無人機測繪在某鋁土礦山土地復墾中的應用

劉　聰，賀躍光，陳　帥，杜年春

(1. 長沙理工大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙　410076； 2. 湖南工程職業技術學院，湖南 長沙　410151；

3. 中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，湖南 長沙　410011)

?

無人機測繪在某鋁土礦山土地復墾中的應用

劉聰1，賀躍光1，陳帥2，杜年春3

(1. 長沙理工大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙410076； 2. 湖南工程職業技術學院，湖南 長沙410151；

3. 中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，湖南 長沙410011)

摘要：結合某鋁土礦山礦床分布零散、礦藏賦存淺、地質結構復雜，采用露天開采方式且開采推進速度快、用地周期短等特點，將低空無人機遙感測繪成果應用到礦山規劃、設計、生產及開采后的礦區土地復墾中，并將復墾前后的低空無人機遙感數據進行對比分析，開展復墾后土地綜合效益評價：復墾后耕作土地總量增加，復墾地適用性增強、地力提高，對未來礦山測量具有很好的參考價值。

關鍵詞：鋁土礦山；復墾；低空無人機；數字正射影像

0前言

某鋁土礦為巖溶堆積型，礦山占地面積大，開采占用土地時間短，開采后的土地質量能夠得到大幅度提升。由于礦山所在地土地資源十分緊缺，對于已開采礦區的土地，若長時間處于荒廢狀態，礦山每年需支付大量土地使用費用，導致土地資源的極大浪費。為縮短礦山開采占地時間，保證礦區土地的及時流轉，根據某鋁土礦采礦用地的臨時性和可恢復性，需及時進行礦區土地復墾，采用先進的低空無人機遙感測繪技術，快速獲取礦區的數字正射影像與數字高程模型等基礎資料，及時對該鋁土礦山開采及采區土地復墾設計，對實現鋁土礦山土地的可持續利用有重要意義[1]。

1低空無人機遙感數據處理

研究采用DATmatrix系統軟件，由航天遠景公司自主研發的數據空三加密處理軟件，利用少量地面控制點計算測區中所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標。該軟件主要針對小數碼影像，也支持大數碼影像及膠片影像。除去半自動量測控制點之外，其余工作包括內定向、連接點的自動提取等均可自動化初處理。同時，PATB平差軟件的粗差檢測和平差計算功能強大，能快速進行低空無人機影像平差解算[2]。具體操作流程如下。

1) 數據準備

根據航飛示意圖以及相機參數，準備影像及其連接模型。

2) 工程自動內定向

內定向是根據像片框標及相機參數，恢復相機與影像的相對位置。內定向目的是建立像方坐標系。在空中三角測量軟件DATmatrix中，導入相片的框標坐標和相應攝影機的待定參數，即內定向[3]。

3) 連接點的自動提取

DATmatrix包含有自動轉點功能，根據要求逐個對相鄰兩張影像進行同名點的選取，生成影像連接點。工程的所有影像進行內定向后，執行自動轉點操作。

4) 交互編輯

自動轉點產生大量連接點后，在工程區域四周的影像上刺入外業GPS控制點，查看在平鋪視圖下影像連接點的分布情況，在影像上缺少連接點的地方人工添加點，編輯、刪除不好的連接點之后，進行patb初次平差解算。了解連接點的精度情況，應查看是否有影像局部上沒有連接點、航帶間沒連接點等情況，補充連接點；編輯爭議點列表里的點、刪除誤差過大的爭議點，再次平差解算。多次平差解算后，在patb界面上重新設置sigma值，當迭代運算后出來新sigma值與之前解算設置sigma值相同，交互編輯結束。

5) 空三加密成果

根據空三的預覽功能，將錯誤連接點剔除后，進行空中三角測量。在數據迭代過程中可能出現誤差比較大或者無法完成的情況，對此可以調節權重的大小，反復試驗幾次，剔除一些誤差較大的點之后，設置權值與影像分辨率接近的值，然后完成patb空三解算?？杖幚砹鞒桃妶D1。

圖1　空三處理流程

6) DLG、DEM、DOM等的制作

導出空三加密成結果文件XML，用作DLG、DEM、DOM等的制作[4]。在MapMatrix上打開空三成果文件，建立影像的立體模型，調用Featureone特征采集工具欄，對數據進行采集、處理、編輯，從而生成DLG成果。

在區域網平差結果滿足作業的要求的基礎上，可以根據定向的結果進行核線重采和樣影像匹配，設置好格網間距和等高距，從而生成DEM。

在影像進行勻光、勻色的基礎上，通過數字高程模型，對正射影像拼接、裁剪，即可得出DOM。

2低空無人機遙感在土地復墾中的應用

某鋁土礦所屬的礦床結構為巖溶堆積型，針對這種礦床具有分布零散、礦藏埋設深度淺、復合物地質結構復雜等特點，通常采用露天開采方式。露天開采推進速度快，用地周期短，從征地、剝離、采礦僅需2~3年。開采結束后，對采區土地進行復墾，可有效提高土地質量并及時投入農業生產。復墾后的土地利用性質不變，保證礦區農用土地總量的動態平衡，保護礦區生態系統。在復墾方式的選擇上，采用工程復墾和生物復墾相結合，實現土地的良性循環。工程復墾的主體是礦山企業，而農民則是進行生物復墾的主體，所以征地補貼應保障農民的利益，保證土地的可持續利用[5]。

2.1規劃設計中的應用

土地復墾前期規劃設計主要包括施工圖的設計和施工成本的概預算。施工圖的設計主要是利用低空無人機遙感影像獲得的數字線劃圖的基礎上進行規劃組織設計，同時輔以數字正射影像作為底圖數據，更真實的反應采空區的現場情況。根據現有施工設備和施工技術，按規范要求對采空區進行規劃設計。

