无人机测绘在某铝土矿山土地复垦中的应用

刘　聪，贺跃光，陈　帅，杜年春

(1. 长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙　410076； 2. 湖南工程职业技术学院，湖南 长沙　410151；

3. 中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，湖南 长沙　410011)



无人机测绘在某铝土矿山土地复垦中的应用

刘聪1，贺跃光1，陈帅2，杜年春3

(1. 长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙410076； 2. 湖南工程职业技术学院，湖南 长沙410151；

3. 中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，湖南 长沙410011)

摘要：结合某铝土矿山矿床分布零散、矿藏赋存浅、地质结构复杂，采用露天开采方式且开采推进速度快、用地周期短等特点，将低空无人机遥感测绘成果应用到矿山规划、设计、生产及开采后的矿区土地复垦中，并将复垦前后的低空无人机遥感数据进行对比分析，开展复垦后土地综合效益评价：复垦后耕作土地总量增加，复垦地适用性增强、地力提高，对未来矿山测量具有很好的参考价值。

关键词：铝土矿山；复垦；低空无人机；数字正射影像

0前言

某铝土矿为岩溶堆积型，矿山占地面积大，开采占用土地时间短，开采后的土地质量能够得到大幅度提升。由于矿山所在地土地资源十分紧缺，对于已开采矿区的土地，若长时间处于荒废状态，矿山每年需支付大量土地使用费用，导致土地资源的极大浪费。为缩短矿山开采占地时间，保证矿区土地的及时流转，根据某铝土矿采矿用地的临时性和可恢复性，需及时进行矿区土地复垦，采用先进的低空无人机遥感测绘技术，快速获取矿区的数字正射影像与数字高程模型等基础资料，及时对该铝土矿山开采及采区土地复垦设计，对实现铝土矿山土地的可持续利用有重要意义[1]。

1低空无人机遥感数据处理

研究采用DATmatrix系统软件，由航天远景公司自主研发的数据空三加密处理软件，利用少量地面控制点计算测区中所有影像的外方位元素和所有加密点的地面坐标。该软件主要针对小数码影像，也支持大数码影像及胶片影像。除去半自动量测控制点之外，其余工作包括内定向、连接点的自动提取等均可自动化初处理。同时，PATB平差软件的粗差检测和平差计算功能强大，能快速进行低空无人机影像平差解算[2]。具体操作流程如下。

1) 数据准备

根据航飞示意图以及相机参数，准备影像及其连接模型。

2) 工程自动内定向

内定向是根据像片框标及相机参数，恢复相机与影像的相对位置。内定向目的是建立像方坐标系。在空中三角测量软件DATmatrix中，导入相片的框标坐标和相应摄影机的待定参数，即内定向[3]。

3) 连接点的自动提取

DATmatrix包含有自动转点功能，根据要求逐个对相邻两张影像进行同名点的选取，生成影像连接点。工程的所有影像进行内定向后，执行自动转点操作。

4) 交互编辑

自动转点产生大量连接点后，在工程区域四周的影像上刺入外业GPS控制点，查看在平铺视图下影像连接点的分布情况，在影像上缺少连接点的地方人工添加点，编辑、删除不好的连接点之后，进行patb初次平差解算。了解连接点的精度情况，应查看是否有影像局部上没有连接点、航带间没连接点等情况，补充连接点；编辑争议点列表里的点、删除误差过大的争议点，再次平差解算。多次平差解算后，在patb界面上重新设置sigma值，当迭代运算后出来新sigma值与之前解算设置sigma值相同，交互编辑结束。

5) 空三加密成果

根据空三的预览功能，将错误连接点剔除后，进行空中三角测量。在数据迭代过程中可能出现误差比较大或者无法完成的情况，对此可以调节权重的大小，反复试验几次，剔除一些误差较大的点之后，设置权值与影像分辨率接近的值，然后完成patb空三解算。空三处理流程见图1。

图1　空三处理流程

6) DLG、DEM、DOM等的制作

导出空三加密成结果文件XML，用作DLG、DEM、DOM等的制作[4]。在MapMatrix上打开空三成果文件，建立影像的立体模型，调用Featureone特征采集工具栏，对数据进行采集、处理、编辑，从而生成DLG成果。

在区域网平差结果满足作业的要求的基础上，可以根据定向的结果进行核线重采和样影像匹配，设置好格网间距和等高距，从而生成DEM。

在影像进行匀光、匀色的基础上，通过数字高程模型，对正射影像拼接、裁剪，即可得出DOM。

2低空无人机遥感在土地复垦中的应用

某铝土矿所属的矿床结构为岩溶堆积型，针对这种矿床具有分布零散、矿藏埋设深度浅、复合物地质结构复杂等特点，通常采用露天开采方式。露天开采推进速度快，用地周期短，从征地、剥离、采矿仅需2~3年。开采结束后，对采区土地进行复垦，可有效提高土地质量并及时投入农业生产。复垦后的土地利用性质不变，保证矿区农用土地总量的动态平衡，保护矿区生态系统。在复垦方式的选择上，采用工程复垦和生物复垦相结合，实现土地的良性循环。工程复垦的主体是矿山企业，而农民则是进行生物复垦的主体，所以征地补贴应保障农民的利益，保证土地的可持续利用[5]。

