无人机倾斜摄影测量技术在矿山生态修复中的应用

马华坤

福建省121 地质大队，福建 龙岩 364000

矿山开采造成的山体破坏，影响着周围地区的生态环境，而随着时代的不断发展，人们对生态环境的保护意识也越来越高。我国矿山地质环境的保护和恢复治理工作已经进入了全面开展阶段[1]。矿山地质环境修复是指为恢复或改善矿山地质环境，合理利用和保护矿山资源，在进行矿山开发时所采取的各种工程措施。矿山地质环境修复的主要内容包括治理与防护、复垦、绿化等方面。其中，测绘是修复矿山地质环境的重要手段。无人机倾斜摄影测量技术作为一种新型高精度的三维实景数据获取技术，具有灵活、高效、安全等特点，因此在矿山地质环境保护和恢复治理工作中得到了广泛应用，为矿山地质环境保护与恢复治理工作提供了重要的数据支撑。

1 无人机倾斜摄影测量技术概述

1.1 概念

无人机倾斜摄影测量技术，是指以无人机为平台，利用激光雷达扫描系统获取待测目标的三维点云数据，利用无人机搭载的高分辨率数码相机、视频传感器等设备获取地面物体的影像数据，并将其与高分辨率的数字正射影像（digital orthophoto map，DOM）、数字高程模型（digital elevation model，DEM）、数字线划图（digital line graphic，DLG）等数据进行融合，通过调整航高和航摄重叠率获得高分辨率的地物信息，为三维建模提供建模基础数据，形成数字正射影像图及三维实景模型等数据。

1.2 应用原理

根据无人机倾斜摄影测量系统中不同传感器的不同功能，概括其具体的应用流程，如图1 所示。在矿山生态修复中，通过将无人机倾斜摄影测量系统与激光雷达扫描仪结合，可以对被测目标进行三维点云数据采集。利用激光雷达扫描仪采集三维点云数据时，一般情况下只需要将点云数据传送至计算机中即可，无需对点云数据进行预处理。

图1 无人机倾斜摄影测量系统应用流程

2 无人机倾斜摄影测量技术的优势

2.1 摄影测量成果质量高

无人机倾斜摄影测量技术具有快速获取高精度、高质量地理信息的优势[2]。在进行矿山生态修复时，需要利用无人机搭载摄影系统，并通过其进行倾斜摄影测量。在倾斜摄影测量技术中，无人机主要使用数码相机采集影像数据，并将数据传输到计算机中进行处理。与传统的航测方法相比，该技术可以极大地提高摄影测量成果的质量。在矿山生态修复中应用无人机倾斜摄影测量技术进行矿山生态环境的监测，不仅可以获得高分辨率的影像数据，还可以获取矿区范围内的建筑物信息，进而掌握矿区的整体情况以及地面细节情况。

2.2 数据获取快速、准确

传统的航测方法通常需要复杂的专业设备，耗时耗力，难以及时获取所需数据；而采用无人机倾斜摄影测量技术，可以在短时间内获得准确、快速的测量结果。同时，该技术还能解决传统航测方法中存在的问题，如测量人员难以到达的区域等。因此，在矿山生态修复中，无人机倾斜摄影测量技术具有明显优势。

2.3 实现三维建模

目前，三维建模已经成为矿山生态修复的重要手段，可以通过三维模型进行数据分析、图形处理、辅助规划设计等。无人机倾斜摄影测量技术可根据矿山的实际情况，有针对性地设置地形地貌特征点，获取准确的三维模型，提高矿山生态修复项目的设计、规划、施工和管理水平。在进行矿山地质环境影响评价时，可以利用无人机倾斜摄影测量技术获取相关数据，并根据相关参数对矿山进行分类和分级评价。通过对数据的处理分析，可以为矿区治理与修复提供科学依据[3-4]。

3 无人机倾斜摄影测量技术的矿山测绘方式

3.1 矿山测绘工作前期的考察工作

矿山测绘工作前期的考察工作主要是对矿山资源分布情况、地形地貌情况以及矿区的交通路线等多方面进行考察，以确保无人机倾斜摄影技术可以在矿山测绘工作中得到充分的应用。无人机倾斜摄影技术具有一定的灵活性，可以对矿山资源分布情况进行详细的了解，同时也可以在一定程度上对矿区交通路线进行全面的了解。但在矿山测绘工作中，如果矿山地形比较复杂，利用无人机倾斜摄影技术在进行测绘时就会比较困难。因此，在实际应用中，需要充分重视矿山测绘工作前期的考察工作，以确保无人机倾斜摄影技术可以得到最大程度的应用。

3.2 无人机航拍飞行路线的规划

无人机在进行航拍的过程中，其飞行路线与规划需要考虑诸多因素，因此需要合理地规划无人机飞行路线。在对无人机进行规划时，需要充分考虑矿山的地形、地貌、道路交通状况以及整体规划设计等多方面因素，确保整个航拍过程能够顺利进行。一般情况下，需要将航拍区域划分为若干个扇区，根据地形条件来确定每个扇区的具体位置。此外，还需要对每一个扇区进行合理规划，在航拍过程中，首先对整个矿山地区进行航拍，之后再根据实际情况分别对每个扇区进行进一步的细致划分。

