無人機航測技術在礦山生態修復調查中的應用

張健雄，伍雅晴

（湖南省有色地質勘查局二四七隊，湖南 長沙 410100）

1 礦山生態修復內容論述

1.1 基礎內容

礦山生態修復一般是指對礦業活動受損生態系統的修復，這個生態系統有露天采場、渣土堆場、尾礦庫等，破壞的生態環境為土地、土壤、林草、地表水與地下水、礦區大氣、動物棲息地、微生物群落等。礦山生態修復要根據生態環境標準要求，采取巖土工程、農田水利工程等技術措施，重塑礦山損毀區地表地形，并通過物理、化學、生物的方法來恢復或重建廢棄地的生態系統。而礦山生態修復是一項系統工程，不僅涉及礦山的地質地貌、水文、植被、土壤等要素，而且還需要巖土力學、環境學、生態學、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，充分體現了多學科交叉綜合的特點。

1.2 常見問題

基于以往的作業經驗，在實際應用中存在以下應用問題：①地貌景觀遭到破壞，在礦山初期開采過程中，需要在某作業范圍內進行一些基礎設施的布置，這樣也會對作業區域的植被、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備來挖損土地資源，用來建設工業廢渣堆放處、運輸車輛停放處等，從而影響到土地表層完整性。③存在一些地質隱患，礦山開采活動的進行，能夠影響到圍巖應力分布的均勻性，而且也會對結構穩固性帶來較大影響，從而增加滑坡、崩塌、泥石流等地質災害的發生概率。

2 無人機航測技術在礦山生態修復調查中的應用流程

2.1 航線規劃

在技術具體應用中，首要的工作內容便是做好航線規劃工作，具體實施中需注意以下幾點：第一，對于礦山地質邊界進行確定，在確定邊界的同時，也需要對待勘察區域的林木分布、水域位置及寬度、山體高度等，這也是規劃無人機航線的重要前提條件。第二，為了確保最終數據采集效果能夠實現礦山的全面覆蓋，同時也為了避免由于采集影像形變量過大問題，因此在航線規劃中會適當擴大掃描范圍，確保采集數據的完整性。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上擴充15%～30%，以滿足擴充階段的基本要求。第三，根據地形復雜性來確定航線中的檢測重點，并且也需要做好相應的記錄工作，從而為內業整理活動的順利推進奠定基礎。

2.2 像控點布控

完成航線規劃工作之后，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，從而確保數據整理結果的可靠性。在具體的布設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、可以圍繞待測區域邊界或中心區域來完成像控點布置工作，以滿足具體的應用需求。第二，做好像控點數量的控制工作，通常情況下，所布設的像控點數量不能少于四個，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星對該點坐標進行定位，從而確保定位結果的可靠性。第三，提前建立好相應的三維模型，在模型中確定標準坐標點相應位置，同時也需要明確具體的處理方法，從而提高坐標模型內容的可靠性。

2.3 航測參數設定

開始航測工作前，需要明確相應的航測參數，從現階段使用情況來看，一般參照的規范為《1：500 1：1 000 1：2 000地形圖航空攝影測量外業規范》(GB/T 7931—2008)中所規定的參數，具體內容如下：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，采集可靠的檢測數據。

2.4 數據內業處理

完成測繪數據采集之后，進入到數據內業處理階段，在具體的處理過程中，也需要注意以下幾點：第一，對檢測數據的準確性進行梳理，將重復數據清除掉，同時也需要對錯誤數據、遺漏數據進行及時補測，確保錄入到軟件中數據的完整性。無人機測繪技術所采集的數據主要以圖像、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節的作業活動。第二，對于采集到的數據信息進行綜合整理，目前應用較多的處理軟件包括Godwork、pix4d、inpho、航天遠景等，根據實際需求，對數據進行數字坐標提取、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據，這樣可以利用三維模型的順利構建，提升數據分析結果的可靠性。

2.5 生態敏感度分析

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

2.6 改造效果預期

無人機測繪技術的應用，也會對生態修復工作開展后的效果進行預期，結合實際實施后的反饋效果，對比和預期之間的差距，及時調整新的生態修復建議，從而確保整個生態修復活動的有序進行。在擬定改造方案這一環節中，作業人員需要結合具體的應用情況，利用無人機對初始狀態數據進行收集，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保障，同時這也是確保景觀可以按照預定要求順利完善修復的重要依據。在經過一段時間的修復作業后，也會對區域生態修復情況進行在檢測，一般都會以年為單位，在夏季植物茂盛性較高的區間段進行無人機航測，對比未恢復前的植被分布情況，調整下一階段的生恢復處理措施，逐步達到預期的修復效果。

3 無人機航測技術應用建議分析

3.1 做好基礎準備工作

通過做好基礎準備工作，有利于無人機航測技術的順利應用，從而提高所采集數據信息的準確性。在實際準備過程中，應做好以下準備工作：第一，基礎資料采集，需要委派作業人員對礦山區域的基礎資料進行采集，內容包括氣候條件、區位條件、礦山高度、風向、風力等，這也為航線規劃、航測時間的確定提供必要的數據支持。第二，設備質量管控，技術在應用過程中，涉及的設備包括無人機、攝影設備、傳感器、定位裝置等，這些設備的質量也將直接影響到技術應用效果。因此需要提前擬定好相應的材料采購計劃，明確設備質量管理要求，同時也需要做好設備調試工作，確保設備工作狀態的穩定性。第三，通信準備工作，無人機航測得到的數據都會通過通信系統傳輸到計算機當中，通信系統的抗干擾性、傳輸速度也是需要重點考量的范疇，也是前期準備環節中需要注意的內容。

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，也需要做好相應的培訓工作，整個培訓過程需要將理論知識和實踐知識關聯在一起，結合建立好的測試體系，對于完成培訓的作業人員進行考試，將考試結果與績效考核關聯在一起，這樣也可以提高參訓人員對于組織的培訓活動給予足夠重視，有序提升綜合實力，為后續工作的順利進行奠定基礎[1]。

3.3 建立信息數據庫

通過建立信息數據庫，可以對價值數據進行有效存儲，從而提升信息內容的利用價值。在實際應用中，多數情況下都會利用信息技術、大數據技術來輔助信息庫建立，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，可以將航測數據按照生態敏感區劃分情況進行整理，同時也需要貼上時間標簽，這也是進行生態修復過程進行直觀展示的重要依據。而且在信息數據錄入時，也會提前做好關鍵詞標記，而且也需要對錯誤數據、重復數據進行剔除，確保數據庫內容的準確性。另外，還需要對人機交互界面進行優化，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 結語

做好基礎準備工作，有利于無人機航測技術順利應用，加強組織管理水平，提高作業人員綜合能力水平，建立信息數據庫，可以對價值數據進行有效存儲，做好持續性監測，能夠對區域生態恢復情況進行及時了解。通過將無人機航測技術應用到礦山生態恢復調查活動中，可以采集到全面、準確的應用數據，而且能夠為生態恢復計劃的擬定提供數據支持，從而加快生態修復工作的開展速度。