無人機航測技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境治理中的應(yīng)用分析

任婷婷

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南 250109）

十八大以來，習(xí)近平總書記提出“綠水青山就是金山銀山”，生態(tài)治理以及科學(xué)發(fā)展，成為我國未來經(jīng)濟發(fā)展中的主要方向。不能以犧牲環(huán)境為代價換取經(jīng)濟利益。作為地質(zhì)環(huán)境，它承載著生態(tài)治理的主體，上世紀(jì)由于掠奪性開采，導(dǎo)致部分地區(qū)地質(zhì)環(huán)境出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破壞，特別在一些礦區(qū)和水資源豐富地區(qū)，認(rèn)為的破壞，導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境惡化。現(xiàn)階段，黨和國家重視環(huán)境治理，地質(zhì)環(huán)境治理成為其中重要的組成部分，而傳統(tǒng)的航測技術(shù)較為落后，已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的工作要求，無人機航測技術(shù)漸漸嶄露頭角，成為地質(zhì)環(huán)境治理中可以廣泛應(yīng)用的一項技術(shù)。

1 無人機航測技術(shù)梗概

歷史上第一架無人機試飛可以追溯到100年前的美國。當(dāng)時無人機技術(shù)限于用無線電遙控，使用和試驗的用途也僅僅限于軍事任務(wù)。100年來，人們沒有放棄對無人機的探索和研究，到21世紀(jì)上葉，無人機技術(shù)已經(jīng)在測繪、偵查、搜救以及攝影等專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，極大地促進了各相關(guān)行業(yè)技術(shù)的突飛猛進，倒逼不同行業(yè)在傳統(tǒng)模式下重新洗牌。特別是無人機航測技術(shù)，在工程領(lǐng)域，地質(zhì)勘探領(lǐng)域等諸多領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)的測量方式，簡化了航測流程，降低了成本，提升了測繪精度[1]。

飛行平臺和民用攝像機組成了航測技術(shù)的主要部分，飛行平臺的作用就是作為民用攝像機的載體，專業(yè)人員使用飛行平臺對其進行相關(guān)專業(yè)操作控制，完成測繪工作。飛行平臺與控制器之間通過更高級的通訊技術(shù)連接，反應(yīng)靈敏，環(huán)境適應(yīng)度高，通過控制器可以完成飛行平臺的多角度拍攝，通過控制其高度和飛行角度，在合理的速度范圍內(nèi)，有序開展航測工作，所以要求航測人員具備飛行平臺控制能力以及較為豐富的測繪方面知識。所有的地質(zhì)測量面貌和數(shù)據(jù)，都被攝像機記錄在儲存卡中，適時返回到終端，結(jié)束后，相關(guān)人員對記錄數(shù)據(jù)通過專業(yè)軟件進行整理分析，可以得出所測區(qū)域地質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)地質(zhì)環(huán)境治理提供科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)支持，

無人機航測技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)比較成熟，無人機受人員操控，可以對一些較難測量的地形進行準(zhǔn)確測量，特別是一些礦區(qū)、河流等地勢險峻、存在危險的區(qū)域，多采用低空的測繪，數(shù)據(jù)相對較精確，所受到氣象、壓力等的干擾較小。此外，無人機成本較為低廉，需要人工較少，測量效率高，運行速度快，可以在極短時間內(nèi)完成較大區(qū)域的測量數(shù)據(jù)采集。最后，無人機設(shè)備一般體積不大，續(xù)航能力能夠滿足大部分的應(yīng)用情況，飛行靈活，加上與其他技術(shù)如紅外線、GIS等技術(shù)的綜合應(yīng)用，可以對一些常規(guī)上不容易測量的地形進行準(zhǔn)確地測量，滿足不同地質(zhì)條件的要求。

圖1 無人機航測工作流程

2 現(xiàn)階段地質(zhì)環(huán)境治理存在問題

2.1 測量范圍大，測量明確性不高

改革開放以來，經(jīng)濟迅速發(fā)展，許多礦產(chǎn)以及相關(guān)資源豐富的地區(qū)，都依仗資源優(yōu)勢迅速發(fā)展起來。但是，粗獷型經(jīng)濟的發(fā)展，往往是以犧牲環(huán)境為代價進行了。許多地區(qū)因為過度開采，導(dǎo)致礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境迅速惡化，許多河道因為過度使用以及周邊亂耕亂伐，導(dǎo)致河道淤積，水土流失嚴(yán)重。地質(zhì)環(huán)境惡化，直接導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)重的地方不適合人們棲居，背井離鄉(xiāng)。

