无人机航测技术在地质环境治理中的应用分析

2021-04-05任婷婷

中国金属通报 2021年1期

任婷婷

（山东省第一地质矿产勘查院，山东济南 250109）

十八大以来，习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”，生态治理以及科学发展，成为我国未来经济发展中的主要方向。不能以牺牲环境为代价换取经济利益。作为地质环境，它承载着生态治理的主体，上世纪由于掠夺性开采，导致部分地区地质环境出现较为严重的破坏，特别在一些矿区和水资源丰富地区，认为的破坏，导致地质环境恶化。现阶段，党和国家重视环境治理，地质环境治理成为其中重要的组成部分，而传统的航测技术较为落后，已经无法适应当前的工作要求，无人机航测技术渐渐崭露头角，成为地质环境治理中可以广泛应用的一项技术。

1 无人机航测技术梗概

历史上第一架无人机试飞可以追溯到100年前的美国。当时无人机技术限于用无线电遥控，使用和试验的用途也仅仅限于军事任务。100年来，人们没有放弃对无人机的探索和研究，到21世纪上叶，无人机技术已经在测绘、侦查、搜救以及摄影等专业领域应用，极大地促进了各相关行业技术的突飞猛进，倒逼不同行业在传统模式下重新洗牌。特别是无人机航测技术，在工程领域，地质勘探领域等诸多领域逐渐取代传统的测量方式，简化了航测流程，降低了成本，提升了测绘精度[1]。

飞行平台和民用摄像机组成了航测技术的主要部分，飞行平台的作用就是作为民用摄像机的载体，专业人员使用飞行平台对其进行相关专业操作控制，完成测绘工作。飞行平台与控制器之间通过更高级的通讯技术连接，反应灵敏，环境适应度高，通过控制器可以完成飞行平台的多角度拍摄，通过控制其高度和飞行角度，在合理的速度范围内，有序开展航测工作，所以要求航测人员具备飞行平台控制能力以及较为丰富的测绘方面知识。所有的地质测量面貌和数据，都被摄像机记录在储存卡中，适时返回到终端，结束后，相关人员对记录数据通过专业软件进行整理分析，可以得出所测区域地质相关数据，为后续地质环境治理提供科学可靠的数据支持，

无人机航测技术发展到现在，已经比较成熟，无人机受人员操控，可以对一些较难测量的地形进行准确测量，特别是一些矿区、河流等地势险峻、存在危险的区域，多采用低空的测绘，数据相对较精确，所受到气象、压力等的干扰较小。此外，无人机成本较为低廉，需要人工较少，测量效率高，运行速度快，可以在极短时间内完成较大区域的测量数据采集。最后，无人机设备一般体积不大，续航能力能够满足大部分的应用情况，飞行灵活，加上与其他技术如红外线、GIS等技术的综合应用，可以对一些常规上不容易测量的地形进行准确地测量，满足不同地质条件的要求。

图1 无人机航测工作流程

2 现阶段地质环境治理存在问题

2.1 测量范围大，测量明确性不高

改革开放以来，经济迅速发展，许多矿产以及相关资源丰富的地区，都依仗资源优势迅速发展起来。但是，粗犷型经济的发展，往往是以牺牲环境为代价进行了。许多地区因为过度开采，导致矿区地质环境迅速恶化，许多河道因为过度使用以及周边乱耕乱伐，导致河道淤积，水土流失严重。地质环境恶化，直接导致生态环境恶化，严重的地方不适合人们栖居，背井离乡。

鉴于以上情况，地质环境治理成为迫在眉睫的事情。特别是矿区、河道、一些过度砍伐的林区，都存在亟待解决的环境治理问题。治理之前，要对治理对象周边的地质环境、地貌等进行全面的摸排，掌握最基本的地质数据，才能对症下药，实施切实有效的治理方案。由于之前人们只注重开采，导致对破坏区域的地貌缺少必要的数据，也不知道破坏的区域有多大，这就导致在进行测绘的时候，存在测量范围大，测量明确性不高的特点。

一些河道、矿山环境问题所波及的地面是线条状或面状，线条状区域主要是一些狭长地带的河道及矿脉，导致测量路径边长，传统的人工车辆为主的测量往往不能全面覆盖整个区域，仅能实现个别特征点的测量，整个测量会受到一些建筑、高压线塔甚至一些古遗迹的影响，导致测量工作无法开展，测量精度得不到保证。对于河道地质环境治理项目，船测虽然能够满足覆盖整条河流，也能做到相对精确的测绘，但是船的速度和效率低，并且一些气候水文因素，对于测量工作的开展具有很大的阻碍，导致测量的周期长。鉴于此，地质环境治理中的测量存在范围大，测量方式不能满足实际需求的特点。

