基于無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的礦山土地?fù)p毀現(xiàn)狀分析

弓曉飛

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

1 引言

礦山開(kāi)采帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和地區(qū)發(fā)展等紅利的同時(shí)，伴隨而來(lái)的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題也不容忽視[1]。除引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，帶來(lái)水土環(huán)境污染，破壞地表植被和自然景觀(guān)等，也會(huì)造成土地資源破壞，使土地功能減退甚至喪失[2]。因此采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)繪等技術(shù)手段，監(jiān)測(cè)礦山開(kāi)采中的土地?fù)p毀情況，及時(shí)采取措施對(duì)已損毀土地進(jìn)行復(fù)墾，防止水土流失、土地功能持續(xù)減退，對(duì)于節(jié)約礦山成本和礦區(qū)土地的可持續(xù)利用有重要意義。

獲得礦山土地?fù)p毀評(píng)估所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方法多采用人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、遙感數(shù)據(jù)采集等。李晶等[3]利用1986 年～2017 年27 期Landsat 多光譜遙感影像，以勝利礦區(qū)為例，基于歸一化植被指數(shù)NDVI 的長(zhǎng)時(shí)間序列軌跡變化特征，獲得礦區(qū)開(kāi)采擾動(dòng)和土地?fù)p毀信息；程素珍等[4]以山東省濟(jì)南市鋼城區(qū)某礦山為研究對(duì)象，采取現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)繪及物探勘查等手段，查清了廢棄礦山環(huán)境現(xiàn)狀及土地資源損毀情況。相較于傳統(tǒng)的測(cè)繪方式，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)具有成本低、靈活簡(jiǎn)便、采集信息豐富、效率高等優(yōu)點(diǎn)[5]，在小范圍和飛行困難地區(qū)快速獲取高分辨率影像方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[6]，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建設(shè)工程、地質(zhì)災(zāi)害、空間規(guī)劃、國(guó)土監(jiān)察等方面，尤其適合礦山土地?fù)p毀監(jiān)測(cè)、礦山土地復(fù)墾和地質(zhì)環(huán)境治理等工作區(qū)域較小、具有重復(fù)性的工作[7,8]。

本文以滎陽(yáng)市某黃鐵礦為例，利用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)取得礦區(qū)影像，將所得影像進(jìn)行校正處理，并與礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖疊加分析，進(jìn)而進(jìn)行礦山土地?fù)p毀面積計(jì)算和損毀程度分析，為礦山土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)提供可靠依據(jù)。

2 礦山概況

該礦山位于滎陽(yáng)市劉河鎮(zhèn)、崔廟鎮(zhèn)交界處，隸屬劉河鎮(zhèn)轄區(qū)。礦山為已建礦山，批準(zhǔn)開(kāi)采硫鐵礦，主要采用露天開(kāi)采方式，目前形成五處露天采坑。礦區(qū)地貌類(lèi)型屬黃土丘陵與基巖丘陵過(guò)渡帶，主要丘陵和溝谷呈南北向展布，地勢(shì)南北高、中間低，礦區(qū)北部的大山嶺為區(qū)內(nèi)最高山頭，標(biāo)高299.59m，最低標(biāo)高為207m，相對(duì)高差30 ～92.59m。區(qū)內(nèi)微地貌形態(tài)主要有陡坡、緩坡、平地和沖溝。礦區(qū)內(nèi)無(wú)常年性河流，溝谷中僅在雨季有短暫流水，屬淮河水系。在礦區(qū)中北部有任洼水庫(kù)，屬于季節(jié)性水庫(kù)，無(wú)攔水壩、泄洪壩等水利設(shè)施。區(qū)內(nèi)植物資源貧乏，常見(jiàn)的木本植物資源多為人工栽培，主要有闊葉落葉用材、果樹(shù)以及各種農(nóng)作物，還成點(diǎn)、片生長(zhǎng)著喬木科、菊科、豆科等早生草本植物。礦區(qū)內(nèi)大面積新生界覆蓋，基巖露頭零星分布。礦區(qū)及周邊人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)以農(nóng)業(yè)為主，種植小麥、玉米、豆類(lèi)等；經(jīng)濟(jì)作物以棉花、油料、蔬菜為主；礦產(chǎn)資源較為豐富，以煤、鋁、硫鐵礦為主。

3 數(shù)據(jù)獲取

采用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)采集工作區(qū)地形數(shù)據(jù)。測(cè)區(qū)包括礦區(qū)及周邊區(qū)域，面積約2.5km2。無(wú)人機(jī)飛行高度小于1000m，屬于開(kāi)放的低空空域，附近沒(méi)有軍事區(qū)域，無(wú)民用機(jī)場(chǎng)，不在機(jī)場(chǎng)空域、民航航路上，飛行空域情況良好。本次工作采用eBee Plus 無(wú)人機(jī)采集基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)，此款無(wú)人機(jī)重量輕、高耐用、自身攜帶的相機(jī)功能廣，可實(shí)現(xiàn)從起飛到著陸以及飛行期間圖像獲取的全自動(dòng)操作。無(wú)人機(jī)具體參數(shù)如表1 所示。

表1 無(wú)人機(jī)具體參數(shù)

本次工作所獲取影像為可進(jìn)行立體測(cè)量的真彩色數(shù)字影像。根據(jù)攝影測(cè)量規(guī)范，結(jié)合測(cè)區(qū)地形條件，測(cè)圖等高距，考慮基高比、成本、效率、效果等因素，確定地面分辨率為6cm，影像數(shù)據(jù)滿(mǎn)足1∶1000 成圖精度要求。投影方式采用高斯-克呂格3°帶投影，平面坐標(biāo)采用西安80 坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)，基本等高距1m。工作流程和內(nèi)容包括技術(shù)資料收集和現(xiàn)場(chǎng)踏勘，確定航攝方案、航攝任務(wù)實(shí)施、飛行質(zhì)量檢查、成果質(zhì)量檢查以及內(nèi)業(yè)處理等，質(zhì)量控制貫穿工作全過(guò)程，保證數(shù)據(jù)及成果滿(mǎn)足工作精度和質(zhì)量要求。工作區(qū)影像（局部）如圖1 所示。