2.1规划设计中的应用

土地复垦前期规划设计主要包括施工图的设计和施工成本的概预算。施工图的设计主要是利用低空无人机遥感影像获得的数字线划图的基础上进行规划组织设计，同时辅以数字正射影像作为底图数据，更真实的反应采空区的现场情况。根据现有施工设备和施工技术，按规范要求对采空区进行规划设计。

施工成本的概预算主要是提升采空区的复垦成本管理，加强施工过程中的费用管理及成本控制，合理利用分配资源。采用低空无人机获得的数字高程模型，准确的计算填挖土方量，避免严重超挖填土方量，影响施工成本控制。

2.2施工过程中的应用

土地复垦施工主要包括施工放样和现场施工。施工放样是利用低空无人机遥感获得的数字正射影像，带有坐标系统的影像数据，将需要放样的点线导入规划区的数字正射影像，即将放样的点线坐标与数字正射影像合成，判断设计点位在实地的物理位置，便于点线的快速定位。现场施工是根据设计图纸确定需要进行复垦的采区，对采区依据施工图，利用大型机械对底板进行平整，对于灰岩底板应该首先对牙床进行爆破平整之后钩松作业，在钩松作业完成之后铺设30 cm以上的剥离土作为耕作层，最后进行道路、边坡、排水沟的综合整治。平地要求坡度在3%~5%之间，坡地坡度要求≤25%，具体复垦工艺流程见图2。

图2　复垦工艺流程

2.3在土地复垦后评价中的应用

对复垦后的土地，同样采用低空无人机遥感技术进行低空航拍。通过内业的快速处理技术，获取复垦后土地的地形资料。在对比复垦前后土地的变化后，进行复垦土地综合效益的评价。主要体现在3个方面。

1) 复垦后耕作土地总量增加(原不能耕作的石地经过工程复垦后，改良成能耕作的土地)，就该矿区而言，开采前耕地面积为38 km2，复垦后的耕地面积为41.8 km2，矿区耕地面积增加了10%。

2) 复垦地适用性增强，原来的坡地复垦成为平地。

3) 复垦土地的地力明显得到提高。采矿提取了地里的铝土矿石，工程复垦铺设了优质的耕作层，生物复垦保证了土壤肥力。土地被租用前，种植的农作物主要是木薯或玉米，1公顷地年收入7 500元左右，且耕作困难。土地被租用后，矿山企业给予的补偿费用是163 349元/hm2，租期4年。租赁到期，租用地经复垦后归还农民。现在种植甘蔗，亩产约4 t，年收入达到30 000元/hm2，相比较租用前，较大的提高收入。采用以租代征，边开采边复垦政策，提高了矿区人民的生活条件，增加了人均耕地面积，实现矿区建设的稳步发展[6]。截止到目前为止，该铝土矿通过国土资源部组织的专项验收。据统计，矿区先后复垦土地共计328 hm2，平均复垦率100%，平均复地率达70%。

3结语

通过将低空无人机遥感系统，获得某铝土矿山的测绘成果，应用到铝土矿山采区土地复垦中，实践表明其获得的数字正射影像、数字高程模型、数字线化图等基础资料，能够快速准确指导该铝土矿区土地复垦，取得复垦后耕作土地总量增加，复垦地适用性增强，地力提高。对未来矿山测量的发展具有很好的参考价值。

参考文献：

[1]许恒周, 郭忠兴. 科学发展观指导下的土地可持续利用问题[J]. 国土资源科技管理, 2005(4): 55-59.

[2]段福洲. 近地轻型数码航空摄影测量系统研究[D]. 北京: 首都师范大学, 2007.

[3]陈世培,王铁军.关于数字摄影测量内定向的几个问题[J]. 测绘与空间地理信息, 2004(2): 21-23.

[4]王有业. 无人机技术在数字矿山中的应用[J]. 山西焦煤科技, 2012(12): 45-47.

[5]张黎.桂阳县矿区土地复垦模式研究[D]. 长沙: 湖南师范大学, 2013.

[6]郄瑞卿, 崔宝华, 关侠. 建筑用石灰岩矿土地复垦综合效益评价[J]. 吉林农业大学学报, 2014(4): 494-499.

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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

中图分类号：TD178

文献标识码：B

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

作者简介：刘聪(1991-)，男，湖南益阳人，硕士研究生，研究方向：航空摄影测量及地表变形研究，手机：15200854811，E-mail：1508553982@qq.com.

收稿日期：2015-10-23