矿山地质环境保护与治理恢复中无人机遥感技术的应用实践

刘淑慧

(青海有色测绘勘察院，青海 西宁 810000)

0 引 言

中华人民共和国国土资源部令44号《矿山地质环境保护规定》于2009年5月1日起实施。采矿权申请人申请采矿许可证时、扩大开采规模、变更矿区范围或者开采方式的，应当编制矿山地质环境保护与治理恢复方案。自从我国颁布了国土资源令以后，我国的地质环境管理部门对环境进行了监督，同时还会对作业进行定期的检查，还会进行相关的拍照以便留档[1]。无人机可以携带摄影机，它能够准确快速的小面积的地形信息，最近几年，无人机的运用越来越广泛，通过无人机可以轻松的获取人们想要的信息，这样可以有效的减少人工的干预，同时也可以减少工作人员的工作量。本文对青海某矿区地质环境保护与治理恢复进行了分析，主要是利用无人机进行数据获取、数据处理剂数据分析，同时还探讨了矿山地质环境保护与治理恢复中无人机遥感技术的应用实践。

1 矿区介绍

矿区大部分分布着稀土矿，矿层的深度大概是1～2米左右，采矿的方式主要是露天。在开采矿的过程中主要是根据地形进行的，如矿层是沿着山坡分布的，所以露天开采是利用阶梯式的开采方式。矿区采矿已经有几十年了，对地表已经造成了严重的破坏，比如：地表下层、动植物无法生存、水土流失严重、废渣随意堆放等问题。目前矿区的环境治理问题刻不容缓，由于采矿活动对大自然的破坏，直接会影响人的生存问题。根据这些现状国家对矿山地质环境保护与治理恢复提出了新的要求。无人机的主要作用就是监测和获取相关的信息，有利于人们对环境的治理。

2 无人机低空摄影介绍

无人机是一种受遥控控制的不载人飞机，无人机可以携带摄影机，然后可以构成分辨率比较高的低空行摄系统。现在无人机广泛运用于测绘行业，它能够对矿山地质环境保护与治理恢复进行监控。无人机汇聚了遥感、遥控、低空摄影的技术，给人类带来了很大的帮助。

无人机如果与卫星遥感或是与常规的摄影测绘相比，无人机运用起来比较方便，操作的技术水平要求的专业程度不需要有多高，无人机可以承载不同的遥感器，它可以获取很多时相、光谱、分辨率遥感影响数据，使用无人机的成本是比较低的，无人机可以自己规划路线，它可以及时的进入矿区，了解矿区的一些情况，然后为解决矿区问题制定相应的方案[2]。

3 无人机对矿区地形的测绘流程

3.1 工作步骤

无人机摄影测绘技术设计主要包括：航摄、外控方案设计、无人机航飞实施、摄影质量检查、GPS外业控制测量、外业数据质量检测等。

3.2 航拍的实行

1)设计要求

在无人机开始作业之前，首先要了解测绘的概况、测绘的范围、时间的安排等，然后再具体制定航拍计划，规划无人机起飞和落地的具体场所。

2)飞行要求

在无人机试飞的时候需要考虑该地的天气情况，无人机不适合在阴雨天进行飞行，最佳的测绘时间应该在上午的10点到下午的2点左右。只有在光线足够好的时间里拍摄才不会影响摄影的清晰度和亮度，选在上午10点到下午2点的时间是因为光线与地球是垂直的，地面的阴影面积最小，无人机在不出故障的情况下可以获得清晰的成像。无人机操作的具体流程如下：

a对无人机进行组装，对地面的系统最好联机，为试飞做好充分的准备；

b无人机从弹射架上开始起飞，在起飞过程中需要对无人机进行监控，做好相关数据的传达，让无人机按照规划的路线进行飞行，同时控制好无人机的摄影系统，及时对数据进行传输；

c无人机飞行结束后要平稳着陆，着陆的地点尽量选择空旷的地点进行着陆；

d着陆后对无人机进行检查看是否出现故障，然后对无人机的拍摄情况做好记录，最好结束航拍。

3.3 拍摄范围的布置

拍摄范围布置的主要原因是能够拍摄到自己想要的数据，而不是随意的拍摄，拍摄范围的布置可以提高工作的质量，后期不需要对数据进行没有必要的筛选[3]。拍摄范围布置的主要要求是测绘内部进行均匀的布点，从而保证整个项目成图的均匀化。

