無人機(jī)技術(shù)在金屬礦山測(cè)繪中的應(yīng)用研究

祁俊霞

(青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810007)

無人機(jī)技術(shù)在地形地貌測(cè)繪中應(yīng)用較為普遍，目前也受到了國(guó)土資源部門的高度重視，這主要是因?yàn)槠渚邆涓滤俾士?、分辨率高等多?xiàng)十分突出的優(yōu)勢(shì)，而這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于礦山測(cè)繪工作來說是十分重要的，其在應(yīng)用過程中不僅能夠獲取精確的礦山信息，同時(shí)還能起到保護(hù)資源與環(huán)境的作用，并且還可使礦產(chǎn)開采人員的生命安全得到保障。另外，無人機(jī)技術(shù)對(duì)于推動(dòng)數(shù)字化礦山的建設(shè)具有十分重要的作用，本文就對(duì)此進(jìn)行了具體分析。

1 青海省礦山現(xiàn)狀

青海省處于我國(guó)西北地區(qū)的內(nèi)陸，省內(nèi)礦產(chǎn)資源極其豐富，但與此同時(shí)，青海省也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后的地區(qū)，未能充分應(yīng)用當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)，因此使得金屬礦產(chǎn)測(cè)繪效率較低。除了技術(shù)應(yīng)用較為落后之外，目前青海省在礦山測(cè)繪中還存在以下幾項(xiàng)問題。第一，測(cè)繪結(jié)果的統(tǒng)計(jì)與分析是在整個(gè)測(cè)繪工作完成之后開展的，因此使得測(cè)繪時(shí)出現(xiàn)的問題在最后的結(jié)果檢查階段才被發(fā)現(xiàn)，這主要是由于測(cè)繪隊(duì)伍之間未能及時(shí)進(jìn)行溝通與交流，并且未對(duì)現(xiàn)場(chǎng)記錄的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢查與核對(duì)所導(dǎo)致的，進(jìn)而降低了測(cè)繪工作的效率。第二，測(cè)繪工作所需的人員數(shù)量較多，而整個(gè)測(cè)繪隊(duì)伍中不同人員的綜合素質(zhì)以及對(duì)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用能力都有一定的差異，因此會(huì)對(duì)最終的測(cè)繪結(jié)果造成嚴(yán)重影響。第三，在處理礦山測(cè)繪數(shù)據(jù)時(shí)未能應(yīng)用先進(jìn)的管理軟件，導(dǎo)致數(shù)據(jù)資料的分析結(jié)果不夠準(zhǔn)確，容易出現(xiàn)偏差[1]。

另外，青海省在開發(fā)與利用礦產(chǎn)資源的過程中還對(duì)礦山環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，礦山開采導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，人員傷亡較為嚴(yán)重，同時(shí)也造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。第二，在開發(fā)礦產(chǎn)資源之后隨意丟棄固體廢棄物導(dǎo)致土地資源嚴(yán)重受損。第三，在礦山開發(fā)過程中產(chǎn)生了大量的廢水，這在破壞土地資源的同時(shí)還引發(fā)了滑坡、泥石流等多種類型的地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)也使得地下水環(huán)境受到嚴(yán)重污染[2]。之所以會(huì)存在這樣的現(xiàn)象，主要是由以下幾項(xiàng)原因所造成的。第一，青海地區(qū)海拔較高且降雨量少，環(huán)境的承受能力較低，因此人為活動(dòng)會(huì)對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。第二，人們?cè)陂_發(fā)礦產(chǎn)資源時(shí)多考慮的是自身的經(jīng)濟(jì)利益，因此為了獲取更多的利益往往會(huì)忽略礦產(chǎn)開發(fā)對(duì)環(huán)境所造成的影響，進(jìn)而不斷加大開采力度，最終導(dǎo)致環(huán)境破壞問題越發(fā)嚴(yán)重。第三，盡管礦產(chǎn)資源的開發(fā)從整體上來看規(guī)模較大，但開挖程度過低，因此使得礦產(chǎn)資源的利用率較低。第四，在礦山測(cè)繪與開采的過程中所使用的技術(shù)與工藝過于落后，這在浪費(fèi)資源的同時(shí)也污染了環(huán)境。為了解決以上所存在的這些問題，除了健全環(huán)境保護(hù)制度，有效控制污染問題之外，還應(yīng)采用當(dāng)前較為先進(jìn)的無人機(jī)技術(shù)，其不僅能夠使得礦山測(cè)繪工作開展得更加順利，同時(shí)還能夠起到保護(hù)環(huán)境的作用，下面就對(duì)該技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 無人機(jī)技術(shù)概述

