淺析礦區復墾林地生態修復無人機監測技術

劉毅虎

（甘肅洮河國家級自然保護區管理局，甘肅 卓尼 747600）

我國是一個礦業大國，但是早期的礦業資源開采中缺乏對礦區的保護，導致大量的礦區荒廢、生態環境惡化。從2010年開始，我國相關部門開始推行建設綠色礦山項目，大力開展礦區復墾。同時，將相應的遙感監測技術應用于礦區復墾監測中，分析礦區生態恢復、土地資源應用等情況。傳統的遙感技術具有分辨率不高、價格昂貴等特點，隨著無人機技術的發展，將無人機應用于礦區復墾林地生態修復的監測中，能夠有效地開展國土資源調查、分析林區生長情況，為礦區復墾提供監測數據[1]。

1 無人機在礦區復墾中的應用

1.1 礦區復墾的價值

由于早期無節制地開礦，導致當前我國礦區污染嚴重，生態破壞明顯。礦區復墾的目標是通過各種技術，恢復礦區的生態系統，從而使礦區能夠發揮更好的作用。礦區復墾具有生態效益、經濟效益與社會效益。首先，通過土地復墾，為林地修復提供土地資源，創建以林地開發為主的礦區復墾，能夠改善當地生態環境，使環境逐漸恢復。礦區復墾所栽種的經濟林地，包括喬木和灌木，能夠為礦區帶來經濟收入。礦區復墾林地同樣具有旅游價值，給當地旅游帶來間接經濟效益。所修復的礦區，能夠減少礦區水土流失和生態環境破壞，給當地居民創建更好的生存環境，也能夠得到相應的工作崗位，帶動當地就業。

1.2 無人機技術的應用特點

礦區復墾是一項復雜的工作，首先需要對礦區的損毀情況進行調查，分析該地區的適應性，為復墾方案提供依據。其次需要對復墾情況進行監測，為后續分析方案優化提供依據。隨著無人機技術的發展，無人機測繪技術也在不斷發展，在各個領域具有廣泛的用途。相比于其他的遙感測繪技術，無人機應用于礦區復墾具有以下優勢:第一，直觀性。無人機獲得的是目標區域內的影像圖，具有表達能力強的特點，能夠為礦區復墾監測提供直觀的數據，包括地表屬性、環境監測等，便于后續利用。第二，高效性。礦區地質復雜，常規遙感測量技術測量效率低，無人機能夠無視地勢，在空中完成測繪，具有高效的特點，人工成本低。第三，全面性。無人機獲得的影像數據能夠全面地記錄測量目標的信息，具有全面性的優勢，礦區土地復墾任務量大，利用無人機監測，可以準確、全面的測量復墾區的情況，為復墾方案提供詳實的資料。

2 礦區損毀無人機監測

2.1 無人機系統

采用大疆無人機作為礦區損毀無人機監測的監控系統，同時搭配大疆無人機的影像測量系統。該系統具有功能強大，便于生成高質量圖像的特點。所選用的無人機系統容易操控，而且無人機質量輕便，可以拆卸與組裝，便于運轉，且不需要專業的跑道。所選用的軟件系統包括航線規劃軟件和數據處理軟件，前者用于無人機監測航線的規劃與射界，確保航線能夠全面了解目標區域內的情況，后者能夠對無人機拍攝的影像進行自動化處理，得到圖像以及數據模型。

2.2 無人機航線規劃

航線規劃是無人機航行以及拍攝的基礎，為了更好地做好航線規劃，需要結合GIS技術和航線規劃軟件做好航線規劃。首先，確定目標區域。確定礦區復墾測量的相關區域，由航線規劃軟件圈出測量界線，利用GIS技術查詢測區，明確測量區域的接線，確定無人機起降的位置。其次，根據航線規劃軟件自動生成航線的功能，在確定測量范圍、起落點的基礎上，分析走完航線所需的時間，確定無人機電池電量，飛行軌跡。第三，模擬飛行。航線軌跡設定完成后，利用航線規劃軟件自帶的模擬飛行軟件，實現無人機模擬飛行，模擬過程中需要對航線監視選項卡、無人機電量、無人機信號進行監視，通過模擬明確安全、合理、可靠、滿足測量目標的無人機行駛路線。