2.2 技术有难度，精度有要求。

作为地质环境治理，只有精确掌握地质原貌，才能够针对地质作出相应的回复保护方案，才能将治理区域的地质环境尽可能恢复。测量是前期一项重要工作，是为后续治理提供数据的基础工作。因此在精度要求上较其他测绘要高一些。

以河道水环境地质治理为例，河道的成因复杂多变，具备的功能和河流上已经建造完成的水利枢纽规模形式各不相同，在形成淤积和对河道底部地质条件改变破坏的方式也多种多样。传统的测量，无法分辨出不同河道地质的细微差别。虽然卫星遥感等技术可以对区域内的地貌有所呈现，但是这种呈现是粗糙的，达不到治理所需要的精度。另外，一些水上漂浮物、大型船只停靠，也会对测量产生一定的误导和影响，因此，急需新技术的测绘方式代替传统的测绘方式。

2.3 涉及情况复杂

地质环境治理往往不是单一的治理，需要许多方面综合考虑，进行整体协调的综合治理，因此所涉及到实际地质情况较为复杂。在前期的地质测量过程中，可能涉及到山区、林区、河道甚至一些人工建筑物的测量，传统的测量方法往往单一，在处理这种复杂状况时，往往捉襟见肘，这就大大降低了工作效率，工作量巨大，使得治理效果大打折扣。

3 无人机航测技术在地质环境治理中的优势

针对以上传统测绘在地质环境治理中存在的不足，无人机航测技术能够补偿传统测绘技术的短板，在地质环境治理中发挥优势：

3.1 效率高

传统测绘，需要投入大量人工无聊进驻现场，通过传统仪器划分测站点，一个个进行测量，并收集数据，绘制图像，如果地形复杂，不仅投入的人力物力翻倍，还可能在一些地形陡峭险峻的区域作业时，发生安全事故，存在安全隐患。无人机需要投入人员少，能大大提升工作效率，保证地质环境治理工作顺利进行。

3.2 形象性

无人机航测技术形象直观，可以图像化显示周围地理特征，使治理工作者可以更好掌握周边情况，从而为决策和最终的治理方案提供可操性较强的手段。

作为一种新技术，应用方面存在许多优势，也会有一些不足，比如续航能力以及要求专业操作人员具备较高的专业素质等，但是瑕不掩瑜，无人机航测在地质环境治理方面还是应用前景广泛的，也是今后的趋势所在。

4 无人机航测技术在地质环境治理中的应用

4.1 技术设计

在地质环境治理之前，首先要明确治理区域范围、基本内容、精度要求、工期以及需要注意的其他事项。

根据以上基本要求，无人机航测要制定本次航测的相关方案，方案根据要求要安排飞行的时间，航拍的时间，航拍机型选择、精度设置以及续航电池等一系列安排。要选定好无人机启停的场地，包括航测的路线选定，都要做出详细的安排计划，再开始实地的航测。

4.2 航测实飞

航测要尽可能选择天气条件较好的时候，光线和各种风向适宜飞行的时间，一般选择在早晨九点至下午三点之间，根据实际情况确定。确定好飞行时间后，就要正式进行航测实飞了。首先，检查设备，对无人机各部件进行检查，电池是否到位，通讯连接是否正常；然后设置各项参数，进入导航控制系统；其次，启动无人机，地面监控系统通过数据传输系统向飞行导航与控制系统发送数据和控制指令等，控制无人机进行航拍，按照预设数值进行航测，技术人员在地面系统上进行实时监控，操作无人机进行航测任务；最后无人机返航，人员对无人机进行检查，利用便携式的设备，简单收集观看无人机拍摄和收集到的数据，对相关影像记录检查，确保符合要求后，收好无人机[2，3]。

4.3 像控点布设

像控点本着测区内均匀布设，边缘密的原则进行。可以根据实际多布控像控点，并核验。测量方法多采用JXCORS 网络RTK 法，精度核验无误后，再进坐标测量工作，利用以上方法，每个点测量两次，所得结果固定后，开始实际测量，平面较差应小于 3cm、高程较差小于 5cm 时，成果取平均。结果误差过大，需重新测量。