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无人机技术在矿山复垦中的应用

更新时间:2009-03-28

桂林是国际旅游胜地,漓江两岸星罗棋布的秀美山川,不仅给桂林带来了丰富的旅游资源,也给采石业提供了赖以生存和发展的土壤。大量的采石场分布于风景秀丽的漓江两岸,对漓江的秀美山水及脆弱的生态环境造成破坏。为保护漓江风景区的自然景观及生态环境,桂林市政府关停了大量违规的采石场,并陆续对关停的采石场进行复垦。

桂林市区周边的矿山开采方式主要以露天开采为主,多为石灰岩矿山,具有规模小、分散、不规范开采等特点。由于规模小、分散,因此在复垦测量过程中往往效率低下,获得的数据不够准确,也不利于在作业区进行实地测量,且实地测量具有一定的危险性。而常规的航空摄影与卫星遥感手段,由于其数据采集周期长、数据起拍价格高等原因而无法满足工作需求。

无人机具有轻小、续航时间长、成本低、机动灵活等特点,是卫星遥感与有人机航空遥感的有利补充[1]。笔者以安棉采石场为例,探讨无人机在矿山复垦中的应用。

1 传统技术在矿山复垦中的局限性

在对矿山进行土地复垦时,为获得矿山的详细数据,传统的技术手段是利用RTK及全站仪进行数字化测图,继而对整个矿山进行人工测量。利用传统的技术手段获得矿山复垦所需要的数据,其精度上可以满足进行矿山复垦规划设计的需要,但存在以下缺点:

另外将日本的全部最终外需向量记为y1w=(P°Q)·S,其中P(943╳1)为对日本各行业外部需求的产品结构列向量;Q(943╳1)为外部需求来源的地区分布列向量,是由41个不同的向量 ηr堆叠而成;而标量S反映的则是日本的全部外需规模,即y1w向量中所有元素的总和。

物理法——流体动力式超声波雾化器技术。使用流体动力式超声波雾化器,通过超声波发生器和雾化器将气体(氢气)和液体(纯净水)雾化共振混合,该雾化效果不受液体粘度大小的影响,平均雾化粒径小于20μm。该方法可将水和氢气充分融合,过程中无化学反应及电解过程,可保证安全性及氢含量,但技术门槛较高。

此次研究利用华测P540V多旋翼无人机搭载索尼A6000相机对安棉采石场进行航拍以获取高分辨率影像,选用Pix4D Mapper软件对影像进行处理。

(3)测量成果单一。利用传统技术获得的矿山数据形式单一、不够直观,且时效性较差,因此无法进行矿山复垦前后的效果对比工作。

2 利用无人机技术进行矿山复垦的优点

露天采石场开采时需要剥离矿石的上覆岩石和表土,会破坏大量的植被,严重破坏自然地貌和生态环境[2]。闭矿后形成巨大的采矿坑,不仅使城市景观变得支离破碎,裸露的地表还会产生大量的扬尘,影响生态环境与人民的健康。同时,由于原有的土壤结构遭到全面破坏,受重力沉降、排水设施不完善、边坡不稳定等因素的影响,很容易引起岩体崩塌、水土流失,造成滑坡和泥石流等地质灾害,危及人民生命财产安全。

利用无人机进行矿山复垦具有以下优点:

对废弃的矿山进行复垦及生态复绿,是保护生态环境、提高人们生活质量及协调经济发展与保护环境的必要措施。将无人机航空摄影测量技术应用到矿山复垦测量中,能提高矿山复垦的效率,推动“数字中国”建设[3],是航空摄影测量技术的发展趋势[4]

(1)安全性高。利用无人机摄影测量,可以有效解决测量人员为获取数据到危险地带和危岩下进行工作的问题,从而确保工作人员的人身安全。

(1)影像预处理。POS(position and orientation system)文件是利用Pix4D mapper进行无人机影像处理所必须的文件。此次研究选用Mission Planner地面站软件制作POS文件。利用Mission Planner导出无人机当次飞行的航测日志,将航测日志中的相机信息与飞行信息根据时间进行关联,生成POS文件。随后对POS文件的数据进行检查,确保数据符合Pix4D软件所需的数据格式并与影像一一对应。

