劉淑慧

(青海有色測(cè)繪勘察院，青海 西寧 810000)

0 引 言

中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部令44號(hào)《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》于2009年5月1日起實(shí)施。采礦權(quán)申請(qǐng)人申請(qǐng)采礦許可證時(shí)、擴(kuò)大開(kāi)采規(guī)模、變更礦區(qū)范圍或者開(kāi)采方式的，應(yīng)當(dāng)編制礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案。自從我國(guó)頒布了國(guó)土資源令以后，我國(guó)的地質(zhì)環(huán)境管理部門對(duì)環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)督，同時(shí)還會(huì)對(duì)作業(yè)進(jìn)行定期的檢查，還會(huì)進(jìn)行相關(guān)的拍照以便留檔[1]。無(wú)人機(jī)可以攜帶攝影機(jī)，它能夠準(zhǔn)確快速的小面積的地形信息，最近幾年，無(wú)人機(jī)的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，通過(guò)無(wú)人機(jī)可以輕松的獲取人們想要的信息，這樣可以有效的減少人工的干預(yù)，同時(shí)也可以減少工作人員的工作量。本文對(duì)青海某礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)進(jìn)行了分析，主要是利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理劑數(shù)據(jù)分析，同時(shí)還探討了礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)中無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐。

1 礦區(qū)介紹

礦區(qū)大部分分布著稀土礦，礦層的深度大概是1～2米左右，采礦的方式主要是露天。在開(kāi)采礦的過(guò)程中主要是根據(jù)地形進(jìn)行的，如礦層是沿著山坡分布的，所以露天開(kāi)采是利用階梯式的開(kāi)采方式。礦區(qū)采礦已經(jīng)有幾十年了，對(duì)地表已經(jīng)造成了嚴(yán)重的破壞，比如：地表下層、動(dòng)植物無(wú)法生存、水土流失嚴(yán)重、廢渣隨意堆放等問(wèn)題。目前礦區(qū)的環(huán)境治理問(wèn)題刻不容緩，由于采礦活動(dòng)對(duì)大自然的破壞，直接會(huì)影響人的生存問(wèn)題。根據(jù)這些現(xiàn)狀國(guó)家對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)提出了新的要求。無(wú)人機(jī)的主要作用就是監(jiān)測(cè)和獲取相關(guān)的信息，有利于人們對(duì)環(huán)境的治理。

2 無(wú)人機(jī)低空攝影介紹

無(wú)人機(jī)是一種受遙控控制的不載人飛機(jī)，無(wú)人機(jī)可以攜帶攝影機(jī)，然后可以構(gòu)成分辨率比較高的低空行攝系統(tǒng)?，F(xiàn)在無(wú)人機(jī)廣泛運(yùn)用于測(cè)繪行業(yè)，它能夠?qū)ΦV山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)進(jìn)行監(jiān)控。無(wú)人機(jī)匯聚了遙感、遙控、低空攝影的技術(shù)，給人類帶來(lái)了很大的幫助。

無(wú)人機(jī)如果與衛(wèi)星遙感或是與常規(guī)的攝影測(cè)繪相比，無(wú)人機(jī)運(yùn)用起來(lái)比較方便，操作的技術(shù)水平要求的專業(yè)程度不需要有多高，無(wú)人機(jī)可以承載不同的遙感器，它可以獲取很多時(shí)相、光譜、分辨率遙感影響數(shù)據(jù)，使用無(wú)人機(jī)的成本是比較低的，無(wú)人機(jī)可以自己規(guī)劃路線，它可以及時(shí)的進(jìn)入礦區(qū)，了解礦區(qū)的一些情況，然后為解決礦區(qū)問(wèn)題制定相應(yīng)的方案[2]。

3 無(wú)人機(jī)對(duì)礦區(qū)地形的測(cè)繪流程

3.1 工作步驟

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)主要包括：航攝、外控方案設(shè)計(jì)、無(wú)人機(jī)航飛實(shí)施、攝影質(zhì)量檢查、GPS外業(yè)控制測(cè)量、外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)等。

