無人機在水保功能恢復鑒定的應用

王彥卓，王淑偉

(遼寧江河水利水電新技術設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003)

1 項目區概況

閻家溝石灰石礦行政區劃隸屬于本溪滿族自治縣田師傅鎮大堡村，根據《本溪市礦產資源總體規劃》(2001—2010年)本溪市礦業經濟布局劃分為中心市區及周邊礦業經濟發達區、本溪縣礦業經濟發展區和桓仁縣礦業經濟發展區。本礦區位于本溪市礦產資源總體規劃分區中的本溪縣礦業經濟發展區的田師傅南甸石灰石礦基地。礦區處于本溪滿族自治縣田師傅鎮大堡村，遠離高速公路，周圍無各類保護區、軍事禁區、重要設施，屬于允許開發區。遼寧省國土資源廳批復本鋼礦業公司閻家溝石灰石礦申請礦區劃定范圍，本礦山建設符合本溪市礦產資源開采準入條件，符合本溪市礦產資源總體規劃的要求。閻家溝石灰石礦工程是本溪滿族自治縣田師傅鎮較大規模的石灰石礦建設項目，由本鋼礦業公司投資建設，礦山規模確定為100萬t/a，礦區范圍154.67 hm2，礦產資源量3507.73萬t，本次石灰石礦山工程方案設計開采面積58.61 hm2，實際開采面積32.11 hm2，開采設計利用儲量2041.85萬t，石灰石礦山工程施工建設期為8個月。礦山服務年限為24 a。工程總投資為14 690萬元，其中土建投資150萬元。

2 正射航拍及數據處理流程

2.1 遙感數據獲取

(1)區域確定與資料準備：通過參閱工程相關資料以及與工程負責人員溝通，了解測區區域的邊界。

(2)測區現場踏勘：對測區及其周圍環境進行實地踏勘，獲取地形地貌、地表植被以及周邊的機場、重要設施、城鎮布局、道路交通、人口密度等信息[1]，為起降場地的選取、航線規劃、應急預案制訂等提供資料。同時對測區根據測區天氣狀況決定能否進行航測[2]。

(3)飛行設備準備及檢測：對無人機飛行器及機載設備進行準備和檢測，性能指標達到要求，才能進行航測。

(4)飛行航線規劃：根據測區區域邊界、踏勘情況及天氣狀況合理規劃航線。

(5)遙測影像數據獲取：通過無人機按規劃航線飛行后獲取遙測數據，利用相關軟件對數據進行快拼處理，對數據質量進行檢查，對不符合要求數據進行重新飛行，最終獲取到符合要求的測區遙感數據[3]。

2.2 遙感數據數字化處理

利用pix4dmapper軟件對飛行遙感數據進行處理，處理步驟如下：

(1)數據初始化處理。

(2)點云及紋理生成。

(3)數字表面模型和正射影像生成。

2.3 指標信息獲取

經過pix4dmapper軟件對飛行數據處理以后形成的成果有：tif格式的DSM(數字表面模型)、DOM；LAS格式的點云數據以及谷歌瓦片數據。通過相關軟件對成果的二次處理，可以對水土保持相關指標進行提取。

利用Arcgis軟件對tif格式的DOM、DSM數據處理，可以得到點數據的經緯度以及高程指標，點與點間的直線距離，面數據的平面面積等，并可以在圖上進行標注，如圖1所示，將各項目區面積進行標注。

圖1 Arcgis軟件數據處理

利用smart3d軟件或者pix4dmapper軟件對點云數據進行處理，可以形成項目區三維場景(如圖2所示)。同時可以測算出堆體體積(圖3所示)、面數據三維地形面積及投影面積、兩點間的直線距離及三維地形距離等(圖4所示)。

圖2 項目區三維場景

圖3 堆體測量

圖4 面數據測量

3 數據分析

通過對無人機正射圖上地物地貌的判別，以及數據處理之后對相關指標長度、面積、體積的測量，確定水土流失防治責任范圍、水土保持工程措施實施完成情況、水土保持植物措施實施完成情況等[4]，與建設、設計、征地、施工等有關水土保持技術資料數據對比，達到監測和鑒定目的。相關數據資料見表1～表4。

表1 工程建設防治責任范圍變化情況比較表 hm2

表2 防治分區實施完成的水土保持工程措施量匯總表

表3 防治分區實施完成的水土保持植物措施量匯總表

表4 防治分區實施完成的植物措施量和方案設計量比較表

續表4

4 結 語

無人機系統在水利方面的應用，推動了水利信息化的進一步發展。利用無人機系統遙測技術對水土保持工程的監測與鑒定，解決了傳統方法的單一性和局限性，拓展了監測與鑒定的視角，彌補傳統野外調查工作量大、量測困難的不足，能夠更快捷、準確、全面的掌握項目情況，使監測與鑒定的結果更加符合客觀事實[5]。隨著無人機系統在此領域應用程度的不斷加深，特別是對建設項目前期、中期以及后期進行多次的遙測和對比，那么數據成果將更為精確和直觀，為水土保持“三同時”制度落實提供執法和決策依據，為水土保持項目監管力度提供強有力的保障[6]。

[1] 李娟,劉韜. “觀察者3”無人機在航空測繪中的應用[J].中國測繪,2016(6):45-46.

[2] 林秀才. 從航空攝影測量技術發展看無人機航攝系統技術[J].世界華商經濟年鑒·城鄉建設,2012(7)：169.

[3] 徐玲. 淺談航測遙感內業數據處理關鍵技術[J].建筑工程技術與設計,2016(27):264.

[4] 王波,張宇龍. 黃河流域及西北內陸河地區大型開發建設項目水土保持工作[J].中國水土保持,2006(10):38-39.

[5] 杜迪. 淺析無人機遙感技術在水土保持監測中的應用[J]. 中國科技縱橫,2014(18):268.

[6] 陳浩,喻榮崗.地理信息技術在水土保持監測管理中的應用綜述[J]. 中國水土保持,2015(6):62-65.