多光谱无人机在山体生态修复中的应用

多光谱无人机在山体生态修复中的应用

肖森

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 陕西西安 710000

摘 要：多光谱无人机也被称之为PhenoDrone,具有时效性强、受大气辐射影响小、空间分辨率高、数据量大、自动化水平高、数据质量好等特点，广泛应用于水土资源监测管理、生态环境动态监测、植物/作物生长发育监测、森林植被调查、水体环境监测、叶绿素效率及植物红边坡度分析等领域。本文基于多光谱无人机，初探多光谱无人机在山体生态修复中的应用。

关键词：多光谱无人机；山体生态修复

前 言：伴随我国矿山开采活动的频繁开展，对生态环境带来严重的破坏，使生态环境保护的压力逐渐增加。在这样的形式下，我国加大了生态环境保护的力度，并且陆续的关停了一部分矿山开展生态修复活动。通过多光谱无人机技术航测可以获取矿山情况信息，经过有效的处理后能够生成一个正影像图以及数字表面的模型与三维模型，综合分析模型及获取的信息，能够掌握矿山的整体情况，为山体生态修复提供了理论参考依据，便于对生态修复规划设计，也为相关地质灾害的防治及监测工作提供理论参考依据。

1 利用多光谱无人机开展山体生态修复的意义

早在2015年党中央、国务院印发的《生态文明体制改革总体方案》明确提出“树立山水林田湖是一个生命共同体的理念，统筹考虑自然生态各要素进行整体保护、系统修复、综合治理，增强生态系统循环能力，维护生态平衡”的要求。2016年9月，财政部、原国土资源部、原环境保护部联合印发了《关于推进山水林田湖生态保护修复工作的通知》（财建〔2016〕725号），进一步明确了山水林田湖生态修复工作的重要性、迫切性。开展山水林田湖草生态保护修复是生态文明建设的重要内容，是贯彻绿色发展理念的有力举措，是破解生态环境难题的必然要求。加快山水林田湖草生态保护修复，实现格局优化、系统稳定、功能提升，关系生态文明建设和美丽山西建设进程，也关系国家生态安全格局和中华民族永续发展。

山体生态修复山水林田湖草生态保护修复重点建设内容。以往人们在生态修复调查环节，经常使用人工实地考察的方法来进行，经过工作人员去现场实地考察，获取相关数据信息，对生态修复进行评价，之后采取防治举措。应用该方法尽管取得一定成效，但是因为矿山的地势很高，并且水域较宽，有着丰厚的植被，工作人员不易进入和达到现场，增加现场调查的难度。同时，又受到没人技术人员自身的素质和专业水平有着一定的差异，也在一定程度上增加了调查工作的难度，导致调查效率低下，并且成果的精准度很差，类型过于单一等各类问题，调查结果有着强烈个人主观意识及经验判断的色彩，影响了决策的科学性。应用新技术和新方法，能够精细化的获取和得到矿山地表的信息，利于科学研判并且成为工作中的重点。

近几年来，伴随无人机技术的迅速发展，该技术已经逐渐成为山体修复的首选，为修复工作提供全新的研究方向和思路。应用多光谱无人机可以利用无人机航测技术把传感器设备搭建在小型无人机上，获取地面信息，为矿山生态修复调查工作提供了全新的工作思路，解决了传统地质环境调查手段遇到的各类问题，也为后续生态修复设计与土地规划工作提供了精准及可靠的信息。

2 多光谱无人机在山体生态修复中的应用要点

2.1无人机平台的选择

山体生态修复调查范围一般较小，可以使用多旋翼无人机，结合具体情况把调查范围控制在适合区间，确保满足作业要求。学者李永生等人认为使用大疆精灵系列的无人机效果明显，其体积小，并且飞行灵活，利于操作，同时航线规划软件的配套十分齐全，可以广泛的应用到山体生态修复调查中。为了实现高精准度和安全飞行，实现精准的定位，可以应用立体式视觉定位系统来探测障碍，可确保飞行的安全性，应用差分定位技术以及北斗和GPS技术，实现了厘米级的定位。

