无人机测绘技术在废弃露天矿山生态修复中的

无人机测绘技术在废弃露天矿山生态修复中的应用

四川合利工程咨询有限公司

何德伟

摘要

飞马无人机测绘系统应用于江安县废弃露天矿山生态修复工程中，根据现场实际情况不仅核查图斑数据，还对矿山生态修复范围和面积进行合理调整。通过无人机测绘技术，能方便快捷的查明废弃露天矿山土地压占与损毁情况、地质灾害发育情况、地形地貌景观破坏情况，为矿山生态修复勘查提供直观依据和合理建议，指导生态修复设计。成果用于指导施工，全过程服务设计和施工。无人机测绘技术还能推广到其它废弃露天矿山和非废弃矿山的生态修复，并与地质治理、工矿废弃地复垦、城乡建设用地增减挂钩、乡村振兴战略实施、山水林田湖草生态修复工程、生态移民搬迁等工作相结合，开展土地综合整治，具有广阔的应用前景。关键词：无人机测绘；废弃露天矿山；生态修复；土地占压与损毁；地质灾害

01项目背景

年4月25日，自然资源部办公厅发布《关于开展长江经济带废弃露天矿山生态修复工作的通知》。通知指出：为全面贯彻落实习近平总书记在深入推动长江经济带发展座谈会上的重要讲话精神，按照“共抓大保护，不搞大开发”的部署要求，部决定开展长江经济带废弃露天矿山生态修复工作。工作范围包括上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、贵州、云南11个省市。工作方案要求各自然资源主管部门认真组织实施，并确定了指导思想、基本原则、总体目标、重点任务、阶段安排和保障措施。

云南、贵州、四川、重庆属于上游地区。该区域废弃露天矿山以铁、锰、铝土、稀土、磷等金属、非金属为主，滑坡、泥石流、地裂缝等地质灾害较为发育。该区域矿山生态修复重点是消除地质灾害隐患，防治水土流失，恢复植被。

为提速増数，进一步规范长江干流及支流废弃露天矿山生态修复工作，参考自然资源部意见及江苏等省同类项目做法。年11月4日，四川省自然资源厅以川自然资发｛｝65号文发布了《四川省长江干支流废弃露天矿山生态修复技术规程（试行）》。

年11月19日，四川省争取到中央补助资金2.27亿元，省级财政资金1亿元，计划在全省16个市州开展个废弃露天矿山整理，共计约亩。

矿山修复项目陆续启动，将于年底前完成。矿山修复以“消除地质灾害隐患，防治水土流失，恢复植被”为重点，按照“一矿一策，切实可行”的原则，修复和提升土地资源利用价值，结合植被恢复和山体修复，最大限度减少裸露地面，增加绿化面积。

宜宾市自然资源和规划局按照省厅要求出台了《关于年度全市长江干支流沿岸10公里范围内废弃露天矿山生态修复项目立项的通知》（宜资源规划发〔〕号）。年10月，宜宾市自然资源和规划局编制了《-年四川省宜宾市废弃露天矿山生态修复实施方案》。江安县自然资源和规划局作为江安县废弃露天矿山生态修复项目主管单位，通过招投标形式确定中标人，并根据四川省自然资源厅《关于做好全省长江干支流沿岸10公里范围内废弃露天矿山生态修复工作的通知》（川自然资发〔〕31号）下达项目任务。江安县废弃露天矿山核定修复治理面积20.33hm2，修复治理废弃露天矿山9个。江安县废弃露天矿山生态修复任务见表1。

