小型無人飛行器在內蒙古自治區礦山地質環境動態監測工作中的應用

喬振龍　張晨春　趙振中

摘要：隨著我區礦山地質環境監測工作不斷地成熟發展，以過去單一調查為手段的礦山監測工作將由衛星遙感監測及更為細化整體型監測所慢慢取代。其中所說的細化整體型監測就包括以無人飛行器為手段，對礦山各類型監測要素（如排土場、露天采坑）進行無時段限制飛行監測。本文簡要闡述針對小型無人飛行器在我區礦山地質環境動態監測工作中的應用。

關鍵詞：無人飛行器；礦山地質；環境監測；地空一體化

1. 引言

通過無人飛行器近幾年在我國不斷地發展與演變，技術逐漸日益成熟，其應用領域不斷拓寬，涵蓋了包括地質環境測量在內等諸多領域。由于我區是一礦業大省，其礦產資源豐富，礦山開采類型多樣，開采歷史悠久。礦業的開發在推動我區國民經濟發展中做出不可磨滅貢獻的同時也隨之而來造成了生態及地質環境的破壞。為了全面及科學系統地掌握我區礦山地質環境年度動態變化情況，分析其礦山地質環境問題變化特征。內蒙古自治區國土地環系統出臺了一系列全區年度性礦山地質環境動態上報機制，包含全區各礦山地質環境問題、保證金治理方面等。并于2014年通過礦山地質環境動態監測示范區的建設，秉承先試點，后推廣，示范先行、逐步推進原則，總結出一套行之有效的監測方法對全區重點礦區地段進行針對性監測。本文簡要介紹通過此次礦山地質環境動態監測示范區建設所運用到的小型無人飛行器監測工作方法。

2. 我國無人飛行器發展現狀

無人機（unmanned aerial vehicle或drone）是一種由無線電遙控設備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。無人機用途廣泛，成本低，效費比好，無人員傷亡風險，生存能力強，機動性能好，使用方便等優勢，使得無人機在航空拍照、地質測量、高壓輸電線路巡視、油田管路檢查、高速公路管理、森林防火巡查、毒氣勘察、緝毒和應急救援、救護等民用領域應用前景極為廣闊。正是因為看到未來無人機的民用市場潛力巨大，除一些科研院所外，民營企業也開始介入無人機市場。目前粗略估計全國約有170多家單位在生產無人機。“就低端產品而言，一套無人機系統的生產成本有可能不超過幾十萬元，這也是中國有眾多廠家看重無人機市場前景的一個原因。

現如今我國小型無人飛行器分為固定翼及四軸或四軸以上螺旋翼兩種，其中用途較為廣泛性價比較高的主要為四軸或四軸以上螺旋翼飛行器，它主要具備機動性、靈活性和安全性、其分辨率相對較高、無需專用起降場地，升空準備時間短、易于操控，并可空中懸停多角度拍攝等特點，特別適合在山區及地形復雜地段應用。本文所介紹的小型無人飛行器為四軸螺旋翼飛行器。

3. 全區礦山地質環境動態監測現狀

3.1 全區礦山地質環境動態監測現狀

自2010年至今，內蒙古自治區國土系統按年度形成以縣級→市級→省級→部級的逐級上報表格數據的模式，建立了我區年度礦山地質環境動態監測數據庫體系，為礦山地質環境治理提供了基礎數據。并且從2014年開展的監測示范區項目也有助于進一步對全區重點礦區實施動態監測提供有效技術幫助。從礦山企業來講，我區2008年礦山地質環境治理恢復保證金制度建立以來。已有部分大中型礦山開始對礦區存在的礦山地質環境問題有針對性的展開定期監測。

3.2 礦山地質環境監測存在的問題

雖然我區現已初步開展了礦山地質環境監測工作，但由于礦山地質環境監測工作本身所具有的系統性、準確性、可操作性等諸多要求，況且在全國層面礦山地質環境監測仍處于實驗性階段。對于我區下一步礦山地質環境監測工作仍面臨嚴重的挑戰。其存在的具體問題如下：