施工成本的概預算主要是提升采空區的復墾成本管理，加強施工過程中的費用管理及成本控制，合理利用分配資源。采用低空無人機獲得的數字高程模型，準確的計算填挖土方量，避免嚴重超挖填土方量，影響施工成本控制。

2.2施工過程中的應用

土地復墾施工主要包括施工放樣和現場施工。施工放樣是利用低空無人機遙感獲得的數字正射影像，帶有坐標系統的影像數據，將需要放樣的點線導入規劃區的數字正射影像，即將放樣的點線坐標與數字正射影像合成，判斷設計點位在實地的物理位置，便于點線的快速定位?，F場施工是根據設計圖紙確定需要進行復墾的采區，對采區依據施工圖，利用大型機械對底板進行平整，對于灰巖底板應該首先對牙床進行爆破平整之后鉤松作業，在鉤松作業完成之后鋪設30 cm以上的剝離土作為耕作層，最后進行道路、邊坡、排水溝的綜合整治。平地要求坡度在3%~5%之間，坡地坡度要求≤25%，具體復墾工藝流程見圖2。

圖2　復墾工藝流程

2.3在土地復墾后評價中的應用

對復墾后的土地，同樣采用低空無人機遙感技術進行低空航拍。通過內業的快速處理技術，獲取復墾后土地的地形資料。在對比復墾前后土地的變化后，進行復墾土地綜合效益的評價。主要體現在3個方面。

1) 復墾后耕作土地總量增加(原不能耕作的石地經過工程復墾后，改良成能耕作的土地)，就該礦區而言，開采前耕地面積為38 km2，復墾后的耕地面積為41.8 km2，礦區耕地面積增加了10%。

2) 復墾地適用性增強，原來的坡地復墾成為平地。

3) 復墾土地的地力明顯得到提高。采礦提取了地里的鋁土礦石，工程復墾鋪設了優質的耕作層，生物復墾保證了土壤肥力。土地被租用前，種植的農作物主要是木薯或玉米，1公頃地年收入7 500元左右，且耕作困難。土地被租用后，礦山企業給予的補償費用是163 349元/hm2，租期4年。租賃到期，租用地經復墾后歸還農民?，F在種植甘蔗，畝產約4 t，年收入達到30 000元/hm2，相比較租用前，較大的提高收入。采用以租代征，邊開采邊復墾政策，提高了礦區人民的生活條件，增加了人均耕地面積，實現礦區建設的穩步發展[6]。截止到目前為止，該鋁土礦通過國土資源部組織的專項驗收。據統計，礦區先后復墾土地共計328 hm2，平均復墾率100%，平均復地率達70%。

3結語

通過將低空無人機遙感系統，獲得某鋁土礦山的測繪成果，應用到鋁土礦山采區土地復墾中，實踐表明其獲得的數字正射影像、數字高程模型、數字線化圖等基礎資料，能夠快速準確指導該鋁土礦區土地復墾，取得復墾后耕作土地總量增加，復墾地適用性增強，地力提高。對未來礦山測量的發展具有很好的參考價值。

參考文獻：

[1]許恒周, 郭忠興. 科學發展觀指導下的土地可持續利用問題[J]. 國土資源科技管理, 2005(4): 55-59.

[2]段福洲. 近地輕型數碼航空攝影測量系統研究[D]. 北京: 首都師范大學, 2007.

[3]陳世培,王鐵軍.關于數字攝影測量內定向的幾個問題[J]. 測繪與空間地理信息, 2004(2): 21-23.

[4]王有業. 無人機技術在數字礦山中的應用[J]. 山西焦煤科技, 2012(12): 45-47.

[5]張黎.桂陽縣礦區土地復墾模式研究[D]. 長沙: 湖南師范大學, 2013.

[6]郄瑞卿, 崔寶華, 關俠. 建筑用石灰巖礦土地復墾綜合效益評價[J]. 吉林農業大學學報, 2014(4): 494-499.

向中外讀者問好！

EXTEND OUR CORDIAL GREETINGS TO

READERS AT HOME AND ABROAD!

An Application of No-machine Mapping in Bauxite Mountain Land Reclamation

LIU Cong1, HE Yueguang1, CHEN Shuai2, DU Nianchun3

(1.SchoolofCommunicationandTransportationEngineering,ChangshaUniversityofScienceandTechnology,

Changsha,Hunan410076,China; 2.HunanEngineeringPolytechnic,Changsha,Hunan410151,China;

3.ChinaNonferrousMetalsIndustryChangshaGeotechnicalInvestigationandDesign

ResearchInstitute,Changsha,Hunan410011,China)

Abstract:Combined with a bauxite mountain deposit distribution scattered, mineral assigned save shallow and geological structure complex, we have used an open mining way in mining advance speed fast. With cycle short, features, we will do a low no-machine remote sensing mapping in application to mine planning, design, production and the mining of mine land reclamation in reclamation. We, in front and at back, have also begun low no machine remote sensing data in compared analysis to carry out reclamation land integrated in benefits evaluation. The reclamation of farming land total increased with its reclaimed applicability and enhancement, and all of the mines will have a very good reference value for the future.

Key words:Bauxite mine; Reclamation; Low-altitude drone; Digital orthophoto

中圖分類號：TD178

文獻標識碼：B

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.01.014

作者簡介：劉聰(1991-)，男，湖南益陽人，碩士研究生，研究方向：航空攝影測量及地表變形研究，手機：15200854811，E-mail：1508553982@qq.com.

收稿日期：2015-10-23