表1江安县废弃露天矿山生态修复任务

02技术路线

本工程测绘基于摄影测量技术，使用飞马D无人机系统对项目区进行航拍，通过无人机管家系统处理获得无人机飞行测区的点云数据、照片数据和正射影像。测绘技术路线见图1。

图1技术路线2.1快速获取数据采用无人机航测系统，快速获取项目点高分辨率正射影像，了解废弃露天矿山开采现状，复核矿山开采面和占损情况，判定生态修复的可能性，确定生态修复的可行性。利用高分辨率的无人机影像获取高精度、真彩色三维地形数据，并对矿山地质灾害、土地损毁进行调查评估、方量计算等定量分析。2.2数据处理将原始影像和POS数据导入无人机管家，经过测区构建、自动匹配连接点，在智理图中对影像进行正射畸变差纠正和匀光匀色处理、影像镶嵌等处理。2.3空三加密利用无人机管家智拼图进行空三加密处理，完成点云、DEM、DOM数据提取，并输出精化后的POS数据。经过处理后的影像色彩一致性好且消除了畸变差，有助于后续步骤中生成定位准确、纹理特征更好的三维模型数据。2.4成果输出完成无人机数据的采集和处理后，利用无人机管家系统生成高精度、高质量的DSM、TDOM以及实景三维模型的成果，并支持控制点智能量测、无控直接成图。

03工作流程

3.1航线规划

由于本项目点多分散，面积均不大，航拍采用飞马D无人机航测系统。该系统由飞行器、遥控器、云台相机以及配套设施组成。飞行器具有“障碍感知”“智能跟随”“指点飞行”三项创新功能，让无人机真正地与人工智能进行结合，高清图像传输与控制距离达7公里，其最长飞行时间约为28分钟。

该航测系统支持分段飞行，可断点续飞；内置谷歌全球高程模型，航线规划防止撞山；内置谷歌混合地图，偏远山区也有详细的卫星底图；云台角度自动调整，无需人工调整可达最佳航测效果；无人机运动中拍照，无需悬停拍照，照片质量佳；大型测区自动拆分可任意拖动划分测区大小，参数设置简单、一目了然；飞行状态实时信息显示，全程语音播报；飞行任务具有可视化回放功能，调取飞行记录方便快捷，并可云端分享日志；一键起飞，低电量自动返航，适用于任何地形。

系统支持正射、条带、倾斜、环绕、全景多种作业模式专业航线设计与全自动飞行控制功能，在稳健的空三解算、控制点测量、一键成图等支持下，实现大比例尺精度应用，并提供DSM、真正射、三维模型等多种成果。系统全自动化、一键式操作，满足单人小范围、小面积航测快速作业及测绘精度应用。

根据废弃露天矿山开采面、占损情况及影响区域，获取生态修复范围，生成飞行航线。考虑到飞行面积和飞行时间，并保证较高的地面分辨率，本项目相对飞行高度为m，航向重叠率为80%，旁向重叠率为60%，平均地面分辨率约为10cm。9个点位的整个飞行面积约为23hm2，最大面积9.3hm2，最小面积0.4hm2。

图2怡乐镇栾山包-最大面积航线规划图3新华村2组砖瓦用页岩矿-中小面积航线规划图4留耕镇银定页岩机砖厂-最小面积航线规划3.2地面控制根据精度要求，设定地面控制点布设方案，并完成外业测量。3.3飞行获取根据设计航线规划路径对9个项目点完成航测飞行，获取外业数据。到达项目现场，根据天气、云层、风速、风向等情况确定是否适合航测。如果适合航测，再根据现场情况调整飞行参数，做好飞行准备。部分项目点野外作业照片见图5～图6。图5野外作业照片1图6野外作业照片23.4数据质检飞行结束后，下载照片数据并备份，对照片数据及飞机质量进行检查评估。利用无人机管家“智检图”功能完成无人机质检，确保飞行数据质量符合成果要求，并可导出到第三方软件处理。如果质量不满足要求，则需要补测。3.5数据优化利用无人机管家“智理图”完成无人机数据优化，如色彩优化，畸变消除，金字塔制作等，得到匀光匀色且无畸变的影像数据和精化后的POS数据，将最合适的数据导入到后期处理，为后续快速三维建模处理提供了高质量的输入数据。3.6一键拼图利用无人机管家“智拼图”，快速生成项目点影像图和三维数据。利用数据成果，生成等高线、DSM、DEM等，依此计算面积、坡度、高差等信息，进行定量分析和成果输出。

