(jù)處理軟件，前者用于無人機(jī)監(jiān)測(cè)航線的規(guī)劃與射界，確保航線能夠全面了解目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的情況，后者能夠?qū)o人機(jī)拍攝的影像進(jìn)行自動(dòng)化處理，得到圖像以及數(shù)據(jù)模型。

2.2 無人機(jī)航線規(guī)劃

航線規(guī)劃是無人機(jī)航行以及拍攝的基礎(chǔ)，為了更好地做好航線規(guī)劃，需要結(jié)合GIS技術(shù)和航線規(guī)劃軟件做好航線規(guī)劃。首先，確定目標(biāo)區(qū)域。確定礦區(qū)復(fù)墾測(cè)量的相關(guān)區(qū)域，由航線規(guī)劃軟件圈出測(cè)量界線，利用GIS技術(shù)查詢測(cè)區(qū)，明確測(cè)量區(qū)域的接線，確定無人機(jī)起降的位置。其次，根據(jù)航線規(guī)劃軟件自動(dòng)生成航線的功能，在確定測(cè)量范圍、起落點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析走完航線所需的時(shí)間，確定無人機(jī)電池電量，飛行軌跡。第三，模擬飛行。航線軌跡設(shè)定完成后，利用航線規(guī)劃軟件自帶的模擬飛行軟件，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)模擬飛行，模擬過程中需要對(duì)航線監(jiān)視選項(xiàng)卡、無人機(jī)電量、無人機(jī)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視，通過模擬明確安全、合理、可靠、滿足測(cè)量目標(biāo)的無人機(jī)行駛路線。

2.3 無人機(jī)外業(yè)拍攝

無人機(jī)外業(yè)拍攝是影像處理和墾區(qū)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，外業(yè)拍攝主要由實(shí)地拍攝、像控點(diǎn)布設(shè)以及實(shí)地航拍構(gòu)成。在無人機(jī)航線規(guī)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)地考察，分析目標(biāo)地點(diǎn)的底線，確保無人機(jī)航線規(guī)劃安全可行。根據(jù)實(shí)地情況布設(shè)像控點(diǎn)，通常1條航線內(nèi)需要布設(shè)3～4個(gè)像控點(diǎn)，而且布設(shè)在比較明顯的地方，確保像控點(diǎn)覆蓋整個(gè)區(qū)域。前期準(zhǔn)備工作完成后，選擇合適的天氣開展無人機(jī)監(jiān)測(cè)，避免風(fēng)雨等對(duì)無人機(jī)監(jiān)測(cè)造成影響[2]。將無人機(jī)帶到待測(cè)區(qū)域，組裝無人機(jī)，確認(rèn)無人機(jī)飛行功能、照相功能正常。打開無人機(jī)自帶的航線規(guī)劃軟件，通過無線技術(shù)與軟件連接，由軟件控制無人機(jī)的飛行與拍攝。飛行過程中要實(shí)時(shí)了解無人機(jī)的飛行狀態(tài)、干擾因素、電池電量等，根據(jù)設(shè)定拍攝相應(yīng)的影像圖片，為圖片處理提供數(shù)據(jù)。

3 礦區(qū)復(fù)墾林區(qū)細(xì)化調(diào)查

3.1 航拍影像技術(shù)

無人機(jī)航拍影像技術(shù)分辨率高，能夠獲得豐富的地面信息。通過無人機(jī)航拍影像技術(shù)，能夠?yàn)榈V區(qū)復(fù)墾的林地種類、林地樹種構(gòu)成、林地面積提供依據(jù)。無人機(jī)航拍鏡頭大約為5～25 cm，對(duì)礦區(qū)復(fù)墾林區(qū)進(jìn)行航拍，通過航線拍攝，能夠獲得數(shù)千張照片。隨著航拍攝影技術(shù)的發(fā)展，所得到的照片色彩真實(shí)、圖像清晰，能夠準(zhǔn)確反映林區(qū)情況。通過航拍的照片，可以調(diào)查林區(qū)生長(zhǎng)、林區(qū)樹木特征。利用航拍的色彩標(biāo)志，能夠判斷林區(qū)樹木是否死亡、是否存在病蟲害等信息，為樹木的災(zāi)害分析提供依據(jù)。色彩分析法適用于面積大、密度高的林區(qū)，可以了解種植面積、種植密度。通過解讀影像照片，能夠判斷樹木種類、樹冠高度、樹木高度等信息，結(jié)合林區(qū)種植信息，能夠?yàn)闃淠颈孀R(shí)提供依據(jù)。無人機(jī)航拍攝影的效率高、分辨率高，一次拍攝可以獲得大量圖片，可以節(jié)約林區(qū)檢查所需的人力、物力，降低林區(qū)監(jiān)測(cè)成本。

3.2 低空攝影測(cè)量

低空攝影技術(shù)是無人機(jī)監(jiān)測(cè)的特有技術(shù)，將低空攝影技術(shù)應(yīng)用于礦區(qū)復(fù)墾林地監(jiān)測(cè)中，能夠獲取準(zhǔn)確的圖片信息。無人機(jī)低空攝影技術(shù)主要是獲取測(cè)量區(qū)域內(nèi)的影像數(shù)據(jù)、測(cè)定影像控制線、建立空中三角測(cè)量控制點(diǎn)。通過低空攝影測(cè)量，能夠確定航拍路線，設(shè)計(jì)航拍軌跡，降低無人機(jī)拍攝難度。為了確保低空攝影安全可靠，多角度攝影獲取多面高分辨率紋理影像，合理選擇控制密度，確?？刂泣c(diǎn)測(cè)量精度滿足需求。

3.3 待復(fù)墾區(qū)測(cè)量

待復(fù)墾區(qū)主要是尚未開展復(fù)墾林地生態(tài)修復(fù)的區(qū)域，主要包括礦產(chǎn)挖損土地、礦山塌陷區(qū)域、礦石堆場(chǎng)等區(qū)域，測(cè)量待復(fù)墾區(qū)，能夠?yàn)榱值匦迯?fù)提供依據(jù)。采用無人機(jī)對(duì)待復(fù)墾區(qū)進(jìn)行測(cè)量，獲得較高分辨率和較高像素的圖片。通過無人機(jī)測(cè)量獲得的影像圖片，能夠分析相關(guān)區(qū)域的塌陷情況、地形地貌情況，詳細(xì)地展現(xiàn)周邊區(qū)域地形，為后續(xù)的復(fù)墾林地修復(fù)提供參考。無人機(jī)影像能夠?yàn)榈V區(qū)復(fù)墾提供圖像支持，以無人機(jī)拍攝圖片作為工作底圖，采用點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)地考察的方式，建立待復(fù)墾區(qū)域的三維模型，獲得準(zhǔn)確的地面信息。

4 結(jié)語

礦區(qū)復(fù)墾林地生態(tài)修復(fù)對(duì)于恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)、提升礦區(qū)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)監(jiān)測(cè)在礦區(qū)復(fù)墾林區(qū)監(jiān)測(cè)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，通過無人機(jī)的航拍攝影、低空攝影、模型構(gòu)建等，能夠準(zhǔn)確了解林區(qū)的生長(zhǎng)情況，降低人工考察成本，提升監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度。合理利用無人機(jī)技術(shù)，能夠有效提升礦區(qū)復(fù)墾林地生態(tài)修復(fù)監(jiān)測(cè)水平。