陕西省水土保持生态环境监测中心 陕西省 西安市 710004
摘要：矿产资源是我国社会经济发展的重要物质基础，然而，矿产资源的开采会引发严重的生态环境问题。露天矿山在建设生产过程中，扰动地表面积大、土石方挖填和弃土弃渣量大，潜在土壤侵蚀量大面广，受强降雨影响，易产生严重的水土流失。矿产资源开采会造成地面塌陷、崩塌、滑坡、裂缝、堆土溜渣、泥沙下泄等问题，会对下游河道行洪、周边区域环境安全及群众的生产生活带来危害。矿山开采还会产生大量的粉尘、过滤水、矿渣及其他有害气体，对矿山周围的环境造成严重的影响，对开采人员身体健康造成危害。因此，需要对矿山开采过程中的环境影响进行有效的监测，从而对水土流失的防治和降低地质灾害的发生提供有力的数据支撑。
关键词：无人机；低空遥感技术；露天矿山开采；水土保持监测
传统水土保持监测手段存在受地形限制、周期长、精度有限等诸多弊病，不能准确、及时、客观的反映项目建设区水土流失及水土保持现状，成为当下水土保持监测工作发展的瓶颈。无人机遥感监测是一种高精度、现代化的航空摄影测量技术，具有机动灵活、快速高效、精细准确、安全、作业成本低等特点，在小区域和高危区快速获取高分辨率影像方面具有明显优势，有效弥补了传统监测方法的诸多不足。
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1无人机低空遥感监测在露天矿山开采水土保持监测中的优势
1.1常规露天矿山开采水土保持监测手段
传统露天矿山开采水土保持监测主要借助于手持GPS、激光测距仪、皮尺等设备进行野外实验和巡查法，对水土流失类型、强度、面积、水土保持措施及实施效果进行量测，其人为干预性较大，限制因素较多。如在矿山上实施径流小区法、桩钉法、沉砂池法时受布设位置、密度及开采活动等多种因素的影响，致使实施难度大且监测精度差，而且数据的处理大多依靠半定量模型运算，模型中的数据录入和运算等环节也必须依赖人工进行，这大大增加了水土保持监测的资金成本和时间成本[5]。总的来说，在对露天矿山开采进行水土保持监测时，常规监测方法具有外业工作量大、工作周期长、获取数据不全面、数据成果时效性差等不足，尤其是一些检测人员无法或难以到达的区域，就无法获取监测数据，无法满足后期监管工作的自动化、快速化和信息化需求。
1.2无人机低空遥测在露天矿山水土保持监测中的优势
无人机遥感（UnmannedAerialVehicleRemoteSensing）即是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术，实现自动化、智能化、专业化，快速获取空间遥感信息，完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。无人机因其机动灵活的起降方式、低空循迹的自主飞行、快速响应的多数据获取能力，在国土监察，城市规划、水利建设、林业管理、实时监控、影视航拍，广告摄影、气象遥感等领域得到广泛应用。无人机低空遥感在露天矿山开采水土保持监测中有以下几方面的优势:1）无人机遥感监测具有机动、快速、经济等优势。无人机携带方便，不需要特定的升降平台，能够抵达人类无法到达的危险地域，不受时间、空间限制且机动灵活，能快速获取矿山环境高分辨率的影像资料。2）无人机遥感监测成本费用低、重访周期短、操作简便、获取影像的精度高。无人机集成了满足各类需求的遥感传感器，配备多种影像处理的软件，形成完备的无人机遥感系统，成为矿山宕面野外实地调查的可靠技术手段。3）无人机遥感监测能自动化、智能化、专业化地快速获取矿区遥感数据源。无人机可在低空、低速的情况下对研究区域进行定点监测，能快速获取小区域的空间遥感信息。这对确定土壤侵蚀类型、强度、程度、地形、植被、等土壤侵蚀因子提供了保障。4）无人机拍摄的空间分辨率高，数据精度高。无人机飞行高度在50~1000m，可拍摄高重叠率、高精度、大比例尺影像，在局部信息获取方面具有巨大优势。搭载的高精度数码成像设备具备垂直或倾斜成像的能力，遥感影像分辨率可达到分米或厘米级，能够在小尺度上观察水土保持措施的实施情况。总的来说，无人机低空遥感监测对常规监测方法起到了有力的补充作用，提高了矿山水土保持监测工作的精度和效率，为水土保持科研和规划工作提供了数据支撑。同时，监测的时效性和有效性得到了有力保障，降低了矿山环境监测的时间和资金成本，加强了监测过程中人员的安全保障。
2无人机低空遥感监侧的方法步骤
2.1遥感影像基础数据获取
遥感影像基础数据获取分三方面内容:一是飞行规划设计，二是原始数据获取，三是原始数据处理。根据监测范围和成果精度要求，对飞行规划进行设计，包括飞行方向、飞行高度、角度、航向及旁向重叠度等。同时，布设一定数量的地面标识作为控制点，为后期影像解译、分类提供参照。无人机上配有全球定位系统、惯性测量、光学相机等数据采集设备，根据规划的飞行路线，获取原始的遥感影像数据。最后通过AgisoftPhotoscanProfessional或LPS（LeicaPhotogrammetrySuite）等数据模型处理软件，生成DOM和DEM成果。
2.2基本信息提取
在DOM和DEM成果的基础上对土地利用类型、监测对象位置、长度与面积以及监测对象体积等基本信息进行提取。对特定类型的地物，如取土场、弃土场、截排水沟和植被等，通过人工目视判读，直接绘制矢量图，并在ArcGIS中，对其位置、面积、体积、长度等进行定位和量测。对较大的项目区，利用计算机分类技术，进行多尺度分割生成影像，运用模糊逻辑方法，计算出对象的形状信息，纹理信息和对象间的拓扑关系信息。
2.3基本信息应用
结合水土保持监测相关技术规程，根据已提取的有效信息，对项目区水土保持监测内容、监测范围、监测时段等进行逐一梳理，最终形成水土保持监测季报和年报，用于指导矿山项目水土流失防治，为水行政主管监督执法提供科学数据和决策依据,同时可为其他项目水土流失防治提供经验借鉴。
3结论
随着大数据时代的到来,信息化进程的加速，水土保持监测技术得到了前所未有的发展，一方面追求高效、便捷、系统的监测手段，另一方面逐渐向低成本、高精度方向靠拢。无人机遥感监测作为新时代信息化中的一员，在一定程度上弥补了传统监测技术精度低、安全性差、区域局限性大等问题，促进了水土保持监测体系朝着高效率、低成本、自动化方向的发展。无人机遥感监测具有不受空间限制,机动灵活、高时空分辨率的独特优势，随着软硬件技术设备的不断更新，无人机遥感必将在水土保持领域的各个方面发挥越来越重要的作用。无人机遥感对实现水土保持监督检查基础数据管理、监管信息采集与分析、信息发布与共享服务起到积极作用，为水土保持“天地一体化”建设、水利主管部门信息化监管提供技术支撑。
参考文献：
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作者简介：
程溪（1980年1月28日），性别：女，职称：审计师，研究方向：人力资源管理。
论文作者:程溪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/19
标签：遥感论文; 无人机论文; 水土保持论文; 低空论文; 矿山论文; 技术论文; 露天论文; 《防护工程》2018年第20期论文;