廖勤欽,周 超
(江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊(duì),江西 上饒 334000)
礦山資源是重要的自然資源,是社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會(huì)發(fā)展的進(jìn)步,對(duì)礦石的需求量越來(lái)越大,礦產(chǎn)開采速度越來(lái)越快。礦山無(wú)秩序無(wú)節(jié)制的開發(fā)造成礦產(chǎn)資源匱乏,礦區(qū)環(huán)境污染。而且還有非法采礦的行為,對(duì)露天植被造成嚴(yán)重破壞。如何讓有效地進(jìn)行礦山快速監(jiān)控,杜絕越界開采、非法開采的現(xiàn)象是礦產(chǎn)資源監(jiān)測(cè)工作的一項(xiàng)重點(diǎn)和難點(diǎn)。無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合Google Earth應(yīng)用于礦山檢測(cè),能夠結(jié)合無(wú)人機(jī)速度快、分辨率高、成本低和Google Earth數(shù)據(jù)收集的全面性、細(xì)致性的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),具有事半功倍的效果。
(1)無(wú)人機(jī)航測(cè)基本特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合了無(wú)人機(jī)技術(shù)和數(shù)碼相機(jī)技術(shù),是對(duì)傳統(tǒng)的航空攝影的有力補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)了無(wú)人攝影。無(wú)人機(jī)航測(cè)具有高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短、分辨率高、受氣候條件影響小、操作便利等優(yōu)點(diǎn)。在土地資源調(diào)查和土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮著重要作用,解決了傳統(tǒng)的衛(wèi)星和有人測(cè)繪存檔數(shù)據(jù)時(shí)效性差的難題。另外隨著不斷的飛行實(shí)踐和創(chuàng)新,技術(shù)難關(guān)不斷突破,現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)突破傳統(tǒng)航空拍攝作業(yè)精度的限制,能夠獲得未經(jīng)干擾的真實(shí)數(shù)據(jù),達(dá)到低空0.05-0.5m高分辨率影像,為后期的制作加工提供了保障。后期團(tuán)隊(duì)通過(guò)專業(yè)的圖片數(shù)字處理,可以獲得1:500地形圖[1]。滿足了《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》規(guī)定的大比例精細(xì)圖的要求。
(2)Google Earth的功能和應(yīng)用。Google Earth是一款開發(fā)虛擬地球的軟件,可以將無(wú)人機(jī)航拍的照片分布在一個(gè)三維模型的地球上,這款軟件不僅可以自建地形,還能下載全球各地的高清晰衛(wèi)星圖片。上面提供很多高精度影響,包括中國(guó)幾乎所有的大城市、北美和歐洲各國(guó)城市等,另外油田也是Google Earth的重點(diǎn)收集對(duì)象。該軟件操控方式簡(jiǎn)單,兼容全球定位系統(tǒng),只需輸入目的地便可查取,根據(jù)用戶的需求放大直接放大倍數(shù),能精確的看到3D地形和建筑物[2],并且能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn),觀看360度不同的視角,提供個(gè)人儲(chǔ)存文件夾功能和高質(zhì)量的打印功能。用戶還可以導(dǎo)入自己檢測(cè)跟蹤的數(shù)據(jù),添加自己的注釋,方面記錄和存儲(chǔ)。
無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合Google Earth在礦山快速監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用按步驟依次進(jìn)行,首先確定檢測(cè)的礦區(qū)范圍,其次進(jìn)行飛行準(zhǔn)備和飛行實(shí)施,然后將無(wú)人機(jī)航測(cè)獲得的照片進(jìn)行初步篩選、數(shù)據(jù)處理和三維建模,最后從Google Earth下載該礦區(qū)的高精度圖片,將下載數(shù)據(jù)與拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行重疊對(duì)比,建立數(shù)據(jù)對(duì)比圖,觀察山區(qū)變化,判斷是否有不合理開采的行為。還可以將自己拍攝的數(shù)據(jù)上傳,進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。礦山監(jiān)管局可根據(jù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境狀態(tài),策劃礦山環(huán)境的治理恢復(fù)策略,通過(guò)有修坡整地、支擋、排水、土壤改良及種植綠化等恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。