3.2 航拍的實(shí)行

1)設(shè)計(jì)要求

在無(wú)人機(jī)開(kāi)始作業(yè)之前，首先要了解測(cè)繪的概況、測(cè)繪的范圍、時(shí)間的安排等，然后再具體制定航拍計(jì)劃，規(guī)劃無(wú)人機(jī)起飛和落地的具體場(chǎng)所。

2)飛行要求

在無(wú)人機(jī)試飛的時(shí)候需要考慮該地的天氣情況，無(wú)人機(jī)不適合在陰雨天進(jìn)行飛行，最佳的測(cè)繪時(shí)間應(yīng)該在上午的10點(diǎn)到下午的2點(diǎn)左右。只有在光線足夠好的時(shí)間里拍攝才不會(huì)影響攝影的清晰度和亮度，選在上午10點(diǎn)到下午2點(diǎn)的時(shí)間是因?yàn)楣饩€與地球是垂直的，地面的陰影面積最小，無(wú)人機(jī)在不出故障的情況下可以獲得清晰的成像。無(wú)人機(jī)操作的具體流程如下：

a對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行組裝，對(duì)地面的系統(tǒng)最好聯(lián)機(jī)，為試飛做好充分的準(zhǔn)備；

b無(wú)人機(jī)從彈射架上開(kāi)始起飛，在起飛過(guò)程中需要對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，做好相關(guān)數(shù)據(jù)的傳達(dá)，讓無(wú)人機(jī)按照規(guī)劃的路線進(jìn)行飛行，同時(shí)控制好無(wú)人機(jī)的攝影系統(tǒng)，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；

c無(wú)人機(jī)飛行結(jié)束后要平穩(wěn)著陸，著陸的地點(diǎn)盡量選擇空曠的地點(diǎn)進(jìn)行著陸；

d著陸后對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行檢查看是否出現(xiàn)故障，然后對(duì)無(wú)人機(jī)的拍攝情況做好記錄，最好結(jié)束航拍。

3.3 拍攝范圍的布置

拍攝范圍布置的主要原因是能夠拍攝到自己想要的數(shù)據(jù)，而不是隨意的拍攝，拍攝范圍的布置可以提高工作的質(zhì)量，后期不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行沒(méi)有必要的篩選[3]。拍攝范圍布置的主要要求是測(cè)繪內(nèi)部進(jìn)行均勻的布點(diǎn)，從而保證整個(gè)項(xiàng)目成圖的均勻化。

3.4 數(shù)據(jù)處理

1)空中三角測(cè)量

經(jīng)過(guò)改正以后無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)差為零。它主要運(yùn)用的是邊框的測(cè)量方法，但是在測(cè)量中需要注意的是地球曲率、大氣折光等因素，這里可以使用自檢校平差。在這個(gè)過(guò)程中需要均勻的布點(diǎn)，每一個(gè)點(diǎn)要進(jìn)行有效的連接。

2)內(nèi)部數(shù)據(jù)的處理

這里可以使用無(wú)人機(jī)的攝影系統(tǒng)講述劇導(dǎo)入到POS數(shù)據(jù)然后進(jìn)行加密，同時(shí)還需要對(duì)內(nèi)部的方位和微積分進(jìn)行糾正，經(jīng)過(guò)不要的色彩平衡、圖形的鑲嵌等，然后形成清晰的圖像。運(yùn)用的是內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集，按照具體的要求對(duì)圖片進(jìn)行分層處理，然后對(duì)地形、地貌的圖片進(jìn)行有效的編輯，最后形成完整的圖片。

3.5 無(wú)人機(jī)精度的審核

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)精度的審核主要是在數(shù)據(jù)采集之后需要做的，選做的主要是對(duì)無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)。為了讓無(wú)人機(jī)拍攝的精準(zhǔn)度達(dá)到最高，一般為選擇在道路的交叉路口進(jìn)行布點(diǎn)。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境的主要問(wèn)題