鑒于以上情況，地質(zhì)環(huán)境治理成為迫在眉睫的事情。特別是礦區(qū)、河道、一些過度砍伐的林區(qū)，都存在亟待解決的環(huán)境治理問題。治理之前，要對治理對象周邊的地質(zhì)環(huán)境、地貌等進行全面的摸排，掌握最基本的地質(zhì)數(shù)據(jù)，才能對癥下藥，實施切實有效的治理方案。由于之前人們只注重開采，導(dǎo)致對破壞區(qū)域的地貌缺少必要的數(shù)據(jù)，也不知道破壞的區(qū)域有多大，這就導(dǎo)致在進行測繪的時候，存在測量范圍大，測量明確性不高的特點。

一些河道、礦山環(huán)境問題所波及的地面是線條狀或面狀，線條狀區(qū)域主要是一些狹長地帶的河道及礦脈，導(dǎo)致測量路徑邊長，傳統(tǒng)的人工車輛為主的測量往往不能全面覆蓋整個區(qū)域，僅能實現(xiàn)個別特征點的測量，整個測量會受到一些建筑、高壓線塔甚至一些古遺跡的影響，導(dǎo)致測量工作無法開展，測量精度得不到保證。對于河道地質(zhì)環(huán)境治理項目，船測雖然能夠滿足覆蓋整條河流，也能做到相對精確的測繪，但是船的速度和效率低，并且一些氣候水文因素，對于測量工作的開展具有很大的阻礙，導(dǎo)致測量的周期長。鑒于此，地質(zhì)環(huán)境治理中的測量存在范圍大，測量方式不能滿足實際需求的特點。

2.2 技術(shù)有難度，精度有要求。

作為地質(zhì)環(huán)境治理，只有精確掌握地質(zhì)原貌，才能夠針對地質(zhì)作出相應(yīng)的回復(fù)保護方案，才能將治理區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境盡可能恢復(fù)。測量是前期一項重要工作，是為后續(xù)治理提供數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)工作。因此在精度要求上較其他測繪要高一些。

以河道水環(huán)境地質(zhì)治理為例，河道的成因復(fù)雜多變，具備的功能和河流上已經(jīng)建造完成的水利樞紐規(guī)模形式各不相同，在形成淤積和對河道底部地質(zhì)條件改變破壞的方式也多種多樣。傳統(tǒng)的測量，無法分辨出不同河道地質(zhì)的細(xì)微差別。雖然衛(wèi)星遙感等技術(shù)可以對區(qū)域內(nèi)的地貌有所呈現(xiàn)，但是這種呈現(xiàn)是粗糙的，達(dá)不到治理所需要的精度。另外，一些水上漂浮物、大型船只停靠，也會對測量產(chǎn)生一定的誤導(dǎo)和影響，因此，急需新技術(shù)的測繪方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測繪方式。

2.3 涉及情況復(fù)雜

地質(zhì)環(huán)境治理往往不是單一的治理，需要許多方面綜合考慮，進行整體協(xié)調(diào)的綜合治理，因此所涉及到實際地質(zhì)情況較為復(fù)雜。在前期的地質(zhì)測量過程中，可能涉及到山區(qū)、林區(qū)、河道甚至一些人工建筑物的測量，傳統(tǒng)的測量方法往往單一，在處理這種復(fù)雜狀況時，往往捉襟見肘，這就大大降低了工作效率，工作量巨大，使得治理效果大打折扣。

3 無人機航測技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境治理中的優(yōu)勢

針對以上傳統(tǒng)測繪在地質(zhì)環(huán)境治理中存在的不足，無人機航測技術(shù)能夠補償傳統(tǒng)測繪技術(shù)的短板，在地質(zhì)環(huán)境治理中發(fā)揮優(yōu)勢：

3.1 效率高

傳統(tǒng)測繪，需要投入大量人工無聊進駐現(xiàn)場，通過傳統(tǒng)儀器劃分測站點，一個個進行測量，并收集數(shù)據(jù)，繪制圖像，如果地形復(fù)雜，不僅投入的人力物力翻倍，還可能在一些地形陡峭險峻的區(qū)域作業(yè)時，發(fā)生安全事故，存在安全隱患。無人機需要投入人員少，能大大提升工作效率，保證地質(zhì)環(huán)境治理工作順利進行。

