小型無人飛行器在內(nèi)蒙古自治區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測工作中的應(yīng)用

喬振龍　張晨春　趙振中

摘要：隨著我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作不斷地成熟發(fā)展，以過去單一調(diào)查為手段的礦山監(jiān)測工作將由衛(wèi)星遙感監(jiān)測及更為細(xì)化整體型監(jiān)測所慢慢取代。其中所說的細(xì)化整體型監(jiān)測就包括以無人飛行器為手段，對礦山各類型監(jiān)測要素（如排土場、露天采坑）進(jìn)行無時段限制飛行監(jiān)測。本文簡要闡述針對小型無人飛行器在我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測工作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人飛行器；礦山地質(zhì)；環(huán)境監(jiān)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(fā)展與演變，技術(shù)逐漸日益成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，涵蓋了包括地質(zhì)環(huán)境測量在內(nèi)等諸多領(lǐng)域。由于我區(qū)是一礦業(yè)大省，其礦產(chǎn)資源豐富，礦山開采類型多樣，開采歷史悠久。礦業(yè)的開發(fā)在推動我區(qū)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中做出不可磨滅貢獻(xiàn)的同時也隨之而來造成了生態(tài)及地質(zhì)環(huán)境的破壞。為了全面及科學(xué)系統(tǒng)地掌握我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境年度動態(tài)變化情況，分析其礦山地質(zhì)環(huán)境問題變化特征。內(nèi)蒙古自治區(qū)國土地環(huán)系統(tǒng)出臺了一系列全區(qū)年度性礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)上報機(jī)制，包含全區(qū)各礦山地質(zhì)環(huán)境問題、保證金治理方面等。并于2014年通過礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測示范區(qū)的建設(shè)，秉承先試點，后推廣，示范先行、逐步推進(jìn)原則，總結(jié)出一套行之有效的監(jiān)測方法對全區(qū)重點礦區(qū)地段進(jìn)行針對性監(jiān)測。本文簡要介紹通過此次礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測示范區(qū)建設(shè)所運用到的小型無人飛行器監(jiān)測工作方法。

2. 我國無人飛行器發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)（unmanned aerial vehicle或drone）是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。無人機(jī)用途廣泛，成本低，效費比好，無人員傷亡風(fēng)險，生存能力強，機(jī)動性能好，使用方便等優(yōu)勢，使得無人機(jī)在航空拍照、地質(zhì)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(yīng)急救援、救護(hù)等民用領(lǐng)域應(yīng)用前景極為廣闊。正是因為看到未來無人機(jī)的民用市場潛力巨大，除一些科研院所外，民營企業(yè)也開始介入無人機(jī)市場。目前粗略估計全國約有170多家單位在生產(chǎn)無人機(jī)。“就低端產(chǎn)品而言，一套無人機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本有可能不超過幾十萬元，這也是中國有眾多廠家看重?zé)o人機(jī)市場前景的一個原因。

現(xiàn)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(jī)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(zhǔn)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(qū)及地形復(fù)雜地段應(yīng)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(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測現(xiàn)狀

3.1 全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測現(xiàn)狀

自2010年至今，內(nèi)蒙古自治區(qū)國土系統(tǒng)按年度形成以縣級→市級→省級→部級的逐級上報表格數(shù)據(jù)的模式，建立了我區(qū)年度礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫體系，為礦山地質(zhì)環(huán)境治理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。并且從2014年開展的監(jiān)測示范區(qū)項目也有助于進(jìn)一步對全區(qū)重點礦區(qū)實施動態(tài)監(jiān)測提供有效技術(shù)幫助。從礦山企業(yè)來講，我區(qū)2008年礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金制度建立以來。已有部分大中型礦山開始對礦區(qū)存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題有針對性的展開定期監(jiān)測。