青海的礦山開(kāi)采對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，破壞的問(wèn)題比較突出的有兩種情況：第一對(duì)土地土地資源造成了嚴(yán)重的破壞；第二產(chǎn)生了大量的地質(zhì)災(zāi)害[4]。

礦的開(kāi)采對(duì)畜牧業(yè)造成了威脅。礦的開(kāi)采會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物，它的隨意堆放不僅會(huì)占用耕地還會(huì)對(duì)土地資源造成污染。

地質(zhì)的遺跡和風(fēng)景會(huì)遭受嚴(yán)重的破壞。地質(zhì)的遺跡是不可再生資源，青海省可是一個(gè)旅游的大省，對(duì)風(fēng)景的破壞對(duì)人類來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的損失。由于當(dāng)?shù)貙?duì)環(huán)境的保護(hù)不到位，很多的自然景觀已經(jīng)不能在青海看到了，青海省的采礦業(yè)嚴(yán)重影響了青海的可持續(xù)發(fā)展。

5 數(shù)據(jù)獲取與處理

這里采用的是天寶UX5無(wú)人機(jī)，在2016年9月2日對(duì)試驗(yàn)礦區(qū)進(jìn)行了數(shù)據(jù)獲取與處理。天氣的情況是晴天。無(wú)人機(jī)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、路線規(guī)劃系統(tǒng)、糾正系統(tǒng)。

5.1 數(shù)據(jù)獲取

首先要對(duì)礦區(qū)的基本情況進(jìn)行科學(xué)的分析，然后根據(jù)實(shí)際情況制定一個(gè)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)的方案。具體的地形樣式可以從谷歌地圖上下載具體的央視，然后再策劃無(wú)人機(jī)飛行的具體路線，無(wú)人機(jī)飛行的路線、時(shí)間、高度等都要做好安排，其目的就是使得數(shù)據(jù)能偶準(zhǔn)確。這里我們規(guī)劃了7條航拍路線，無(wú)人機(jī)飛行的方向是東南方。如圖1所示是相機(jī)曝光位置及影像的重疊度。無(wú)人機(jī)在起飛前要對(duì)地貌進(jìn)行勘察，然后確定具體的起落地點(diǎn)。在2016年9月2日中午運(yùn)用了無(wú)人機(jī)UX5進(jìn)行飛行，獲得的數(shù)據(jù)為圖片的重疊率為80%，無(wú)人機(jī)航拍的高度為610 m。總共獲取的圖片有97張，照片清晰、曝光適當(dāng)。

無(wú)人機(jī)參數(shù)：起飛重量2.5 kg；起飛方式為彈射起飛；冀展100 cm；飛行時(shí)長(zhǎng)50 min；無(wú)線通訊距離5 km；材質(zhì)為碳纖骨架，內(nèi)部是發(fā)泡聚丙烯泡沫；攜帶相機(jī)型號(hào)Sony NEX5-R；照片像素?cái)?shù)為4 912×3 264。

數(shù)據(jù)獲取情況：飛行時(shí)間22 min；飛行高度610 m；地面分辨率16 cm；覆蓋面積2.286 km2；設(shè)計(jì)重疊率80%；飛行方向?yàn)闁|西向；航線數(shù)7條；照片數(shù)量97張；照片總數(shù)據(jù)量317 MB。

5.2 數(shù)據(jù)處理

在沒(méi)有控制點(diǎn)的情況下，無(wú)人機(jī)的設(shè)想系統(tǒng)實(shí)施自動(dòng)生成實(shí)景的三維模型的。無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)處理包括對(duì)照片的編輯、相機(jī)的參數(shù)、色彩調(diào)整等。

本次數(shù)據(jù)處理運(yùn)用的是電腦配置為Windows10的系統(tǒng)，內(nèi)存為32G，處理數(shù)據(jù)的軟件為Smart3D Capture，這個(gè)軟件能夠?qū)θS模型進(jìn)行快速的構(gòu)建。三維模型可以從不同的角度觀察到礦區(qū)的地貌形態(tài)。