2.1 特點(diǎn)

無人機(jī)技術(shù)是包括GPS、GIS、通信及遙感等多種先進(jìn)技術(shù)的綜合性技術(shù)。主要應(yīng)用于地理測(cè)繪中且應(yīng)用范圍較廣，不受地區(qū)因素的限制。無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于測(cè)繪工作的過程中可實(shí)時(shí)更新、修改數(shù)據(jù)信息，并且可完成地質(zhì)測(cè)繪信息的升級(jí)處理。具體來說，無人機(jī)技術(shù)主要有以下幾項(xiàng)特點(diǎn)。第一，數(shù)據(jù)分辨率高，主要原因在于其配置了傳感器，因此能夠獲取精確度達(dá)厘米級(jí)的影像數(shù)據(jù)資料，并且可根據(jù)檢測(cè)圖的比例需求進(jìn)行縮放處理。第二，信息更新速度快，無人機(jī)在測(cè)繪過程中無需人員駕駛，可自動(dòng)完成測(cè)繪工作，并且其飛行區(qū)域處于低空領(lǐng)域內(nèi)，除一些較為特殊的天氣之外均可開展測(cè)繪工作，因此能夠獲取最具時(shí)效性的數(shù)據(jù)信息。第三是成本低廉，無人機(jī)的操作是全自動(dòng)化的，在獲取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上還可及時(shí)傳輸至控制站，并且整個(gè)操作過程十分簡(jiǎn)單，無需花費(fèi)過高的成本，因此能夠?yàn)闇y(cè)繪工作的開展節(jié)省較多的人力、物力以及財(cái)力，并且能夠有效提升測(cè)繪工作的效率。第四是靈活性較強(qiáng)，無人機(jī)較為輕巧，在操作過程中靈活性較強(qiáng)，可根據(jù)測(cè)繪工作的需求調(diào)整角度，并且可隨意轉(zhuǎn)換操作方式[3]，這就使得其不會(huì)受到一些復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境的干擾，即使面對(duì)海拔較高的青海地區(qū)也能充分展現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，因此在原有基礎(chǔ)上極大地降低了測(cè)繪工作的難度。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)技術(shù)在礦山測(cè)繪中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，礦山測(cè)繪工作條件艱苦，并且所能夠投入的人力及物力方面的資源也十分有限，因此使得測(cè)繪效率較低，而無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用則能夠解決這一問題，其不會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響，可隨時(shí)進(jìn)行空中遙測(cè)，并且不受時(shí)間與空間的限制[4]。同時(shí)，無人機(jī)技術(shù)不僅能夠獲取精確度較高的測(cè)繪數(shù)據(jù)，還可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化處理，及時(shí)更改錯(cuò)誤信息，進(jìn)而使得數(shù)據(jù)資料能夠滿足測(cè)繪工作的基本需求。第二，礦山多處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，地質(zhì)條件十分復(fù)雜，因此在礦山測(cè)繪過程中環(huán)境保護(hù)工作的開展具有一定的難度，而通過運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)獲取雷達(dá)及遙感等多方面的數(shù)據(jù)，相關(guān)人員就可以此為依據(jù)制定相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)策略。另外，當(dāng)前金屬礦山的開發(fā)秩序較差，導(dǎo)致資源浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因此必須擴(kuò)大無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍，使得在礦山測(cè)繪的同時(shí)也能夠?qū)ΦV區(qū)開采工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于政府部門針對(duì)礦山開采進(jìn)行管理，這對(duì)于保護(hù)礦產(chǎn)資源具有十分重要的作用。

