小型无人飞行器在内蒙古自治区矿山地质环境动态监测工作中的应用

乔振龙　张晨春　赵振中

摘要：随着我区矿山地质环境监测工作不断地成熟发展，以过去单一调查为手段的矿山监测工作将由卫星遥感监测及更为细化整体型监测所慢慢取代。其中所说的细化整体型监测就包括以无人飞行器为手段，对矿山各类型监测要素（如排土场、露天采坑）进行无时段限制飞行监测。本文简要阐述针对小型无人飞行器在我区矿山地质环境动态监测工作中的应用。

关键词：无人飞行器；矿山地质；环境监测；地空一体化

1. 引言

通过无人飞行器近几年在我国不断地发展与演变，技术逐渐日益成熟，其应用领域不断拓宽，涵盖了包括地质环境测量在内等诸多领域。由于我区是一矿业大省，其矿产资源丰富，矿山开采类型多样，开采历史悠久。矿业的开发在推动我区国民经济发展中做出不可磨灭贡献的同时也随之而来造成了生态及地质环境的破坏。为了全面及科学系统地掌握我区矿山地质环境年度动态变化情况，分析其矿山地质环境问题变化特征。内蒙古自治区国土地环系统出台了一系列全区年度性矿山地质环境动态上报机制，包含全区各矿山地质环境问题、保证金治理方面等。并于2014年通过矿山地质环境动态监测示范区的建设，秉承先试点，后推广，示范先行、逐步推进原则，总结出一套行之有效的监测方法对全区重点矿区地段进行针对性监测。本文简要介绍通过此次矿山地质环境动态监测示范区建设所运用到的小型无人飞行器监测工作方法。

2. 我国无人飞行器发展现状

无人机（unmanned aerial vehicle或drone）是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。无人机用途广泛，成本低，效费比好，无人员伤亡风险，生存能力强，机动性能好，使用方便等优势，使得无人机在航空拍照、地质测量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理、森林防火巡查、毒气勘察、缉毒和应急救援、救护等民用领域应用前景极为广阔。正是因为看到未来无人机的民用市场潜力巨大，除一些科研院所外，民营企业也开始介入无人机市场。目前粗略估计全国约有170多家单位在生产无人机。“就低端产品而言，一套无人机系统的生产成本有可能不超过几十万元，这也是中国有众多厂家看重无人机市场前景的一个原因。

现如今我国小型无人飞行器分为固定翼及四轴或四轴以上螺旋翼两种，其中用途较为广泛性价比较高的主要为四轴或四轴以上螺旋翼飞行器，它主要具备机动性、灵活性和安全性、其分辨率相对较高、无需专用起降场地，升空准备时间短、易于操控，并可空中悬停多角度拍摄等特点，特别适合在山区及地形复杂地段应用。本文所介绍的小型无人飞行器为四轴螺旋翼飞行器。

3. 全区矿山地质环境动态监测现状

3.1 全區矿山地质环境动态监测现状

自2010年至今，内蒙古自治区国土系统按年度形成以县级→市级→省级→部级的逐级上报表格数据的模式，建立了我区年度矿山地质环境动态监测数据库体系，为矿山地质环境治理提供了基础数据。并且从2014年开展的监测示范区项目也有助于进一步对全区重点矿区实施动态监测提供有效技术帮助。从矿山企业来讲，我区2008年矿山地质环境治理恢复保证金制度建立以来。已有部分大中型矿山开始对矿区存在的矿山地质环境问题有针对性的展开定期监测。

3.2 矿山地质环境监测存在的问题

虽然我区现已初步开展了矿山地质环境监测工作，但由于矿山地质环境监测工作本身所具有的系统性、准确性、可操作性等诸多要求，况且在全国层面矿山地质环境监测仍处于实验性阶段。对于我区下一步矿山地质环境监测工作仍面临严重的挑战。其存在的具体问题如下：

3.2.1 在行政监测方面：虽然我区从2010年开始就已经通过全国矿山动态监测上报系统，初步了解掌握了全区年度性矿山地质环境现状，但由于全区矿山数量较大、矿种较多、分布面积较广等因素，对于全区矿山整体性监测统计而言仍存在巨大难度，加之全区矿山动态监测系统仅能满足年报需求且上报数据的准确性仍有待于进一步提高。

3.2.2 矿山企业自行监测方面：通过近几年矿山动态监测工作及矿山保证金与矿山地质环境治理方案的逐步开展，全区不少大中型矿山均已开展矿山地质环境动态监测工作，并且投入了不少财力与物力，取得了显著的成效，同时带来了很多新方式、新技术、给全区矿山地质环境监测工作下一步的发展方向提供了很多新思路。但由于各矿山企业根据自身需求，仅把监测力度投入在矿业开发易产生地质灾害隐患点处，不具有规模性。且所需监测经费投入较高，不具有普及性与可操作性。

4. 飞行器在矿山地质环境动态监测工作中的应用

综上所述，现阶段我区矿山地质环境动态监测仍处于起步阶段，所涉及矿山地质环境问题数据，大部分仍靠过去的调查方法及以点带面的形式统计出来，所反映的数据准确程度仍有较大差异。本次全区矿山地质环境动态监测示范区所运用的小型无人飞行器将对这一问题进行实验性监测。

4.1 监测工作流程

考虑到飞行器对地形地貌景观破坏有直观的监测效果，根据矿山地质环境的类型（工业广场、排土场、露天采坑、地面沉陷、地面塌陷、已治理区域），飞行器除不能反映深度以外，均能通过平面或多角度拍摄，后期合成校正等手段反映其监测类型面积及整体变化情况。其监测工作流程如下：

首先，将飞行器起降地点布设在所监测类型的中心部位，这样更便于对监测类型进行航空拍摄；其次，地面人员对所监测类型周边及中心地带布设若干控制点，布设可按地面参照物进行设点。起飞后可根据监测类型的大小，来控制飞行高度，本文所运用的四轴螺旋翼飞行器最大飞行高度为500m，最远控制距离为1000m。根据实际监测，在飞行高度200m时对地物拍摄面积为0.2km2。若监测类型面积较大时，可设定航线（一般按“S”形）对地物进行分片拍摄，后期拼接来进行。若反映监测类型整体情况时，可根据监测类型实际形态，选取适当高度及角度（本文飞行器摄像头偏移角度为±90°）来进行拍摄。

4.2 后期处理

在飞行拍摄结束后，若条件允许可现场进行影像合成及校正工作。其主要考虑若本次飞行拍摄达不到预期效果，可安排重复拍摄，以达到其监测目的。影像合成时（单幅就能反映监测类型的除外）必须遵循飞行航线拍摄时间轨迹，运用图像合成软件进行拼接，拼接后根据先前布设好的地面控制点及参照物，运用空间地理信息校正系统软件进行后期合成校正，已达到量测监测类型面积的效果（见照片1、2）。

5. 结束语

矿山地质环境动态监测是一项任重道远的工作，其监测过程中所运用到的方式方法也在逐步摸索阶段，本文仅通过运用小型无人飞行器来对矿山地质环境问题类型进行航拍监测工作论述，以求拓宽我区矿山地质环境监测手段领域，为实现日后系统性“地空一体化”矿山监测做出努力。

参考文献：

[1] 无人机在矿山监测中的应用（卢小平）.

[2] 周文生， 吴振宇， 刘海燕. 无人机遥感在矿山地质环境调查中的应用[J]. 地下水， 2014（2）：128-129.

[3] 宫本旭， 李亮. 无人机遥感数据的获取和在矿山监测中的处理方法[J]. 贵州地质， 2011， 28（3）：230-232.