浅析矿区复垦林地生态修复无人机监测技术

刘毅虎

（甘肃洮河国家级自然保护区管理局，甘肃 卓尼 747600）

我国是一个矿业大国，但是早期的矿业资源开采中缺乏对矿区的保护，导致大量的矿区荒废、生态环境恶化。从2010年开始，我国相关部门开始推行建设绿色矿山项目，大力开展矿区复垦。同时，将相应的遥感监测技术应用于矿区复垦监测中，分析矿区生态恢复、土地资源应用等情况。传统的遥感技术具有分辨率不高、价格昂贵等特点，随着无人机技术的发展，将无人机应用于矿区复垦林地生态修复的监测中，能够有效地开展国土资源调查、分析林区生长情况，为矿区复垦提供监测数据[1]。

1 无人机在矿区复垦中的应用

1.1 矿区复垦的价值

由于早期无节制地开矿，导致当前我国矿区污染严重，生态破坏明显。矿区复垦的目标是通过各种技术，恢复矿区的生态系统，从而使矿区能够发挥更好的作用。矿区复垦具有生态效益、经济效益与社会效益。首先，通过土地复垦，为林地修复提供土地资源，创建以林地开发为主的矿区复垦，能够改善当地生态环境，使环境逐渐恢复。矿区复垦所栽种的经济林地，包括乔木和灌木，能够为矿区带来经济收入。矿区复垦林地同样具有旅游价值，给当地旅游带来间接经济效益。所修复的矿区，能够减少矿区水土流失和生态环境破坏，给当地居民创建更好的生存环境，也能够得到相应的工作岗位，带动当地就业。

1.2 无人机技术的应用特点

矿区复垦是一项复杂的工作，首先需要对矿区的损毁情况进行调查，分析该地区的适应性，为复垦方案提供依据。其次需要对复垦情况进行监测，为后续分析方案优化提供依据。随着无人机技术的发展，无人机测绘技术也在不断发展，在各个领域具有广泛的用途。相比于其他的遥感测绘技术，无人机应用于矿区复垦具有以下优势:第一，直观性。无人机获得的是目标区域内的影像图，具有表达能力强的特点，能够为矿区复垦监测提供直观的数据，包括地表属性、环境监测等，便于后续利用。第二，高效性。矿区地质复杂，常规遥感测量技术测量效率低，无人机能够无视地势，在空中完成测绘，具有高效的特点，人工成本低。第三，全面性。无人机获得的影像数据能够全面地记录测量目标的信息，具有全面性的优势，矿区土地复垦任务量大，利用无人机监测，可以准确、全面的测量复垦区的情况，为复垦方案提供详实的资料。

2 矿区损毁无人机监测

2.1 无人机系统

采用大疆无人机作为矿区损毁无人机监测的监控系统，同时搭配大疆无人机的影像测量系统。该系统具有功能强大，便于生成高质量图像的特点。所选用的无人机系统容易操控，而且无人机质量轻便，可以拆卸与组装，便于运转，且不需要专业的跑道。所选用的软件系统包括航线规划软件和数据处理软件，前者用于无人机监测航线的规划与射界，确保航线能够全面了解目标区域内的情况，后者能够对无人机拍摄的影像进行自动化处理，得到图像以及数据模型。

2.2 无人机航线规划

航线规划是无人机航行以及拍摄的基础，为了更好地做好航线规划，需要结合GIS技术和航线规划软件做好航线规划。首先，确定目标区域。确定矿区复垦测量的相关区域，由航线规划软件圈出测量界线，利用GIS技术查询测区，明确测量区域的接线，确定无人机起降的位置。其次，根据航线规划软件自动生成航线的功能，在确定测量范围、起落点的基础上，分析走完航线所需的时间，确定无人机电池电量，飞行轨迹。第三，模拟飞行。航线轨迹设定完成后，利用航线规划软件自带的模拟飞行软件，实现无人机模拟飞行，模拟过程中需要对航线监视选项卡、无人机电量、无人机信号进行监视，通过模拟明确安全、合理、可靠、满足测量目标的无人机行驶路线。

2.3 无人机外业拍摄

无人机外业拍摄是影像处理和垦区监测的基础，外业拍摄主要由实地拍摄、像控点布设以及实地航拍构成。在无人机航线规划的基础上，结合实地考察，分析目标地点的底线，确保无人机航线规划安全可行。根据实地情况布设像控点，通常1条航线内需要布设3～4个像控点，而且布设在比较明显的地方，确保像控点覆盖整个区域。前期准备工作完成后，选择合适的天气开展无人机监测，避免风雨等对无人机监测造成影响[2]。将无人机带到待测区域，组装无人机，确认无人机飞行功能、照相功能正常。打开无人机自带的航线规划软件，通过无线技术与软件连接，由软件控制无人机的飞行与拍摄。飞行过程中要实时了解无人机的飞行状态、干扰因素、电池电量等，根据设定拍摄相应的影像图片，为图片处理提供数据。

3 矿区复垦林区细化调查

3.1 航拍影像技术

无人机航拍影像技术分辨率高，能够获得丰富的地面信息。通过无人机航拍影像技术，能够为矿区复垦的林地种类、林地树种构成、林地面积提供依据。无人机航拍镜头大约为5～25 cm，对矿区复垦林区进行航拍，通过航线拍摄，能够获得数千张照片。随着航拍摄影技术的发展，所得到的照片色彩真实、图像清晰，能够准确反映林区情况。通过航拍的照片，可以调查林区生长、林区树木特征。利用航拍的色彩标志，能够判断林区树木是否死亡、是否存在病虫害等信息，为树木的灾害分析提供依据。色彩分析法适用于面积大、密度高的林区，可以了解种植面积、种植密度。通过解读影像照片，能够判断树木种类、树冠高度、树木高度等信息，结合林区种植信息，能够为树木辨识提供依据。无人机航拍摄影的效率高、分辨率高，一次拍摄可以获得大量图片，可以节约林区检查所需的人力、物力，降低林区监测成本。

3.2 低空摄影测量

低空摄影技术是无人机监测的特有技术，将低空摄影技术应用于矿区复垦林地监测中，能够获取准确的图片信息。无人机低空摄影技术主要是获取测量区域内的影像数据、测定影像控制线、建立空中三角测量控制点。通过低空摄影测量，能够确定航拍路线，设计航拍轨迹，降低无人机拍摄难度。为了确保低空摄影安全可靠，多角度摄影获取多面高分辨率纹理影像，合理选择控制密度，确保控制点测量精度满足需求。

3.3 待复垦区测量

待复垦区主要是尚未开展复垦林地生态修复的区域，主要包括矿产挖损土地、矿山塌陷区域、矿石堆场等区域，测量待复垦区，能够为林地修复提供依据。采用无人机对待复垦区进行测量，获得较高分辨率和较高像素的图片。通过无人机测量获得的影像图片，能够分析相关区域的塌陷情况、地形地貌情况，详细地展现周边区域地形，为后续的复垦林地修复提供参考。无人机影像能够为矿区复垦提供图像支持，以无人机拍摄图片作为工作底图，采用点云数据实地考察的方式，建立待复垦区域的三维模型，获得准确的地面信息。

4 结语

矿区复垦林地生态修复对于恢复矿区生态、提升矿区经济效益具有重要的意义。随着无人机技术的发展，无人机监测在矿区复垦林区监测中具有较高的应用价值，通过无人机的航拍摄影、低空摄影、模型构建等，能够准确了解林区的生长情况，降低人工考察成本，提升监测准确度。合理利用无人机技术，能够有效提升矿区复垦林地生态修复监测水平。