无人机航拍遥感技术，开拓固废堆场管理新方式

【中国环保在线 技术前沿】慧航科技结合无人机遥测技术、POS 定位定姿技术、GPS 差分定位技术和遥感应用等技术，同时数据结合自主研发的渣场信息综合管理平台，具有快速获取国土、资源、环境、事件等空间遥感信息，并进行实时处理、建模和分析等主要功能。
一、项目背景
近年来国家持续加大对工业固体废物、危险废物的污染防治力度。党的十九大对生态文明建设和生态环境保护进行了系统总结和重点部署，“十九大”报告中着重指出要加强固体废物污染防治力度，全国人大、生态环境部等主要负责人也多次在各种场合要求各级环保部门要充分利用大数据、物联网、遥感等技术手段加大工业固体废物、危险废物的全过程管理力度。
磷矿采选、磷化工、铝及铝加工、火电等工业的快速发展，为地方经济发展做出重大贡献的同时，也给环境保护带来诸多的压力和挑战。工业生产过程中产生大量的磷石膏、粉煤灰、赤泥、磷渣、采选矿尾矿等工业废渣，甚至一个市的工业废渣的年均产生量已达千万吨级别，工业废渣的安全处置与环境污染等问题日益突显。
由于工业固体废物填埋场(俗称渣场)是专业用于填埋工业生产过程产生的固体废弃物的性露天堆填场所。根据渣场的露天特性及堆填物的敏感特性，渣场具有占地面积广、汇水面积大、易发生渗漏、坍塌、溃坝而造成土壤、地表水、地下水的不可修复性污染的环境安全隐患特点。
由于诸多原因特别是废渣进入渣场的多样性问题(如使用传送带、使用运输卡车、使用运输火车等多种运输工具)使得渣场内堆填的工业固体废物而言具有填埋数据不清，堆体布局及安全性不清、库容占有率不清、库容剩余量不清等特点，使用常规的地磅称重或输送带称重等技术手段无法对产渣量进行计算，这些问题均给管理部门实施管理，防范环境风险带来了极大的管理瓶颈，也对生态环境保护、生态环境修复、自然资源利用等带来了极大的阻碍。
近年来随着无人机技术的日臻成熟，使用无人机进行测绘在国内外日渐普遍，特别是在矿山资源的的勘测中有了不少的实际应用。2014年，宁夏地质调查院验证了无人机遥感技术在矿山地质环境调查的可行性与有效性，采用无人机遥感技术具有数据获取及时、快速、现实性强、空间分辨率高等优势。因此使用无人机航拍勘测技术对渣场废渣的增加进行监测在技术上是可行的。
慧航科技结合无人机遥测技术、POS 定位定姿技术、GPS 差分定位技术和遥感应用等技术，通过定期使用无人机对渣场进行航拍并通过对航拍数据进行处理建立渣场的三维模型，通过前后两次的模型对比分析对该段时间间隔内的废渣增量进行估算。航摄外业工作开展(图自慧航科技)
同时数据结合自主研发的渣场信息综合管理平台，具有快速获取国土、资源、环境、事件等空间遥感信息，并进行实时处理、建模和分析等主要功能。
二、无人机航拍遥感破解监管难题
对于矿渣场土方量难以估算、计算效率低的难题，无人机的航拍遥感、三维监测管理技术恰恰解决了监管过程中的这个瓶颈。
1. 航空摄影测量
选择能见度>3000米，风力<5级的气象条件执行飞行航测任务。在航测过程中，全程监控多旋翼无人机平台的飞行轨迹、GPS信号强度、电量、高度、速度、姿态及其他参数，保证飞行的安全及数据的可靠性。
2.影像采集及处理
倾斜摄影的相机配有多个镜头，同步获取同一地物东南西北及顶部方向的影像。因此同一地物具有多视角的影像及详尽的侧面信息，将这些影像通过区域网联合平差、多视影像匹配、DSM生成、真正射纠正、三维建模等流程，可形成DSM、DEM、DOM、DLG、数字三维模型等终产品。流程示意图(图子慧航科技)空三计算(图自慧航科技)
3. 土方量测量设计
(1)软件对两次飞行任务航摄影像进行照片对齐、刺点空三解算得出密集点云数据、数字高程模型、数字表面模型及数字正射影像图。经检查4个检核点，平面和高程误差均在2厘米以内。
(2)建立三维模型建立三维模型(图自慧航科技)
(3)计算体积
利用“体积计算”功能，将计算区域两次测得的模型结果偏移至同一标高，进行两次堆方计算，然后求差比较两次堆方的差值，即为两期间土方量的计算结果。三维模型测量(图自慧航科技)
慧航科技利用多旋翼无人机进行低空三维影像获取和进行一定的内业处理后，能够获得精度较高的航摄数据，有效地获得测区的三维信息，得到堆场、渣场的开采量和储量。土方量测量(图自慧航科技)
通过定期使用无人机对矿渣堆场进行航拍和数据处理，建立矿渣堆场的三维模型，并录入系统，对渣场的废渣量、废渣增量进行估算，能够辅助管理部门对矿渣堆场进行有效、系统的监管。
三、渣场管理大数据平台
环保数据海量繁多，随时变换，而大数据技术具备良好的时效性和动态性，能够及时更新，渣场管理大数据平台通过对数据进行有效分析，相关部门能够对所监测对象的整个态势做出研判和决策，它的时效性使其具备了预警的功能。无人机技术为环境监测提供了便利，而大数据为环境监测提供了、长期的监控管理，实现防范环境风险的可能。渣场管理大数据平台体系结构图(图自慧航科技)
慧航渣场管理大数据平台具有丰富的功能模块，包括用户管理、渣场管理、企业台账基础信息、GIS服务、三维模型管理、系统升级、智能维护等，实现对渣场的定期数据监控。系统GIS界面(图自慧航科技)
直观清晰的图形数据体现，渣场库存容量，剩余容量，风险地块一目了然，简易友好的操作界面，企业人员可轻松简易地进行数据录入及系统维护。企业台账界面(图自慧航科技)
无人机技术结合大数据的手段，以科学准确的数据和模型分析辅助环保部门制定更为的管理对策、预防环境风险发生，成为了慧航科技在环境监测服务领域的一个重要方向。
四、小结
目前无人机与环境监测行业结合的领域中，无人机技术已经应用于大气监测、水质监测等方面，过去的种种案例均证明，无人机技术在辅助环保部门进行监测和溯源判断上提供了有效的帮助。
无人机在矿渣场中的应用是在国内一次较为新颖的尝试，并且已证明可得出让人满意的结果，今后相关部门对渣场、矿场的监管又多了一项利器，这项利器同样适用于监控矿山地质环境，便于矿山监管、治理。
无人机与行业应用结合是当下的趋势，而以数据服务行业是未来的趋势。慧航科技将以数据为核心，利用无人机、物联网、云技术，竭力为各部门、用户提供的环境管理服务与支持。
(注：本文作者广东慧航无人机科技有限公司李琪，作者投稿并授权发布。转载请注明作者和来源。广东慧航无人机科技有限公司系专注于环保无人机研发和服务的企业，主打产品AirSense-100气体监测无人机经过CMA检测，目前已在二十多个地市开展应用。)