6 礦山地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)研究

遙感技術(shù)是探究地表物質(zhì)的一門學(xué)科，青海的地形地貌是比較復(fù)雜的，運(yùn)用遙感技術(shù)可以有效的對(duì)青海的地形地貌進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后還可以分析地質(zhì)地貌存在的問(wèn)題，有效的發(fā)揮遙感技術(shù)的作用，主要是檢測(cè)出采礦對(duì)地表的破壞程度，采礦引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害等。通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)防，有效的避免對(duì)人類的生命財(cái)產(chǎn)造成威脅[5]。

6.1 地質(zhì)環(huán)境影響的檢測(cè)

經(jīng)過(guò)近幾年的調(diào)查，礦區(qū)暫時(shí)還沒(méi)有出現(xiàn)山體滑坡、崩坍的地質(zhì)災(zāi)害，但是在礦山的開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)了地裂縫的現(xiàn)象，地裂縫出現(xiàn)在多種范圍之內(nèi)，由于礦區(qū)的大面積開(kāi)采，地下與地表是架空的，一旦出現(xiàn)地震或者是暴雨很都可能會(huì)出現(xiàn)塌陷的現(xiàn)象，不僅如此地下隔水層也會(huì)遭到破壞，地下的儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)變化，如果在采礦過(guò)程中出現(xiàn)水下滲的現(xiàn)象是非常嚴(yán)重的。

6.2 地質(zhì)環(huán)境的預(yù)測(cè)和評(píng)估

對(duì)地質(zhì)危害性的預(yù)測(cè)評(píng)估認(rèn)為：采礦可能會(huì)引發(fā)一系列的問(wèn)題，如：地表塌陷、裂縫、水土流失等，主要表現(xiàn)為耕地大量的減產(chǎn)和林地遭受嚴(yán)重的破壞，如果礦物質(zhì)殘?jiān)赡軙?huì)對(duì)土地資源造成污染，礦區(qū)的污染排放也將會(huì)影響地下水。礦區(qū)的用地面積是 4 hm2，礦區(qū)占用的旱地有11 hm2，占用草地達(dá)到了3萬(wàn)公頃。礦區(qū)的廢棄物堆放就占用了土地1 hm2。礦區(qū)開(kāi)采將會(huì)導(dǎo)致一系列的自然災(zāi)害，如：塌陷、泥石流等，較為嚴(yán)重的受災(zāi)區(qū)占了礦區(qū)面積的80%，對(duì)土地資源造成了較為嚴(yán)重的破壞。在采礦過(guò)程中需要對(duì)礦區(qū)的地貌進(jìn)行科學(xué)的研究，需要高度計(jì)算地下水的分布及礦物質(zhì)的分布，同時(shí)在采礦過(guò)程中還需要對(duì)礦區(qū)進(jìn)行保護(hù)，避免出現(xiàn)礦難。

6.3 地質(zhì)環(huán)境的治理

根據(jù)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲取的資料，然后對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的評(píng)估，制定一個(gè)合理的環(huán)境保護(hù)方案，從而實(shí)現(xiàn)礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。在采礦過(guò)程中就需要制定一個(gè)科學(xué)合理的環(huán)境保護(hù)方案，工作的部署可以分為近期和中期，近期一般是五年、中遠(yuǎn)期一般是五年后。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理的措施有：

1)自然災(zāi)害的預(yù)防，如：礦區(qū)出現(xiàn)崩塌、滑坡、裂縫等現(xiàn)象，這里可以對(duì)礦區(qū)進(jìn)行填埋，而不是置之不理；

2)對(duì)礦區(qū)的植被和自然景觀進(jìn)行保護(hù)，在開(kāi)采礦過(guò)程中種植相關(guān)的植被，西北地區(qū)環(huán)境比較惡劣，一旦植被被破壞可能再也無(wú)法生長(zhǎng)出來(lái)，所以要實(shí)行相關(guān)措施對(duì)植被進(jìn)行保護(hù)；