3.4 数据处理

1)空中三角测量

经过改正以后无人机的数据差为零。它主要运用的是边框的测量方法，但是在测量中需要注意的是地球曲率、大气折光等因素，这里可以使用自检校平差。在这个过程中需要均匀的布点，每一个点要进行有效的连接。

2)内部数据的处理

这里可以使用无人机的摄影系统讲述剧导入到POS数据然后进行加密，同时还需要对内部的方位和微积分进行纠正，经过不要的色彩平衡、图形的镶嵌等，然后形成清晰的图像。运用的是内部的数据采集，按照具体的要求对图片进行分层处理，然后对地形、地貌的图片进行有效的编辑，最后形成完整的图片。

3.5 无人机精度的审核

无人机数据精度的审核主要是在数据采集之后需要做的，选做的主要是对无人机的数据精准度进行有效的评价。为了让无人机拍摄的精准度达到最高，一般为选择在道路的交叉路口进行布点。

4 矿山地质环境的主要问题

青海的矿山开采对环境造成严重的破坏，破坏的问题比较突出的有两种情况：第一对土地土地资源造成了严重的破坏；第二产生了大量的地质灾害[4]。

矿的开采对畜牧业造成了威胁。矿的开采会产生大量的废弃物，它的随意堆放不仅会占用耕地还会对土地资源造成污染。

地质的遗迹和风景会遭受严重的破坏。地质的遗迹是不可再生资源，青海省可是一个旅游的大省，对风景的破坏对人类来说是一个巨大的损失。由于当地对环境的保护不到位，很多的自然景观已经不能在青海看到了，青海省的采矿业严重影响了青海的可持续发展。

5 数据获取与处理

这里采用的是天宝UX5无人机，在2016年9月2日对试验矿区进行了数据获取与处理。天气的情况是晴天。无人机有监测系统、路线规划系统、纠正系统。

5.1 数据获取

首先要对矿区的基本情况进行科学的分析，然后根据实际情况制定一个矿山地质环境保护与治理恢复的方案。具体的地形样式可以从谷歌地图上下载具体的央视，然后再策划无人机飞行的具体路线，无人机飞行的路线、时间、高度等都要做好安排，其目的就是使得数据能偶准确。这里我们规划了7条航拍路线，无人机飞行的方向是东南方。如图1所示是相机曝光位置及影像的重叠度。无人机在起飞前要对地貌进行勘察，然后确定具体的起落地点。在2016年9月2日中午运用了无人机UX5进行飞行，获得的数据为图片的重叠率为80%，无人机航拍的高度为610 m。总共获取的图片有97张，照片清晰、曝光适当。

无人机参数：起飞重量2.5 kg；起飞方式为弹射起飞；冀展100 cm；飞行时长50 min；无线通讯距离5 km；材质为碳纤骨架，内部是发泡聚丙烯泡沫；携带相机型号Sony NEX5-R；照片像素数为4 912×3 264。

数据获取情况：飞行时间22 min；飞行高度610 m；地面分辨率16 cm；覆盖面积2.286 km2；设计重叠率80%；飞行方向为东西向；航线数7条；照片数量97张；照片总数据量317 MB。

5.2 数据处理

在没有控制点的情况下，无人机的设想系统实施自动生成实景的三维模型的。无人机的数据处理包括对照片的编辑、相机的参数、色彩调整等。

本次数据处理运用的是电脑配置为Windows10的系统，内存为32G，处理数据的软件为Smart3D Capture，这个软件能够对三维模型进行快速的构建。三维模型可以从不同的角度观察到矿区的地貌形态。

6 矿山地质环境的监测研究

遥感技术是探究地表物质的一门学科，青海的地形地貌是比较复杂的，运用遥感技术可以有效的对青海的地形地貌进行监测，然后还可以分析地质地貌存在的问题，有效的发挥遥感技术的作用，主要是检测出采矿对地表的破坏程度，采矿引发的地质灾害等。通过无人机对矿区的地质灾害进行检测和预防，有效的避免对人类的生命财产造成威胁[5]。

6.1 地质环境影响的检测

经过近几年的调查，矿区暂时还没有出现山体滑坡、崩坍的地质灾害，但是在矿山的开采过程中出现了地裂缝的现象，地裂缝出现在多种范围之内，由于矿区的大面积开采，地下与地表是架空的，一旦出现地震或者是暴雨很都可能会出现塌陷的现象，不仅如此地下隔水层也会遭到破坏，地下的储水结构也会出现变化，如果在采矿过程中出现水下渗的现象是非常严重的。