(1)飛行準(zhǔn)備。在空管部門進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行備案,根據(jù)礦山的地形和測(cè)區(qū)范圍設(shè)計(jì)飛行航線、飛行高度和航拍數(shù)量,選取地面分辨率,計(jì)算相對(duì)飛行高度,選取基準(zhǔn)面、計(jì)算最小重疊度和最大的地面分辨率,確定單片覆蓋率等飛行參數(shù),并對(duì)航線設(shè)置進(jìn)行質(zhì)量檢查,確保拍攝角度全面,拍攝地區(qū)均勻分布,能夠充分了解到礦區(qū)的全貌和細(xì)節(jié)。在要檢測(cè)的山區(qū)選擇合適的升降地點(diǎn),選擇的地點(diǎn)需要符合無(wú)人機(jī)起飛條件,無(wú)安全障礙。
(2)飛行實(shí)施。選擇風(fēng)朗氣清的好天氣進(jìn)行無(wú)人機(jī)航測(cè)工作,起飛之前向航空管理部門通報(bào),并對(duì)無(wú)人機(jī)的供電系統(tǒng)、旋偏糾正云臺(tái)、GPS定位和遙控器進(jìn)行檢查,批準(zhǔn)之后并檢查完畢確定無(wú)誤后即可飛行。對(duì)礦區(qū)的采場(chǎng)、礦山建筑、中轉(zhuǎn)場(chǎng)地、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)都要進(jìn)行圖新采集,根據(jù)飛行準(zhǔn)備策劃的航線進(jìn)行飛行,拍攝任務(wù)結(jié)束后獲取拍攝照片,并對(duì)照片進(jìn)行初步分析篩選,刪去重復(fù)數(shù)據(jù)和無(wú)效數(shù)據(jù),并記錄圖像的坐標(biāo)和高度數(shù)據(jù)。
(3)數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)后處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括對(duì)飛行質(zhì)量進(jìn)行檢查和對(duì)拍攝圖片進(jìn)行矯正處理。數(shù)據(jù)后處理包括圖像三維制作、對(duì)圖片精度進(jìn)行分析、對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)等。將篩選好的照片導(dǎo)入航空攝影測(cè)量工作站軟件,進(jìn)行鏡頭畸形校正處理,軟件可以自動(dòng)匹配相片之間的相同點(diǎn),將Google Earth上選定的點(diǎn)導(dǎo)入航空攝影測(cè)量工作站進(jìn)行絕對(duì)定向,整網(wǎng)平差,經(jīng)DSM濾波或人工編輯得到礦區(qū)高精度數(shù)字高程模型(DEM)。并利用Smart3D三維建模處理軟件進(jìn)行三維重建和場(chǎng)景漫游的可視化分析,仿真模擬礦區(qū)的三維信息,了解礦區(qū)山體的山脊、山谷和走向的信息,使工作人員能夠?qū)崟r(shí)、直觀地對(duì)礦區(qū)進(jìn)行信息監(jiān)測(cè),從而對(duì)礦山整體的開采情況、水土流失情況、生態(tài)環(huán)境情況、地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行確定。
(4)數(shù)據(jù)對(duì)比。在Google Earth上下載已有的該礦區(qū)的高精度圖片,將無(wú)人機(jī)航測(cè)得到的三維數(shù)據(jù)與下載的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加對(duì)比,能夠明顯觀測(cè)到礦山開采的變化程度,以及植被破壞的程度范圍。建立數(shù)據(jù)分析對(duì)比圖,掌握監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)對(duì)比圖,完成礦山快速監(jiān)測(cè)工作將自己拍攝的照片上傳到Google Earth,建立三維模型,更新豐富存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。根據(jù)得出的礦山環(huán)境開采數(shù)據(jù)得出是否有非法開采等情況,從而對(duì)非法采礦等行為進(jìn)行遏止,建立健全監(jiān)管懲罰制度,一旦發(fā)現(xiàn),嚴(yán)肅處理,保證礦山開采的權(quán)威性和制度性。另外對(duì)礦山環(huán)境污染進(jìn)行分析,總結(jié)出礦山地質(zhì)災(zāi)害情況和安全隱患,觀察是水體污染還是土壤污染,對(duì)礦山環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)治理,治理工程的治理措施主要有修坡整地、支擋、排水、土壤改良及種植綠化等。通過(guò)治理修復(fù)保證生態(tài)環(huán)境的健康,實(shí)現(xiàn)生態(tài)資源可持續(xù)發(fā)展。
綜上所述,無(wú)人機(jī)航測(cè)與Google Earth結(jié)合應(yīng)用于礦山快速監(jiān)測(cè),能夠結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn),得到高精準(zhǔn)數(shù)據(jù),有利于獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與原來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,從而直觀清晰地觀測(cè)出礦區(qū)進(jìn)行信息監(jiān)測(cè),對(duì)礦山整體的開采情況、水土流失情況、生態(tài)環(huán)境情況、地質(zhì)災(zāi)害等情況,該方法時(shí)間短、效率高,能切實(shí)提高礦山監(jiān)測(cè)效率和質(zhì)量,加強(qiáng)礦區(qū)監(jiān)管局的工作能力,確定礦山生態(tài)恢復(fù)策略,對(duì)我國(guó)資源有效運(yùn)用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。