2.3 無人機外業拍攝

無人機外業拍攝是影像處理和墾區監測的基礎，外業拍攝主要由實地拍攝、像控點布設以及實地航拍構成。在無人機航線規劃的基礎上，結合實地考察，分析目標地點的底線，確保無人機航線規劃安全可行。根據實地情況布設像控點，通常1條航線內需要布設3～4個像控點，而且布設在比較明顯的地方，確保像控點覆蓋整個區域。前期準備工作完成后，選擇合適的天氣開展無人機監測，避免風雨等對無人機監測造成影響[2]。將無人機帶到待測區域，組裝無人機，確認無人機飛行功能、照相功能正常。打開無人機自帶的航線規劃軟件，通過無線技術與軟件連接，由軟件控制無人機的飛行與拍攝。飛行過程中要實時了解無人機的飛行狀態、干擾因素、電池電量等，根據設定拍攝相應的影像圖片，為圖片處理提供數據。

3 礦區復墾林區細化調查

3.1 航拍影像技術

無人機航拍影像技術分辨率高，能夠獲得豐富的地面信息。通過無人機航拍影像技術，能夠為礦區復墾的林地種類、林地樹種構成、林地面積提供依據。無人機航拍鏡頭大約為5～25 cm，對礦區復墾林區進行航拍，通過航線拍攝，能夠獲得數千張照片。隨著航拍攝影技術的發展，所得到的照片色彩真實、圖像清晰，能夠準確反映林區情況。通過航拍的照片，可以調查林區生長、林區樹木特征。利用航拍的色彩標志，能夠判斷林區樹木是否死亡、是否存在病蟲害等信息，為樹木的災害分析提供依據。色彩分析法適用于面積大、密度高的林區，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，結合林區種植信息，能夠為樹木辨識提供依據。無人機航拍攝影的效率高、分辨率高，一次拍攝可以獲得大量圖片，可以節約林區檢查所需的人力、物力，降低林區監測成本。

3.2 低空攝影測量

低空攝影技術是無人機監測的特有技術，將低空攝影技術應用于礦區復墾林地監測中，能夠獲取準確的圖片信息。無人機低空攝影技術主要是獲取測量區域內的影像數據、測定影像控制線、建立空中三角測量控制點。通過低空攝影測量，能夠確定航拍路線，設計航拍軌跡，降低無人機拍攝難度。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，確保控制點測量精度滿足需求。

3.3 待復墾區測量

待復墾區主要是尚未開展復墾林地生態修復的區域，主要包括礦產挖損土地、礦山塌陷區域、礦石堆場等區域，測量待復墾區，能夠為林地修復提供依據。采用無人機對待復墾區進行測量，獲得較高分辨率和較高像素的圖片。通過無人機測量獲得的影像圖片，能夠分析相關區域的塌陷情況、地形地貌情況，詳細地展現周邊區域地形，為后續的復墾林地修復提供參考。無人機影像能夠為礦區復墾提供圖像支持，以無人機拍攝圖片作為工作底圖，采用點云數據實地考察的方式，建立待復墾區域的三維模型，獲得準確的地面信息。

4 結語

礦區復墾林地生態修復對于恢復礦區生態、提升礦區經濟效益具有重要的意義。隨著無人機技術的發展，無人機監測在礦區復墾林區監測中具有較高的應用價值，通過無人機的航拍攝影、低空攝影、模型構建等，能夠準確了解林區的生長情況，降低人工考察成本，提升監測準確度。合理利用無人機技術，能夠有效提升礦區復墾林地生態修復監測水平。