浅谈无人机技术在露天矿场开采监管中的使用

2021-01-04任碧琦赵玉琪张宇栋张启隆胡鑫磊

中国金属通报 2020年11期

任碧琦，赵玉琪，张宇栋，张启隆，胡鑫磊，崔颖

（辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁鞍山 114051）

随着科技水平与生活水平不断提高的同时，人类和社会对各类资源的需求量也不断增加。矿产资源作为生产生活中不可或缺的一部分，矿产资源具有有限性，其开采和使用不规范以及过度开发利用造成严重的资源浪费并形成环境破坏，甚至会引发一系列地质灾害，因此需加强对矿产监管工作和人员能力和业务水平的要求，使用传统监测方法的矿山普遍存在监测难度大、效率较低的情况，照比标准的要求相差较多，大部分矿山采用人工实地调查的监管方法对露天采场进行监管，由于监管范围较广、地形复杂多变等特点，使得传统监管手段劳动强度大、监管周期长，使其精度不能保证，工作人员在矿边容易出现的滑坡裂隙地带进行检查测量时存在着极高的安全风险，露天矿场需要通过高精度且安全的监管方式代替人工监管，无人机航测技术以其快速、高效、高精度等优势，可为矿产开发监管提供有力技术支撑[1]。

近些年，拥有良好的发展前景的低空无人机遥感技术逐渐成熟。通过飞控计算机控制无人机，为快速、高效地生产高精度的空三加密结果、数字正射影像图（DOM）、密集点云数据、实景三维模型等数字测绘产品，提出一种利用低空无人机倾斜摄影测量生产途径[2]。结合矿山采场的实际情况，以低空无人机遥感技术为基础，对露天矿场开采进行实时性的动态监管。

1 低空无人机遥感技术

近些年来，许多国家十分重视无人机系统的研究、开发及应用，体积较小的无人机凭借探测精度高，受地形影响较小的特点在各个领域得到较好的发展前景。体积小、重量轻、探测精度高的新型传感器的不断问世，也使无人机系统的用途迅速拓展[3]。在无人机技术基础上，将其与通讯技术、遥感传感器技术、GPS技术等技术相结合，形成具有及时性，准确性，操作简单，生产成本低，精度高的无人机遥感技术，准确及时地获取空间数据与相关信息，满足三维建模的需要。在许多领域内，无人机的身影逐渐变得越来越常见，并被广泛应用在摄影、民用、军事及地质等领域。

电源部分、无人机机体、发射回收部分、数据链部分、飞控部分、影像部分等构成无人机的主要系统。其中，发射收回部分负责无人机安全起飞与落地，数据链系统负责指令与信息的传送，以保证及时有效反馈信息[4]，飞控部分主要完成对无人机的飞行命令，影像部分保障对实际实时情况的捕捉，通过各部分有序工作使得无人机在各种复杂地形保障工作的正常完成。轻小的无人机因精度高等优点，使得其在特殊的复杂地形及轻度恶劣天气下也能保证监管工作的正常完成。

2 应用无人机技术进行露天矿场开采监管

露天开采监管能够帮助矿山企业了解矿山的基本地质和环境状况，从而预测矿山地质环境的动态变化趋监管势，针对矿山区域可能出现的灾害类型进行预防，保护矿山监管区域的自然环境，提高矿产资源的开采效率[5]。露天开采监管通过国家和企业等不同等级的部门层层递进，各司其职，对重点矿山和普通矿山等进行全面监管、实地监测，从而保障露天采场区域工作的正常完成。露天矿场的监管部门任务量繁重且监管范围较广，传统的监测方式通过人工操纵各类仪器对工人工作状态、边坡角超限、可绿化覆盖率、越界超量开采以及破坏性开采矿产资源等一系列生产与安全问题进行监管。露天矿场的环境、天气、监测内容、监测精度对工作人员造成较大考验，甚至部分矿场无法提前检测预知危险源，存在突发性危险，所以对监管人员的专业技术、工作能力及遇到突发状况应具有的应变能力要求较高。露天矿场可为无人机提供相对宽阔的工作环境，使其工作状态下拘束性较小，具有优越性。如无人机有损坏，其维修工作也较为便利，成本较低。因而可采用低空无人机遥感技术代替耗时耗力的人工方式进行露天矿山的监管，并能大幅度地提高工作效率。无人机监测数据获取流程如图1。

图1 无人机低空摄影监测工作流程图

通过无人机对工人工作状态的画面进行捕捉，可以很大程度解放监管人员的工作压力，达到省时省力的目的，同时提高工人工作的积极性。有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型DEM结果须基于空三加密成果，密集匹配点云等一系列过程生成，其结果可以方便地进行露天矿山动用储量监管[6]，由此可得到DOM提取露天矿山的开采边界，并与采矿权证矿界坐标对比，可以判断是否越界开采。从而提高监管效率，并节约生产成本。

矿山开采监管工作意义重大，高效率的监管方式会增强工人工作的积极性、采场整体效率以提高及工作环境和生产的安全保障，随之减少监管生产成本及矿产资源浪费，同时须高度重视对自然环境的保护，降低引发地质灾害的可能性，达到矿山的可持续发展。