1导言
近年来，随着矿产资源开发利用的不断增加，矿山环境遭到严重破坏，不仅对环境造成严重污染，破坏自然景观，而且诱发了一些地质灾害和次生地质灾害，严重阻碍了国民经济的可持续发展。
目前，矿山地质灾害的探测主要基于野外调查和分析等常规手段，测量精度高，但工作程序复杂，成本高。
长期以来，多光谱传感器为人类对地观测计划提供了大量的遥感数据，其数据特征逐渐从探测地物单一光谱信息发展到同时获取地物光谱信息和高程信息，形成了以光谱比值和主成分分析为核心的遥感颜色异常提取方法协同工作模式。如果辅以其他基础地质地理数据，可以定性或半定量提取矿山发展和矿山环境信息。就各类矿山环境检测而言，已发表的基于地面实测数据和多光谱数据的遥感统计模型通用性不够，难以推广应用。因此，要准确识别矿山开发和矿山环境监测的目标，除了含矿地层等基础数据外，还需要能够反映矿山开发基础要素间关系的高空分辨率影像和采矿纹理等微小信息。
近年来，无人机遥感凭借其在云层下低空飞行的能力，弥补了卫星光学遥感和普通航拍易受云层影响的缺陷，成为不可或缺的遥感手段。与传统的卫星遥感和航空空遥感相比，无人机遥感具有高效率、高分辨率、低成本、低损耗、低风险和可重复性等优点。，并能快速获取土地、资源、环境等要素。空，其应用领域也从早期的军事应用逐渐扩展到大地测量、灾害监测、气象监测、资源调查等民用领域。
本文基于低空航拍无人机获取的矿区高分辨率正射影像和大比例尺立体正射影像，对矿业开发对土地资源的影响和破坏、矿山地质灾害的类型、规模、损失和危害、采矿活动对建(构)筑物和主要工程设施的影响和破坏进行了定性和定量分析。
2无人机低空空遥感系统
无人机low 空遥感系统利用无人飞行平台、机载数码相机、数码摄像机等数字遥感设备进行拍摄和记录，通过遥感数据处理技术进行图像分析和处理，实现对地面信息的实时调查和监测。一个完整的无人机遥感系统包括空中的飞行与数据采集模块和地面监控模块。空中飞行与数据采集模块的主要功能是控制无人机系统按照既定航线平稳飞行，并将飞行状态和数据传输到地面，主要包括无人机飞行系统、遥感器系统、姿态控制系统和数据传输系统；地面监控模块发送飞行状态调整和数据采集命令，接收数据并实时监控，主要包括数据接收和状态监控以及地面控制命令模块。
3无人机low 空遥感精细探测矿山地质灾害的方法和过程
根据国土资源部地质环境司2002年制定的《全国矿山地质环境调查技术要求实施细则》，以单个矿山为单位，在充分收集矿山自然地理背景、区域地质环境条件、矿产资源、开发现状等资料的基础上，充分利用无人机低空航拍技术优势，开展矿山地质灾害精细探测，主要包括:
(1)矿山开发对土地资源的影响和破坏；
②矿山地质灾害的类型、规模、损失和危害；
③采矿活动对建筑物和主要工程设施的影响和破坏。
以安徽恒源煤电有限公司祁东煤矿为例。
3.1数据采集和处理
2011年12月，将佳能EOS5DMarkII数码相机安装在无人机飞行平台上，获得了研究区域的low 空数字影像，优于0.20m，航向重叠和侧向重叠分别约为80%和50%。针对矿山地质灾害的精细探测，生成了研究区的数字正射影像和立体正射影像对。
1)正射影像。在野外实测影像控制点的基础上，在内业基于DPGrid软件对影像数据进行处理，包括畸变校正、影像匹配、in 空分析中的三角剖分、数字高程模型生成和正射影像镶嵌等。最终得到研究区0.20m分辨率的正射影像。
2)立体正射影像对。
立体正射影像对是由多个飞行区和测区内各飞行区的模型组成的大场景立体模型，采用斜平行投影法制作。主要步骤如下:
①根据XY平面上一定间距的正方形网格，正射投影到数字高程模型上，得到、易、子的坐标。然后，通过共线方程获得左切片上对应像点的坐标，并以此像切片数据制作正射影像；
(2)从XY平面上的同一个正方形网格，沿平行于XZ平面的斜平行投影方向将网格点平行投影到数字高程面上，求出投影线与DEM面的交点坐标X1i、Y1i、Z1i
③根据中心投影方程，将斜平行投影的坐标x1i，y1i，Z1i变换到右图像，得到一组图像截面数据X1i，Y1i，可以制作成立体匹配胶片。
由上述正投影图像和立体匹配片形成大场景立体正投影图像对。它能够真实地再现地形三维表面的三维信息，达到地形可视化的目的。通过立体观测设备可以进行立体显示、浏览和测量，提高矿山地质灾害的识别精度。
3.2矿山开发对土地资源的影响和破坏
根据矿区内各种地物在正射影像上的形状、纹理、光谱等影像特征进行人工解译。如旱地在整个矿区分布广泛，颜色不均匀，深绿色或土黄色，长方形或不规则形状，相邻旱地之间有小路或陡坎；农村宅基地分布在平坦地带，附近有水源、树木、交通要道，呈灰色；公路主要在旱地和居民区之间行驶，呈白色或灰色，呈直条状；河流水面贯穿整个矿区，附近有林地和居民区。水体是蓝绿色的，上面有漂浮的船只。林地主要分布在河流、沟渠两岸和农村宅基地周围，呈灰白色、颜色均匀的条状或片状。对于相似地物和地形起伏较大的区域，通过大场景立体正射影像的立体观测，进一步验证了解译结果。