04项目成果

4.1已完成生态修复评价

江安县铁清镇顺达机砖厂位于江安县铁清镇新柳村，该矿山已完成生态修复及土地复垦，并完成验收和备案工作。

图7江安县铁清镇顺达机砖厂示意图该项目点复垦面积0.84hm2，其中耕地0.83hm2，林地0.01hm2，新建生产道路67m，并修筑排水沟等配套设施。耕地已由周边农民种植时令农作物，旱地主要种植油菜、玉米等，部分村民栽植柑橘，长势良好。裸露边坡底部已栽植爬山虎。整体地形地貌景观已得到较好的恢复。图8江安县铁清镇顺达机砖厂复垦区域图9江安县铁清镇顺达机砖厂种植油菜4.2矿山现状评价各废弃矿山开采时间3～5年不等，规模均为小型，开采后形成的边坡10～20m，开采后形成若干不规则开采台阶。现均已废弃多年，矿山范围内遗留有原生产办公用房、砖窑等，工业广场、底部平台和部分边坡上已生产出灌木和草本。项目区内轮窑、瓦窑和辅助生产设施、废石等压占土地，露天采场土壤在开采时被挖除，改变了土壤的物理性质。由于开采的砖瓦用页岩、建筑用砂成份简单，不含有毒污染物、有害挥发性物质，大气降水经露天采场的排水沟排出采场，未对周边土壤、水资源造成污染。由于各种历史原因，大部分废弃矿山未按照开发利用方案开采，无序开采对原生的地形地貌景观破坏较大，造成植被破坏、土地资源损毁、边坡裸露等生态环境问题。根据近年来地灾排查结果，全县未发现由于采矿造成的地质灾害问题。本项目涉及的9个废弃矿山中有7个开采矿种为砖瓦用页岩矿或页岩矿，2个为河滩地的建筑用砂。砖瓦用页岩矿开采边坡高度为10～30m，岩层产状较平缓，裂隙不发育，不易造成大的滑坡、崩塌等地质灾害。经无人机测绘和调查，各矿山废弃多年，大多数矿山边坡及底部平台、工业广场已长出草本或蕨类植物。4.3土地占压与损毁勘查年5月，自然资源部下发了四川省长江经济带范围内废弃露天矿山图斑数据，该数据涵盖了四川省长江干流及主要支流10公里范围内废弃露天矿山开采面、占损图斑。根据四川省自然资源厅要求，宜宾市开展了废弃露天矿山遥感图斑核查工作，主要采用遥感技术解译、野外实地踏勘和矿山原始材料查证三种核查方法。以年四川省高分辨率遥感影像为基础，项目组利用ArcGIS软件获取长江干流及主要支流两侧10公里范围内废弃露天矿山开采面、占损土地矢量数据并导入奥维地图软件；然后通过人工现场踏勘方式对江安县废弃露天矿山开采面及占损土地图斑进行现场实地核查，同时利用无人机拍摄全景照片及典型角度局部照片；最后通过查证废弃露天矿山原始材料对实地核查结果进行核实整理。江安县废弃露天矿山治理任务为修复治理面积20.33hm2，修复治理废弃露天矿山9个。根据无人机测绘和现场调查，并结合废弃矿山周边实际环境进行微调，本次生态修复的实际面积为22.hm2。具体调整面积见表2。表2勘查范围与生态修复档案面积调整对照表故本工程生态修复范围包括露天采场边坡、采场基底、工业广场，修复矿山8个，总面积21.hm2。根据《江安县土地利用总体规划（6-年）》及各乡镇土地利用现状图（年8月变更数据），项目点的损毁土地情况详见表3和表4。表3江安县废弃露天矿山（9个）土地利用现状表表4各矿山土地利用类型表通过资料收集和现场调查，确定了8个矿山的土壤类型和土地价值现状分析。4.3.1土壤类型6个废弃砖瓦用页岩矿及页岩矿矿山原土壤为黄壤土，无明显腐殖质层，碳酸钙含量高。酸碱度在7.0～7.8之间，属微碱性土壤。土层总的特点是：从丘顶至丘坡脚，从支沟谷到正沟谷，土层由薄到厚，质地由沙到粘，肥力由低到高。页岩矿露天开采后，表土剥离，出露土层为砂质泥岩、页岩等，以粘土质和粉砂质结构为主，次为砂质结构。表层为生土，无肥力，无法耕作，需要覆土、土壤培肥等。2个建筑用砂主要为河流冲洪积物，质地较粗，质地多为沙土～壤土，富含砾石，表层肥力较差，需土壤陪肥。4.3.2土地价值现状矿山周边土地利用类型主要为旱地、果园、乔木林地、农村宅基地、内陆滩涂、采矿用地，矿山开采剥离造成土壤肥力下降，废弃的页岩矿、建筑用砂岩土地价值现状为低。4.4土地恢复评价技术人员通过水土资源平衡计算，结果表明水土资源可以达到平衡。根据土地现状、损毁方式、损毁程度等因素，分析土地恢复的可能性和适宜性，初步确定土地恢复为农林园三种类型的适宜性。再从自然条件、社会经济、政策因素、公众意愿等4个方面最终确定土地恢复类型。各矿山的土地恢复类型见表5。表5各矿山土地恢复类型表4.5地质环境勘查通过无人机测绘对项目点地质灾害和地形地貌景观破坏进行现状评价。表6各矿山地质环境现状部分项目点无人机航测勘查照片和现场调查照片见图10～图17。图10怡乐镇栾山包航测图图11怡乐镇栾山包废弃办公用房图12江安县江安镇国有页岩砖厂航测图图13江安县江安镇国有页岩砖厂现状图14江安县江达红砖厂航测图图15江安县江达红砖厂废弃窑洞图16宜宾市江安县下长镇长江村1组废弃建筑用砂01航测图