3.2.1 在行政監測方面：雖然我區從2010年開始就已經通過全國礦山動態監測上報系統，初步了解掌握了全區年度性礦山地質環境現狀，但由于全區礦山數量較大、礦種較多、分布面積較廣等因素，對于全區礦山整體性監測統計而言仍存在巨大難度，加之全區礦山動態監測系統僅能滿足年報需求且上報數據的準確性仍有待于進一步提高。

3.2.2 礦山企業自行監測方面：通過近幾年礦山動態監測工作及礦山保證金與礦山地質環境治理方案的逐步開展，全區不少大中型礦山均已開展礦山地質環境動態監測工作，并且投入了不少財力與物力，取得了顯著的成效，同時帶來了很多新方式、新技術、給全區礦山地質環境監測工作下一步的發展方向提供了很多新思路。但由于各礦山企業根據自身需求，僅把監測力度投入在礦業開發易產生地質災害隱患點處，不具有規模性。且所需監測經費投入較高，不具有普及性與可操作性。

4. 飛行器在礦山地質環境動態監測工作中的應用

綜上所述，現階段我區礦山地質環境動態監測仍處于起步階段，所涉及礦山地質環境問題數據，大部分仍靠過去的調查方法及以點帶面的形式統計出來，所反映的數據準確程度仍有較大差異。本次全區礦山地質環境動態監測示范區所運用的小型無人飛行器將對這一問題進行實驗性監測。

4.1 監測工作流程

考慮到飛行器對地形地貌景觀破壞有直觀的監測效果，根據礦山地質環境的類型（工業廣場、排土場、露天采坑、地面沉陷、地面塌陷、已治理區域），飛行器除不能反映深度以外，均能通過平面或多角度拍攝，后期合成校正等手段反映其監測類型面積及整體變化情況。其監測工作流程如下：

首先，將飛行器起降地點布設在所監測類型的中心部位，這樣更便于對監測類型進行航空拍攝；其次，地面人員對所監測類型周邊及中心地帶布設若干控制點，布設可按地面參照物進行設點。起飛后可根據監測類型的大小，來控制飛行高度，本文所運用的四軸螺旋翼飛行器最大飛行高度為500m，最遠控制距離為1000m。根據實際監測，在飛行高度200m時對地物拍攝面積為0.2km2。若監測類型面積較大時，可設定航線（一般按“S”形）對地物進行分片拍攝，后期拼接來進行。若反映監測類型整體情況時，可根據監測類型實際形態，選取適當高度及角度（本文飛行器攝像頭偏移角度為±90°）來進行拍攝。

4.2 后期處理

在飛行拍攝結束后，若條件允許可現場進行影像合成及校正工作。其主要考慮若本次飛行拍攝達不到預期效果，可安排重復拍攝，以達到其監測目的。影像合成時（單幅就能反映監測類型的除外）必須遵循飛行航線拍攝時間軌跡，運用圖像合成軟件進行拼接，拼接后根據先前布設好的地面控制點及參照物，運用空間地理信息校正系統軟件進行后期合成校正，已達到量測監測類型面積的效果（見照片1、2）。

5. 結束語

礦山地質環境動態監測是一項任重道遠的工作，其監測過程中所運用到的方式方法也在逐步摸索階段，本文僅通過運用小型無人飛行器來對礦山地質環境問題類型進行航拍監測工作論述，以求拓寬我區礦山地質環境監測手段領域，為實現日后系統性“地空一體化”礦山監測做出努力。

參考文獻：

[1] 無人機在礦山監測中的應用（盧小平）.

[2] 周文生， 吳振宇， 劉海燕. 無人機遙感在礦山地質環境調查中的應用[J]. 地下水， 2014（2）：128-129.

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