6.2 地质环境的预测和评估

对地质危害性的预测评估认为：采矿可能会引发一系列的问题，如：地表塌陷、裂缝、水土流失等，主要表现为耕地大量的减产和林地遭受严重的破坏，如果矿物质残渣可能会对土地资源造成污染，矿区的污染排放也将会影响地下水。矿区的用地面积是 4 hm2，矿区占用的旱地有11 hm2，占用草地达到了3万公顷。矿区的废弃物堆放就占用了土地1 hm2。矿区开采将会导致一系列的自然灾害，如：塌陷、泥石流等，较为严重的受灾区占了矿区面积的80%，对土地资源造成了较为严重的破坏。在采矿过程中需要对矿区的地貌进行科学的研究，需要高度计算地下水的分布及矿物质的分布，同时在采矿过程中还需要对矿区进行保护，避免出现矿难。

6.3 地质环境的治理

根据无人机遥感技术获取的资料，然后对矿区地质环境的评估，制定一个合理的环境保护方案，从而实现矿区的可持续发展。在采矿过程中就需要制定一个科学合理的环境保护方案，工作的部署可以分为近期和中期，近期一般是五年、中远期一般是五年后。矿区地质环境治理的措施有：

1)自然灾害的预防，如：矿区出现崩塌、滑坡、裂缝等现象，这里可以对矿区进行填埋，而不是置之不理；

2)对矿区的植被和自然景观进行保护，在开采矿过程中种植相关的植被，西北地区环境比较恶劣，一旦植被被破坏可能再也无法生长出来，所以要实行相关措施对植被进行保护；

3)转移矿厂的废弃物，可以合理使用矿厂的废弃物，比如把矿厂的废弃物放入建筑行业可以做成泥、沙、砖头等，这样不仅解决了废弃物的堆放问题，还可以实现资源的循环利用，符合我国推行的可持续发展观；

4)对矿区的裂缝进行及时的填满，及时的恢复土地的生产能力；

5)解决当地居民用水用电的问题；

6)建立对矿山的地质环境监控系统，目的就是为了能够监督矿区对环境的保护和矿区地形地貌的具体变化情况。

6.4 矿区环境的保护和恢复建议

从上文我们可以看出矿区的地形环境比较复杂，所以在治理环境的时候需要辨证的看待问题，我们要充分的利用现代科学技术，如无人机遥感技术，无人机遥感技术是现代新兴的一种技术，由于近几年不断的运用到测绘科目中，它的相关技术已经相当的成熟，它能够低成本的为工作人员获取矿区的一些基本情况，同时还能够对矿区进行监控。相关的工作人员可以根据无人机遥感技术拍摄的照片就能分析出矿区基本的地形地貌，或者是矿区的一些地质灾害。通过数据的分析得出，矿区的开采很容易引发崩塌、滑坡、地裂缝等现象。因此，在对矿区环境保护的过程中需要对矿区的经济、交通、水源进行保护，应从矿区的地貌、地形、地质灾害、自然景观三个方面进行分析。矿区的问题相当的多，比如居民对矿区造成的污染严重不满，矿区需要对居民进行补偿，可以为居民无偿的提供水资源、电资源等，在采矿的过程中不要盲目的追求眼前的利益，应该从长远出发，应该制定相关的环境治理方案，利用现代技术结合实际情况制定一个科学合理的环境治理方案。

7 结 语

遥感技术是探究地表物质的一门学科，青海的地形地貌是比较复杂的，运用遥感技术可以有效的对青海的地形地貌进行监测，然后还可以分析地质地貌存在的问题，有效的发挥遥感技术的作用。利用现代技术结合实际情况制定一个科学合理的环境治理方案。无人机遥感技术是现代新兴的一种技术，由于近几年不断的运用到测绘科目中，它的相关技术已经相当的成熟，它能够低成本的为工作人员获取矿区的一些基本情况，同时还能够对矿区进行监控。无人机遥感技术对矿区的环境保护、恢复及治理。根据无人机遥感技术获取的资料，然后对矿区地质环境的评估，制定一个合理的环境保护方案，从而实现矿区的可持续发展。