3 無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

1)作業(yè)流程

將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于礦山測(cè)繪工作的過程中主要包括以下幾項(xiàng)步驟。第一是測(cè)量像片控制點(diǎn)，目的在于提高測(cè)繪圖的精確度，行業(yè)內(nèi)部在此方面有明確的操作規(guī)范，即控制點(diǎn)的測(cè)繪比例分別為1∶2 000，1∶1 000及1∶500[5]。在測(cè)繪過程中首先需要確定測(cè)繪目標(biāo)，即以較小的地面物體作為目標(biāo)，并且需要通過文字描述點(diǎn)位的特點(diǎn)，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上繪制出大致的地形圖。同時(shí)還需要詳細(xì)描述點(diǎn)位及周邊的物體。第二是完成數(shù)據(jù)的采集與編輯。無人機(jī)應(yīng)用于測(cè)繪工作中主要是通過三維跟蹤立體測(cè)繪圖實(shí)現(xiàn)的，并且需要測(cè)繪人員的配合，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上了解礦山的地物及地貌。在測(cè)繪過程中所采用的方法主要為一體化操作；在數(shù)據(jù)采集過程中所采取的是分層處理的方式，在完成處理之后需要以標(biāo)準(zhǔn)地形圖數(shù)據(jù)格式呈現(xiàn)，之后再用專業(yè)的成圖軟件進(jìn)行編輯，在此基礎(chǔ)上就可制作出精確度較高的地形圖。第三，無人機(jī)的后期處理是自動(dòng)化的，所采取的是smart3D等先進(jìn)軟件，進(jìn)而對(duì)影像進(jìn)行色彩處理及剪裁等一系列的操作，在此基礎(chǔ)上就可得到正射影像，同時(shí)還可獲取高程模型，這樣就可了解礦山資源開采的總體情況及細(xì)節(jié)，同時(shí)還可了解礦山剩余資源的儲(chǔ)備總量。

2)地形測(cè)繪

金屬礦山測(cè)繪工作開展的過程中首先需要獲取基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)信息，主要包括遙感影像、地形圖件及高程模型等。以往多數(shù)負(fù)責(zé)金屬礦產(chǎn)測(cè)繪工作的企業(yè)多采用的是傳統(tǒng)的方法，但由于金屬礦山處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，地形、地貌較為復(fù)雜，因此只能獲取粗略的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也使得獲取的數(shù)據(jù)不夠全面，難以了解礦山的整體情況。而無人機(jī)技術(shù)則能夠獲取最為全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，并且可應(yīng)對(duì)金屬礦山復(fù)雜多變的自然環(huán)境，進(jìn)而有效提高測(cè)繪的整體效率。

3)獲取精確的數(shù)據(jù)資料

無人機(jī)技術(shù)不僅能夠獲取礦山資源的具體數(shù)據(jù)信息，同時(shí)還可對(duì)礦山周圍的地形、地貌等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行全面測(cè)量，進(jìn)而使管理者能夠以此為依據(jù)制定出相應(yīng)的礦山開采計(jì)劃，同時(shí)還有助于礦山信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建。另外，礦山周邊環(huán)境較為復(fù)雜，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的采集具有一定的難度，因此必須采用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)算，這就需要通過遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及模型的制作，進(jìn)而獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。另外，無人機(jī)在探測(cè)過程中主要在低空領(lǐng)域飛行，因此即使面對(duì)較為偏僻且惡劣的環(huán)境也能夠順利完成數(shù)據(jù)的采集。

4)保護(hù)環(huán)境

礦山開采在獲取金屬資源的同時(shí)對(duì)礦山周邊環(huán)境破壞性較強(qiáng)，因此在礦山開采工作完成之后必須將環(huán)境整治方案落到實(shí)處，并且需要定期了解環(huán)境的恢復(fù)狀況，而人工處理的方式需要花費(fèi)大量的時(shí)間，并且礦山周邊環(huán)境具有一定的復(fù)雜性，在檢查過程中難度較大，因此就可通過無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行環(huán)境恢復(fù)程度的檢查，即通過傳感器明確檢查區(qū)域，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)勘察，之后可通過傳感器獲取多光譜、遙感等多種不同類型的信息，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，環(huán)境檢查人員就可以此為依據(jù)進(jìn)行定量或定性分析，并根據(jù)分析結(jié)果制定出相應(yīng)的環(huán)境治理策略。