3.2 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測存在的問題

雖然我區(qū)現(xiàn)已初步開展了礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作，但由于礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作本身所具有的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性、可操作性等諸多要求，況且在全國層面礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測仍處于實驗性階段。對于我區(qū)下一步礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作仍面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。其存在的具體問題如下：

3.2.1 在行政監(jiān)測方面：雖然我區(qū)從2010年開始就已經(jīng)通過全國礦山動態(tài)監(jiān)測上報系統(tǒng)，初步了解掌握了全區(qū)年度性礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，但由于全區(qū)礦山數(shù)量較大、礦種較多、分布面積較廣等因素，對于全區(qū)礦山整體性監(jiān)測統(tǒng)計而言仍存在巨大難度，加之全區(qū)礦山動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)僅能滿足年報需求且上報數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性仍有待于進(jìn)一步提高。

3.2.2 礦山企業(yè)自行監(jiān)測方面：通過近幾年礦山動態(tài)監(jiān)測工作及礦山保證金與礦山地質(zhì)環(huán)境治理方案的逐步開展，全區(qū)不少大中型礦山均已開展礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)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(shù)、給全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作下一步的發(fā)展方向提供了很多新思路。但由于各礦山企業(yè)根據(jù)自身需求，僅把監(jiān)測力度投入在礦業(yè)開發(fā)易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害隱患點處，不具有規(guī)模性。且所需監(jiān)測經(jīng)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(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測工作中的應(yīng)用

綜上所述，現(xiàn)階段我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測仍處于起步階段，所涉及礦山地質(zhì)環(huán)境問題數(shù)據(jù)，大部分仍靠過去的調(diào)查方法及以點帶面的形式統(tǒng)計出來，所反映的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度仍有較大差異。本次全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測示范區(qū)所運用的小型無人飛行器將對這一問題進(jìn)行實驗性監(jiān)測。

4.1 監(jiān)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(jiān)測效果，根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境的類型（工業(yè)廣場、排土場、露天采坑、地面沉陷、地面塌陷、已治理區(qū)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(jiān)測類型面積及整體變化情況。其監(jiān)測工作流程如下：

首先，將飛行器起降地點布設(shè)在所監(jiān)測類型的中心部位，這樣更便于對監(jiān)測類型進(jìn)行航空拍攝；其次，地面人員對所監(jiān)測類型周邊及中心地帶布設(shè)若干控制點，布設(shè)可按地面參照物進(jìn)行設(shè)點。起飛后可根據(jù)監(jiān)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(yuǎn)控制距離為1000m。根據(jù)實際監(jiān)測，在飛行高度200m時對地物拍攝面積為0.2km2。若監(jiān)測類型面積較大時，可設(shè)定航線（一般按“S”形）對地物進(jìn)行分片拍攝，后期拼接來進(jìn)行。若反映監(jiān)測類型整體情況時，可根據(jù)監(jiān)測類型實際形態(tài)，選取適當(dāng)高度及角度（本文飛行器攝像頭偏移角度為±90°）來進(jìn)行拍攝。

4.2 后期處理

在飛行拍攝結(jié)束后，若條件允許可現(xiàn)場進(jìn)行影像合成及校正工作。其主要考慮若本次飛行拍攝達(dá)不到預(yù)期效果，可安排重復(fù)拍攝，以達(dá)到其監(jiān)測目的。影像合成時（單幅就能反映監(jiān)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(jìn)行拼接，拼接后根據(jù)先前布設(shè)好的地面控制點及參照物，運用空間地理信息校正系統(tǒng)軟件進(jìn)行后期合成校正，已達(dá)到量測監(jiān)測類型面積的效果（見照片1、2）。

5. 結(jié)束語

礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測是一項任重道遠(yuǎn)的工作，其監(jiān)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(zhì)環(huán)境問題類型進(jìn)行航拍監(jiān)測工作論述，以求拓寬我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測手段領(lǐng)域，為實現(xiàn)日后系統(tǒng)性“地空一體化”礦山監(jiān)測做出努力。

參考文獻(xiàn)：

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