2.2航线的规划与像空点的布控

航线的规划及像空点的布控期间，在航线规划环节，为了确保成果可以全面的覆盖矿山，以防在内业时发生航拍影像不完善、缺失以及照片不足或者变形问题，在小范围的矿山区域中可以把矿区中心至矿区边界的距离作为直径，之后以此为直径来外扩百分之五十的范围作为航拍的拍摄区域，并对测试区域分几次以“井”字型的角度进行倾斜与正摄，利于多角度和全覆盖的获取矿山的航拍照片以及航线图与范围。考虑到后续位置的纠偏及精准定位问题，可以在测试区域内增设适量的控制点校正坐标，在布控之后应用RTK技术来获取控制点区域的数据信息。

2.3三维模型的应用

倾斜摄影的三维模型可以提供相比其他调查方式更加直观和有效的地理数据信息，能够多角度来拍摄并且弥补正射影像仅能获取垂直定面纹理这一缺陷。模型能够在计算机系统内部进行旋转以及缩放和滚转等相关操作，所构建和达到的立体模型能够多方位和精准的呈现出矿山复绿的效果。三维模型力能够对地物进行解译和统计，借助物联网技术实施实地监测。

3. 未来多光谱无人机遥感技术的发展方向

水土是社会发展与人类生存及发展的一个基本条件，水土更是不可被代替的基础资源。科学的认知水土资源及其结构分布情况，了解和掌握水土资源和生态环境二者关系，利于实现水土资源的保护管理及开发利用。当下，我国山体生态环境现状不容乐观，为了改善现状，做好水土资源及山体修复工作，促使人与自然的和谐相处和共同发展，在山体修复中人们引用了多光谱无人机遥感技术，该技术的应用为山体修复工作创造了便利性，一方面为相关人员提供了可靠和丰富的数据，另一方面也充分的借助网络技术，获得山体修复的三维模型，方便了对地物的统计与解释，同时也实现了实施的监测目的。

伴随多光谱无人机遥感技术的应用，人们也加强对高技术的研究，目前已经研制出更加智能化与轻便型的多光谱无人机遥感系统，研究者尝试把无轻便型的无人机遥感平台作为基础，之后采用了倾斜补偿的丰富以及同步触发控制举措，研制出一个兔云台+多光谱的遥感监测系统，系统集成了十个通道的多光谱成像与高分辨率的RGB成像，延长了续航的时间，提高了时空的分辨率，操作十分简单并且机动灵活。

4 建议

一是在设备上尽量使用更大的飞行平台，把多个传感器进行组合来对地进行观测，可以丰富数据，增强评价的精度与质量。二是在数据上把激光雷达以及三维点云和遥感充分结合，便于获取多数据对山体生态修复实施多维度和多时空的评价，提升评价的精准度。三是在无人机设备与多源数据基础上，可引入一些算法模型，包括机器学习的算法以及多源数据，构建一整套客观并且体现科学性的评价方法，降低人为因素所带来的干扰，提高调查结果的准确性与真实可靠性。四是在航测参数的设定方面，可以按照测量外业的规范安排专业人员完成，确保倾斜与正航高度与速度及角度的合理性。

结束语:总体而言，与常规地质勘查方法相比，应用多光谱无人机技术，提升了山体生态修复调查效率，提高了调查结果的可行度，增强了调查成果的表现能力。借助无人机所采集到的数据和信息，便于山体生态修复制定出科学合理的规划设计方案，为山体修复工作的开展打好基础。

参考文献：

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[3]孙世泽.基于无人机多光谱数据的天然草地生物量估算方法研究[D].石河子大学,2018.

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[5]王紫军.小型多光谱相机无人机云台系统研究[D].西北农林科技大学,2017.