3.2 形象性

無人機航測技術(shù)形象直觀，可以圖像化顯示周圍地理特征，使治理工作者可以更好掌握周邊情況，從而為決策和最終的治理方案提供可操性較強的手段。

作為一種新技術(shù)，應(yīng)用方面存在許多優(yōu)勢，也會有一些不足，比如續(xù)航能力以及要求專業(yè)操作人員具備較高的專業(yè)素質(zhì)等，但是瑕不掩瑜，無人機航測在地質(zhì)環(huán)境治理方面還是應(yīng)用前景廣泛的，也是今后的趨勢所在。

4 無人機航測技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境治理中的應(yīng)用

4.1 技術(shù)設(shè)計

在地質(zhì)環(huán)境治理之前，首先要明確治理區(qū)域范圍、基本內(nèi)容、精度要求、工期以及需要注意的其他事項。

根據(jù)以上基本要求，無人機航測要制定本次航測的相關(guān)方案，方案根據(jù)要求要安排飛行的時間，航拍的時間，航拍機型選擇、精度設(shè)置以及續(xù)航電池等一系列安排。要選定好無人機啟停的場地，包括航測的路線選定，都要做出詳細(xì)的安排計劃，再開始實地的航測。

4.2 航測實飛

航測要盡可能選擇天氣條件較好的時候，光線和各種風(fēng)向適宜飛行的時間，一般選擇在早晨九點至下午三點之間，根據(jù)實際情況確定。確定好飛行時間后，就要正式進行航測實飛了。首先，檢查設(shè)備，對無人機各部件進行檢查，電池是否到位，通訊連接是否正常；然后設(shè)置各項參數(shù)，進入導(dǎo)航控制系統(tǒng)；其次，啟動無人機，地面監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)向飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)和控制指令等，控制無人機進行航拍，按照預(yù)設(shè)數(shù)值進行航測，技術(shù)人員在地面系統(tǒng)上進行實時監(jiān)控，操作無人機進行航測任務(wù)；最后無人機返航，人員對無人機進行檢查，利用便攜式的設(shè)備，簡單收集觀看無人機拍攝和收集到的數(shù)據(jù)，對相關(guān)影像記錄檢查，確保符合要求后，收好無人機[2，3]。

4.3 像控點布設(shè)

像控點本著測區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)，邊緣密的原則進行。可以根據(jù)實際多布控像控點，并核驗。測量方法多采用JXCORS 網(wǎng)絡(luò)RTK 法，精度核驗無誤后，再進坐標(biāo)測量工作，利用以上方法，每個點測量兩次，所得結(jié)果固定后，開始實際測量，平面較差應(yīng)小于 3cm、高程較差小于 5cm 時，成果取平均。結(jié)果誤差過大，需重新測量。

4.4 數(shù)據(jù)處理

對無人機航測收集的數(shù)據(jù)利用軟件進行必要的數(shù)據(jù)處理，出示圖紙和相關(guān)的報告，計算機軟件處理，大大提升后期數(shù)據(jù)處理的效率，也提升的精確度。

4.5 數(shù)據(jù)核驗

所收集的數(shù)據(jù)需要進行核驗，以保證最終數(shù)據(jù)的精度，對于誤差較大的數(shù)據(jù)要予以剔除，重新進行相關(guān)點位的測量。使用JXCORS 網(wǎng)絡(luò) RTK 測量得到精確坐標(biāo)，與無人機測量成果比對，實測坐標(biāo)數(shù)據(jù)為參照，計算平面和高程較差。具體結(jié)果如下表。

表1 無人機航測精度統(tǒng)計表

5 結(jié)語

DLG、DEM、DOM 數(shù)據(jù)可以在無人機航測時全部獲取，可以較為精確掌握地質(zhì)環(huán)境治理區(qū)域的地貌、地形、周邊情況等數(shù)據(jù)，對地質(zhì)環(huán)境治理后續(xù)施工計劃以及方案能夠提供寶貴的數(shù)據(jù)。無人機作為新興的技術(shù)，在地質(zhì)環(huán)境治理領(lǐng)域?qū)懈鼮橥晟频陌l(fā)展。