(3)进行复垦设计更简单便捷。利用无人机航空摄影技术可以得到各种格式的项目区DOM、DEM数据,方便导入ArcGIS和CAD等软件,以开展后续复垦规划工作。并且根据DOM和DEM,可以更简单地制作进行矿山复垦所需要的各种图件,比传统的测量方式得到的数据更易用、直观。

由表3可知,随着温度的增加,μ0的值逐渐减少,Ea/RT的值也逐渐降低,说明低温情况下蜂蜜黏度对水分的变化更为敏感。Arrhenius模型方程对不同含水量蜂蜜的黏度实验数据的关联回归R2大于0.96,模拟含水量大于20%蜂蜜的黏度实验数据的关联回归R2大于0.97,说明Arrhenius方程能比较好的反映不同温度下蜂蜜黏度和含水量之间的关系。通过拟合温度与μ0以及Ea/RT之间的关系可以得到公式μ=exp((12.779-0.205 4t)-(0.440 9-0.004 6t)·W)

3 无人机技术在矿山复垦中的应用实例

3.1 无人机航空摄影测量处理流程

无人机航空摄影影像利用无人机搭载拍摄设备在野外实拍获取。无人机航摄影像具有低空、窄相幅且高重叠度,影像数据量大[5]的特点,获取的影像需通过图像数据处理系统进行处理分析,然后利用软件制作出影像对应的正射影像图,并对正射影像图进行质量检验,确保正射影像图符合精度要求。具体流程如图1所示。

  

图1 无人机影像获取处理流程

3.2 无人机影像的获取及处理的具体步骤

(2)数据容易出现遗漏。利用传统的数字化测图进行矿山测量,由人工利用RTK及全站仪进行野外作业。当矿山面积较大或矿山地形条件过于复杂时,会出现野外作业漏测或不能满足测量条件的情况,从而造成测量数据不完整,出现数据遗漏。

3.2.1 无人机影像的获取

论舞蹈作品表演者的作者地位 .............................杨华权 03.37

甲状腺激素对于人体代谢有非常重要的调节作用,如果甲状腺功能发生异常,则人体系统的整个正常运转都会和出现紊乱[2] 。对于这类疾病来讲,女性患者的发病率相对较高,且药物治疗是常见的有效方法,但西药治疗在一定程度上存在单一性的不足,加入中药的干预调理性治疗,对于疾病的恢复会有更加显著的辅助作用。

航摄当天,天气晴朗,风力3级,选在正午进行航摄,保证了航摄时具有充足的光线,同时把阴影对航摄的影响降到最低。

(2)像控点测量。像控点的精度和数量直接影响到航测数据后期处理的精度,所以像控点的布设和选择要规范、严格、精确[6]。此次研究项目区域面积较小,遵循像控点尽量公用的原则,共布置像控点6个,直接在野外测量像控点坐标,坐标系选用1980西安坐标系、3°带投影、1985国家高程基准,像控点位置分布如图2所示。

3.2.2 无人机影像处理

(2) 测图更具效率。利用无人机进行野外作业时,只需进行无人机航摄和像控点测量,剩余工作可以内业完成,减少了天气因素的影响。软件能对无人机影像进行自动处理,并生成三维点云数据,制作数字正射影像图,大大提高影像处理的效率。测图效率上,无人机航空摄影测量明显优于传统的测量手段。

(2)无人机影像处理。将无人机影像和POS文件导入Pix4D mapper软件中,软件会根据影像数据信息自动对影像进行相机校正和空中三角测量。空中三角网及3D点云构建完成后,利用软件的空三射线编辑器添加野外测量的控制点并对模型进行精度优化,以确保模型精度满足此次研究的需求。

Pix4D mapper自带模块可以提取整个测区的DSM数据,同时利用软件内置的镶嵌图编辑器对影像进行整饰,由软件自动生成数字正射影像图(见图3)。检查正射影像图,确保影像整体清晰,无明显变形,色调均匀[6]。此次研究的像控点误差为0.042m,精度符合质量要求。