图17宜宾市江安县下长镇长江村1组废弃建筑用砂01河滩地

参照《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》（DZ/T-）附录E，对矿山地质环境影响程度进行评价。各矿山地质环境影响程度评价结果见表7。表7矿山地质环境影响程度评价结果表4.6生态修复设计根据《长江经济带废弃露天矿山生态修复工作方案》指导思想、基本原则和总体要求，本项目9个废弃露天矿山地质灾害不发育，影响较轻，生态修复以复垦、复绿为主要手段。按照轻重缓急的原则合理部署保护工程、治理工程、复垦工程及实施顺序。表8各矿山生态修复措施及工程量表部分矿山生态修复设计图见图18～图19。

图18江安县江安镇国有页岩砖厂矿山生态修复整体布局示意图

图19江安县新华村2组砖瓦用页岩矿生态修复整体布局示意图

05成果总结

5.1本工程为典型山区地形，传统人工调查难度较大，利用无人机省时省力并极大的提高了生产效率，无人机获取的高分辨率影像数据能够更加直观的体现工程区的真实现状。

5.2工程位于山区，地形起伏较大、光线差异明显，经无人机管家处理后得到高质量的影像数据和POS数据，为后续作业提供便利。

5.3根据现场实际情况及无人机测绘成果核查矿山图斑数据，调整废弃露天矿山生态修复范围和面积。

5.4通过无人机测绘技术，能方便快捷的查明废弃露天矿山土地压占与损毁情况、地质灾害发育情况、地形地貌景观破坏情况。

5.5生态修复勘查和设计在高质量的影像成果上布局和作业，不仅直观简明，而且便于沟通交流。

5.6无人机测绘与传统测绘相结合，一方面丰富了测绘技术，测绘多元化，另一方面也提高了测绘精度，两种手段互为补充，相互印证。

06创新点

6.1无人机测绘成果及项目成果全过程指导废弃露天矿山生态修复施工，并且无人机测绘服务施工全过程，随时和及时修正设计中的不足，从而提高设计和施工的技术和质量。

6.2无人机测绘技术不仅应用于其它废弃露天矿山的生态修复，还可以应用于非废弃矿山的生态修复。

6.3矿山生态修复工程可以与地质治理、工矿废弃地复垦、城乡建设用地增减挂钩、乡村振兴战略实施、山水林田湖草生态修复工程、生态移民搬迁等工作相结合，开展土地综合整治，具有广阔的应用前景。

6.4因传统人工调查方面费时费力，采用无人机测绘技术可快速全面查勘电力、铁路、公路等行业的地质隐患、土地占压与损毁全貌，利用遥感技术对其进行定性分析和定量分析。

6.5飞马无人机管家系统充分实现了外业与内业有效衔接，内外业一体化，高效快捷的输出影像和数据成果，全过程服务于生产实践，满足多行业的应用需求，必将为更多的行业带来改变和进步，值得相关人员宣传和推广。

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