3.3 无人机航拍图像处理

为了获得更全面的信息、扩大视野范围，需要利用图像处理软件对无人机航拍图像进行拼接处理。在图像拼接前，先使无人机按照航拍路线飞行，并设置好高度参数，严格控制无人机的飞行高度，进行拍摄。在飞行结束后，应对航拍图片进行检查与处理，以便于开展接下来的航拍图像拼接工作。在无人机航拍图像拼接完成后，还要对拼接出的图像进行质量检测，首先检查图像是否存在模糊、失真或者过曝等问题；其次，检查图像中是否存在边缘错位、重叠不准确等拼接错误；最后，检查图像的整体一致性和完整性，确保没有丢失或损坏的部分，将质量不达标的图片剔除。在此基础上，还要对无人机航拍影像进行色彩校正、色彩增强以及尺寸与分辨率等方面的处理优化。

3.4 构建矿山三维实景模型

为了保证矿山生态修复测绘工作的准确性，在矿山生态修复测绘过程中，要使用无人机进行倾斜摄影测量，并建立三维实景模型。首先对生态修复区域进行航空摄影，并在航空摄影过程中采集矿区的倾斜影像；其次将采集到的倾斜影像导入处理软件中进行处理；最后通过构建三维模型完成矿山三维实景模型的建立。通过无人机倾斜摄影测量技术建立三维实景模型，可以清晰地反映矿山生态修复区域内的地形地貌、地表植被等信息，为矿山生态修复方案的制定和实施提供可靠的依据。

4 无人机倾斜摄影测量技术在矿山生态修复中的应用

4.1 在矿山生态动态监测方面的应用

利用无人机倾斜摄影测量技术能够实现矿山生态动态监测，具体可分为以下3 个方面：①矿区地形地貌恢复状况。利用无人机倾斜摄影测量技术可以快速获取矿区土地资源的利用情况，如复垦土地的面积、土地平整的面积、被占用土地的面积等。②矿山环境恢复状况。利用无人机倾斜摄影测量技术能够实现对矿区植被等环境状况的监测，从而确定矿山生态修复治理工作的成效。例如，利用无人机倾斜摄影测量技术能够获取矿区植被生长状况，从而分析其植被恢复程度。③矿山地质环境变化情况。无人机倾斜摄影测量技术可以实现对矿区地质环境变化情况的监测，从而确定矿区生态修复工作中存在的问题。

4.2 在矿山生态综合治理方面的应用

目前，无人机倾斜摄影测量技术已广泛应用于国土空间规划、土地利用规划等领域，在矿山生态综合治理方面也发挥着越来越重要的作用。通过无人机倾斜摄影测量技术，可以获得矿山生态综合治理区域的三维模型，从而为矿山生态综合治理方案的制定提供参考。无人机倾斜摄影测量技术在矿山生态综合治理领域中的应用主要有以下3 个方面：①监测土地利用变化。无人机倾斜摄影测量技术可对不同时间段内的土地利用变化情况进行监测，为土地利用变化情况评估提供数据支撑。②监测边坡稳定性变化。无人机倾斜摄影测量技术可对矿山边坡进行监测，从而获取边坡稳定性变化数据。③监测环境污染情况。无人机倾斜摄影测量技术可对矿区空气污染情况进行监测，从而获取空气污染指标，并对污染物的扩散情况进行预测。

4.3 在矿山生态修复评估方面的应用

矿山生态修复评估是指对矿山生态修复项目实施前、实施后的综合评估，以确定该项目是否符合相关标准、是否达到预期目标的一种方法。在矿山生态修复评估方面，由于矿山生态修复区域地形复杂、地貌形态多样，因此传统的人工实地考察测量方法存在一定的局限性，往往无法实现对矿山生态修复项目全过程的监测与评估。而无人机倾斜摄影测量技术通过对矿山区域的生物多样性、土壤质量、水文地质条件等的综合分析，可以评估矿山开发对生态系统的破坏程度，并预测生态系统的恢复潜力，为制定科学的生态修复方案提供基础。此外，矿山生态修复评估还可以评估不同修复措施的效果和可行性。通过对不同修复方法的实施和效果进行评估，可以确定最佳的修复方案，并为决策者提供科学依据。这有助于提高生态修复的效率和效果，减少资源浪费。

4.4 在矿山修复适用效果评价方面的应用

无人机倾斜摄影测量技术可以全面实现矿山地形各种数据的精密测量，不仅能够为平衡土石方、清理危岩、清运废石等各项工作的部署和测算提供一种行之有效的方法，还能够为矿山生态修复规划过程中的评价及风险预测提供更加直观的数据支持，从而更好地把握矿区生态修复的前期工作，并对矿山生态修复后的环境进行评价，为矿区生态修复的后期规划和布设工作提供更有效的支持。另外，多角度图像可以全方位反映地物的真实状况，有助于矿区生态修复的后期规划和布设工作顺利进行。同时，将图像数据与修复方案结合起来，可以清楚地展示矿区修复后的效果，为后期的修复工作提供有效帮助，也可以为修复效果提供相关数据支持。总之，无人机倾斜摄影技术是一种新型的摄影测量技术，它能够全面实现矿山地形各种数据的精密测量，为矿山环境恢复计划提供有力支持。

5 结语

综上所述，在矿山生态修复评估方面，由于矿山生态修复区域地形复杂、地貌形态多样，因此传统的人工实地考察测量方法存在一定的局限性，而无人机倾斜摄影测量技术在矿山修复中具有十分显著的优势。将无人机倾斜摄影测量技术引入矿山测绘，可以有效地提升矿山测绘成果的精度，为矿山的后续施工与采掘提供可靠的资料支撑。此外，该方法所包含的立体信息，也可以为今后的智能化矿山的发展奠定坚实的理论和技术基础。