圖1 工作區(qū)影像（局部）

4 土地?fù)p毀現(xiàn)狀分析

4.1 土地?fù)p毀分析技術(shù)方法

從處理后的影像中圈畫(huà)出損毀區(qū)域邊界，在同一坐標(biāo)系統(tǒng)下（西安80 坐標(biāo)系），利用MapGIS 平臺(tái)，將損毀區(qū)域邊界與土地利用現(xiàn)狀圖（第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)，2018 年9 月）進(jìn)行套合，利用MapGIS 平臺(tái)的拓?fù)渲亟üδ?，?duì)損毀邊界內(nèi)不同地類(lèi)分別創(chuàng)建區(qū)圖斑，統(tǒng)計(jì)各個(gè)地類(lèi)圖斑的面積，從而確定礦山已損毀土地的位置、范圍、損毀區(qū)域內(nèi)不同利用類(lèi)型土地的面積。技術(shù)方法路線(xiàn)及分析過(guò)程如圖2、圖3 所示。

圖2 技術(shù)方法路線(xiàn)

圖3 分析過(guò)程示意圖

4.2 損毀面積分析

目前對(duì)礦山地面已造成損毀的主要有辦公生活區(qū)和老采坑一、二、三、四、五已挖損損毀地塊。

辦公生活區(qū)位于礦區(qū)范圍外，老采坑二北部，申莊村西北部，占地面積0.25hm2，主要為生活及辦公設(shè)施，包括食堂、廁所、辦公樓等。

目前礦山由于開(kāi)采活動(dòng)已形成五個(gè)露天采坑，老采坑一位于礦區(qū)西部，采坑長(zhǎng)485m，寬200m，深10m ～40m，損毀面積為6.95hm2；老采坑二位于礦區(qū)西部，采坑長(zhǎng)150m，寬125m，深15m，損毀面積為1.80hm2；老采坑三位于礦區(qū)中部，采坑長(zhǎng)670m，寬400m，深約20m，損毀面積為22.55hm2；老采坑四位于礦區(qū)東南部，采坑長(zhǎng)630m，寬150m，深約15m，損毀面積為7.68hm2；老采坑五位于礦區(qū)南部，采坑長(zhǎng)100m，寬50m，深約25m，損毀面積為0.70hm2。

4.3 損毀程度分析

針對(duì)項(xiàng)目不同損毀類(lèi)型的特點(diǎn)，選取不同的評(píng)價(jià)因子，根據(jù)已損毀土地情況對(duì)評(píng)價(jià)因子綜合分析，最終得出結(jié)果。本礦山土地已損毀方式為挖損和壓占，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并結(jié)合礦山相關(guān)資料對(duì)各損毀類(lèi)型的損毀程度進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。確定損毀程度選用極限條件法，某一單元的最終質(zhì)量取決于條件最差的因子質(zhì)量。

4.3.1 損毀等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

挖損損毀程度主要與地表地形改變、積水情況有關(guān)。而地表變形又跟挖損深度、挖損面積和挖損坡度有關(guān)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并結(jié)合周邊相關(guān)類(lèi)型礦山進(jìn)行類(lèi)比以及對(duì)挖損資料的分析，確定挖損損毀程度評(píng)價(jià)因子及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如表2 所示。

表2 挖損土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)因素及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

壓占損毀程度主要取決于地表變形和壓占物性狀兩方面，其損毀程度評(píng)價(jià)因子及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示。

表3 壓占土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)因素及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4.3.2 損毀程度分析

從測(cè)繪成果數(shù)據(jù)中獲取不同損毀單元所需的評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)，如損毀面積、挖掘深度、采坑邊坡坡度、堆積高度等信息，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，與損毀程度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)不同損毀單元的損毀程度進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，如表4、表5 所示。

表4 礦區(qū)挖損已損毀土地?fù)p毀程度分析

表5 礦區(qū)壓占已損毀土地?fù)p毀程度分析

4.4 已損毀土地情況匯總

綜上分析，礦山已損毀土地面積39.93hm2，損毀類(lèi)型為壓占和挖損，其中挖損損毀面積39.68hm2，壓占損毀面積0.25hm2，損毀程度均為重度，根據(jù)土地利用現(xiàn)狀圖，已損毀土地類(lèi)型為旱地、有林地、其他林地、其他草地、設(shè)施農(nóng)業(yè)用地、城市、村莊、采礦用地，如表6 所示。

表6 現(xiàn)狀土地?fù)p毀及復(fù)墾情況

5 結(jié)語(yǔ)

將無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于滎陽(yáng)市某黃鐵礦礦山土地復(fù)墾中，相較于傳統(tǒng)測(cè)繪方式，靈活簡(jiǎn)便，效率高，成本低，精度滿(mǎn)足工作要求。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和土地利用現(xiàn)狀圖疊加分析，獲得該礦山的土地?fù)p毀現(xiàn)狀成果數(shù)據(jù)：礦山已損毀土地面積39.93hm2，損毀類(lèi)型為壓占和挖損，損毀程度均為重度，已損毀土地類(lèi)型為旱地、有林地、其他林地、其他草地、設(shè)施農(nóng)業(yè)用地、城市、村莊、采礦用地，為礦山土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)提供可靠依據(jù)。