  

图2 像控点分布图

3.3 无人机影像在矿山复垦中的应用

利用低空无人机航空摄影得到的项目区高分辨率数字正射影像图,可以真实表现研究区内的地貌和地物分布,具有实时性。根据此图,首先能够掌握待复垦区域的损毁情况及基础设施分布、居民点坐落及交通等情况;其次,能够结合图像初步完成复垦的设计工作;最后,将正射影像图导入其他专业软件,对复垦设计中所需要的地物面积、体积进行测量,可使设计的复垦工程更准确,减少编制项目规划图、工程布置图,以及进行项目工程预算等的工作量。

这天的夜晚,阿东把自己的床拖到阿里的床边并成一张大床。他们自小住同一房间,但各睡各的床。这天的阿东却担心阿里夜里会闹,便尽量让自己离他近些。阿里翻着眼睛望着他做这些,不明白他何故如此,但却什么也没有说。

(1)效率及安全性低。利用传统的技术方法对矿山进行测量,需要开展大量的野外作业,当矿山面积较大时,野外作业将耗费大量的人力及时间。同时,在野外作业时,因矿山地形条件复杂,利用传统技术对矿山进行测量,野外作业人员的安全难以保证。

  

图3 数字正射影像图

4 结 语

无人机航空摄影测量高效、快捷,极大增强了测量的安全性,能够提供矿区多种格式的数据,精确度可以满足复垦所需要的要求,便于开展复垦图件的制作工作。利用无人机技术进行矿山复垦虽有诸多优点,但无法根据影像测量矿山边坡裂隙产状,计算边坡危岩体积,这些数据仍需利用传统技术获得。如何更好地利用无人机航空摄影测量技术,解决更多矿山复垦的难题,还需要进一步研究。

(1)无人机飞行航线规划。根据矿区的实际情况,参照《CH/Z 3005-2010低空数字航空摄影规划要求》,此次航摄相片的航向重叠度为80%,旁像重叠度为65%,飞行相对高度为110m,航线角度174°。共拍摄相片106张,相片地面分辨率为2.44cm,获取矿区影像数据13.753 5hm2

[参考文献]

[1]刘福春,朱微.无人机航空摄影测量在土地复垦测量中的应用[J].现代测绘,2015,38(6):40-42.

[2]姚臻.矿山开采对环境的影响[J].企业技术开发,2013,32(2):165-166.

采用SPSS 19.0软件对结果数据进行统计分析。正态分布的计量资料以± s表示,2组间的比较采用独立样本t检验;NHL病理亚型多组间比较采用单因素方差分析,各亚组间的两两比较采用Tukey post hoc检验;SUVmax与Ki-67表达间的相关性采用Spearman相关分析。P<0.05为差异有统计学意义。

[3]张文博.无人机航测技术在土地综合整治中的应用研究[D].长沙:长沙理工大学,2013.

[4]张剑清,潘励,王树根.摄影测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2004.

把握习近平文化自信思想,要深刻理解习近平总书记坚持以人民为中心的重要思想,将以人民为中心贯穿到文化发展的各个环节。学术界普遍认为习近平文化自信思想所蕴含的主体是人,但又进一步对主体人进行了更加细致的划分。代金平认为“文化自信要坚持以人民为中心,依靠人才,以价值观育人。”〔17〕王资博认为,“当代中国文化自信的主体是人,包括组织(党)、群体(人民群众)及个体(人才)。 ”〔18〕从现有的研究成果来看,习近平所提出的文化自信的主体包括中国共产党、人民群众、人才、企业等,客体包括文化事业和文化产业等。

[5]吴正鹏.无人机载双相机低空遥感系统应用初探[J].城市勘测,2011(1):76-80.

[6]李添国.运用VirtuoZo制作DOM的技术探析[J].青海国土经略,2013(2):42-44.

 
刘明昊,蔡湘文,喻璀璨
《南方国土资源》 2018年第04期
《南方国土资源》2018年第04期文献

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