5)保護(hù)資源

金屬資源較為稀缺，因此在礦山開采時(shí)必須合理開發(fā)，有效控制浪費(fèi)現(xiàn)象，盡管當(dāng)前國(guó)家在此方面有明確的開采規(guī)范，但監(jiān)管部門卻未能將各項(xiàng)規(guī)范要求落到實(shí)處，隨意開發(fā)的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。因此政府部門需要通過無人機(jī)技術(shù)做好礦區(qū)開采的監(jiān)測(cè)與控制，及時(shí)了解開采情況并制定出相應(yīng)的控制策略，進(jìn)而起到保護(hù)金屬資源的作用。

6)確保人員安全

近年來，社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域?qū)ΦV產(chǎn)資源的需求量在持續(xù)增加，因此拓寬了礦產(chǎn)開采的深度與廣度，同時(shí)也提升了礦產(chǎn)開采的難度。另外，礦產(chǎn)開采本身就處于地下，危險(xiǎn)系數(shù)較高，導(dǎo)致此方面的安全事故較為頻繁。因此當(dāng)前最重要的是確保開采環(huán)境足夠安全，盡可能地減少人員損傷，這就需要通過無人機(jī)技術(shù)獲取全面的數(shù)據(jù)資料，幫助開采人員了解礦山的具體情況，這樣就可降低開采的盲目性，促使開采工作能夠有序開展，進(jìn)而有效保障人員的生命安全。只有這樣才能進(jìn)一步提升我國(guó)礦山開采的效率。

7)有利于數(shù)字礦山的建設(shè)

通過無人機(jī)技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)信息精確度較高，因此有利于數(shù)字礦山的建設(shè)。在應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)的過程中可對(duì)礦山的地貌進(jìn)行全面測(cè)繪，幫助相關(guān)人員獲取數(shù)字、圖片等多種類型的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)還有助于開采人員了解礦山的地質(zhì)構(gòu)造與地形信息，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上制定出合理可行的礦山開采方案，這樣就能夠使整個(gè)開采過程開展地更加有序，并且可有效提高開采效率。下面就以表格的形式對(duì)無人機(jī)技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹，如表1所示。

表1 無人機(jī)技術(shù)在金屬礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

4 結(jié) 語

礦山環(huán)境較為復(fù)雜，開采難度較大，而以往所采用的測(cè)繪技術(shù)效率較低，難以獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)致整個(gè)開采過程極其混亂，因此當(dāng)前就可通過無人機(jī)技術(shù)提高測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而促使管理人員在此基礎(chǔ)上制定出完善的測(cè)繪計(jì)劃，但與此同時(shí)也必須做好礦山周邊環(huán)境的保護(hù)工作，以免因?yàn)橘Y源開采而使環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重受損。

AStudyonApplicationofUAVTechnologyinSurveyingandMappingofMetalMines

QI Junxia

(

InstituteofGeologicalandMineralExploration,BureauofNon-ferrousGeologyandMineralResources,QinghaiProvince,Xining,Qinghai810007,China)

Abstract:In recent years, China's economy was in the rapid development trend, so the demand for mineral resources is also increasing, which makes the traditional surveying and mapping technology gradually revealed many shortcomings. It is difficult to adapt to the current needs. Through the research and practice of surveying and mapping that UAV technology, we have high resolution, data update fast speed,low application cost and strong flexibility and other advantages. So in metal mine surveying, we can give full play to its advantages. This paper takes Qinghai Province metal mine surveying and mapping work as an example, the application of UAV technology and characteristics are introduced in detail. The mine surveying and mapping work to a certain refers to guide action.

Key words:UAV technology; Metal mine mapping; Application