通过以上解译结果，并根据《土地利用现状分类》(GB/t 21010 & mdash；2007)，矿区分为10类土地利用类型，包括旱地、林地、农村宅基地、工矿仓储用地、铁路用地、公路用地、农村公路、河流水面、坑塘水面和沟渠。
根据土地利用分类结果，矿山开发占用的土地资源主要是工业广场、仓储用地、场外道路和铁路专用线等地面建设项目，其中工业广场占地54.388hm2，有一个矸石山占地4.073hm2，有五个固体废弃物堆放场，总面积13.454hm2，铁路专用线占地1.945hm2，占用的土地类型主要是耕地，使土地资源失去了原有的功能
与遥感影像相比，无人机低空航测遥感影像获得的正射影像具有更高的分辨率和精度，能够详细反映地物的位置和影像特征。然而，基于遥感影像的计算机自动解译技术使用的影像信息有限，不能全面反映影像中地物的特征，难以解决同一地物或同一光谱中的异物交叉信息问题，误判率较高，如矿区的同一地物。
3.3矿山地质灾害的类型及图像特征
地质灾害主要有地面塌陷和地裂缝。地面塌陷是由于地下矿产资源开采导致地下支撑减少和地下水位下降而引起的地表岩土向下塌陷，常以塌陷坑和塌陷盆地的形式存在。
塌陷坑主要分布在旱地、居民区和沟渠中，多为独立个体分布，形状为不规则的圆形或长方形，一般直径数十米至数百米不等，深浅不一，其边缘一般呈黑色，而塌陷坑中的水呈深绿色或黑色。基于大场景立体正射影像的塌陷坑立体观测，具有一定的负地形深度，立体效果明显。与正面地形(耕地、道路等)相比。)，立体效果正好相反，判读精度更高(如图6)。研究区约有43个塌陷坑，总面积为71.628hm2，地裂缝是地下矿产资源开采区应力不平衡引起的岩石刚性变形。通过识别高分辨率的正射影像和观察大场景的立体模型，可以仔细监测地裂缝处表层和浅层土壤结构的细微变化，并推断地裂缝的位置。其解释精度受裂隙大小、沉降幅度和人类活动的影响，在平原地区解释精度可达80%以上。一般地裂缝中局部土壤含水量的增加导致地裂缝中杂草等植物的生长，造成色调和纹理特征的差异，呈现线性图像特征。大规模地裂缝导致旱地形成陡坡和建筑物裂缝，小规模地裂缝隐约可见，未对农业种植和人民正常生活造成影响。
3.4采矿活动对建筑物和主要工程设施的影响和破坏
采矿活动导致地面沉降，影响和破坏建筑物和主要工程设施。根据矿区提供的开采工程平面图和实测数据确定的开采沉陷预计参数，如沉陷系数、主要影响角正切、水平移动系数等，鉴于矿区工作面以矩形为主，地形平坦，采用矩形工作面地表移动变形预计数学模型，预测任意方向任意点的沉陷值。本文利用专用软件MSPS预测矿区的沉陷等高线(如图8所示)，进而得知矿区的沉陷程度。
基于ArcGIS软件，将矿区的沉陷等值线与正射影像进行叠加，并对灾区的建筑进行分析。
结构)的建筑物和主要工程设施进行定量和定性分析。一般来说，下沉深度超过15m的区域为严重区，0.5m~1.5m范围内为严重区，0.01m~0.5m范围内为轻区，下沉深度小于0.01m的区域基本不受矿山地质灾害影响。
采矿活动导致地表移动变形，破坏建筑物与地基的初始平衡，导致建筑物歪斜和倒塌，影响人们的正常生活。因此，有必要及时监测受影响建筑物的位置和范围，并采取预防措施。
通过解释矿区的正射影像和观察大场景的立体模型，可以精细地探测受影响建筑物的准确数量、位置和面积。例如，一些建筑物已经倒塌，周围出现积水区，导致倾斜、开裂和倒塌，可能导致建筑物被毁或废弃。从图8可以看出，受影响的主要工程设施包括道路、专用铁路、河流、沟渠和电力通信。矿区受影响的河流为浍河，主要导致河岸下沉，使河流失去蓄水和排放地表水的功能；受影响的沟渠主要有山沟、陈沟和勾连等。，部分沟段被开采空塌陷水域自然切断，形成坑塘水面；矿区内主要影响5条道路和1条铁路专用线，主要造成道路下沉和断裂；开采沉陷引起的地面不均匀下沉导致电杆倾斜倒塌。
4结束语
本文对low 空无人机遥感在矿山地质灾害探测中的应用进行了初步尝试。现场调查验证了上述提取的矿山地质灾害信息的准确性。
结果表明，无人机获取的low 空遥感数据能够快速有效地实现矿山地质灾害的精细探测，数据分析结果可信度高，能够准确获取矿山地质灾害的土地利用变化、规模、分布等灾害特征。此外，获取的多时相数据还可用于监测各种地质灾害的变化。
与现有遥感灾害探测系统相比，本文提出的低空无人机遥感地质灾害探测具有应急响应能力强、采集速度快、处理效率高等优点，具有良好的应用前景。需要指出的是，本文的工作主要依靠人工识别和分析，如何自动识别和统计分析上述矿山地质灾害信息将是下一步的研究工作。