3)轉(zhuǎn)移礦廠的廢棄物，可以合理使用礦廠的廢棄物，比如把礦廠的廢棄物放入建筑行業(yè)可以做成泥、沙、磚頭等，這樣不僅解決了廢棄物的堆放問(wèn)題，還可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，符合我國(guó)推行的可持續(xù)發(fā)展觀；

4)對(duì)礦區(qū)的裂縫進(jìn)行及時(shí)的填滿，及時(shí)的恢復(fù)土地的生產(chǎn)能力；

5)解決當(dāng)?shù)鼐用裼盟秒姷膯?wèn)題；

6)建立對(duì)礦山的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，目的就是為了能夠監(jiān)督礦區(qū)對(duì)環(huán)境的保護(hù)和礦區(qū)地形地貌的具體變化情況。

6.4 礦區(qū)環(huán)境的保護(hù)和恢復(fù)建議

從上文我們可以看出礦區(qū)的地形環(huán)境比較復(fù)雜，所以在治理環(huán)境的時(shí)候需要辨證的看待問(wèn)題，我們要充分的利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，如無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是現(xiàn)代新興的一種技術(shù)，由于近幾年不斷的運(yùn)用到測(cè)繪科目中，它的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒欤軌虻统杀镜臑楣ぷ魅藛T獲取礦區(qū)的一些基本情況，同時(shí)還能夠?qū)ΦV區(qū)進(jìn)行監(jiān)控。相關(guān)的工作人員可以根據(jù)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)拍攝的照片就能分析出礦區(qū)基本的地形地貌，或者是礦區(qū)的一些地質(zhì)災(zāi)害。通過(guò)數(shù)據(jù)的分析得出，礦區(qū)的開(kāi)采很容易引發(fā)崩塌、滑坡、地裂縫等現(xiàn)象。因此，在對(duì)礦區(qū)環(huán)境保護(hù)的過(guò)程中需要對(duì)礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)、交通、水源進(jìn)行保護(hù)，應(yīng)從礦區(qū)的地貌、地形、地質(zhì)災(zāi)害、自然景觀三個(gè)方面進(jìn)行分析。礦區(qū)的問(wèn)題相當(dāng)?shù)亩?，比如居民?duì)礦區(qū)造成的污染嚴(yán)重不滿，礦區(qū)需要對(duì)居民進(jìn)行補(bǔ)償，可以為居民無(wú)償?shù)奶峁┧Y源、電資源等，在采礦的過(guò)程中不要盲目的追求眼前的利益，應(yīng)該從長(zhǎng)遠(yuǎn)出發(fā)，應(yīng)該制定相關(guān)的環(huán)境治理方案，利用現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合實(shí)際情況制定一個(gè)科學(xué)合理的環(huán)境治理方案。

7 結(jié) 語(yǔ)

遙感技術(shù)是探究地表物質(zhì)的一門學(xué)科，青海的地形地貌是比較復(fù)雜的，運(yùn)用遙感技術(shù)可以有效的對(duì)青海的地形地貌進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后還可以分析地質(zhì)地貌存在的問(wèn)題，有效的發(fā)揮遙感技術(shù)的作用。利用現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合實(shí)際情況制定一個(gè)科學(xué)合理的環(huán)境治理方案。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是現(xiàn)代新興的一種技術(shù)，由于近幾年不斷的運(yùn)用到測(cè)繪科目中，它的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒欤軌虻统杀镜臑楣ぷ魅藛T獲取礦區(qū)的一些基本情況，同時(shí)還能夠?qū)ΦV區(qū)進(jìn)行監(jiān)控。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)礦區(qū)的環(huán)境保護(hù)、恢復(fù)及治理。根據(jù)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲取的資料，然后對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的評(píng)估，制定一個(gè)合理的環(huán)境保護(hù)方案，從而實(shí)現(xiàn)礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。