機(jī)載雷達(dá)礦上監(jiān)測(cè)應(yīng)用

張向濤

（福州君道空間信息技術(shù)有限公司，福建 福州 350001）

為滿足各類型工業(yè)發(fā)展的原材料需求和人們?nèi)粘Ｉ畹哪茉垂?yīng)，我國(guó)各類型的礦場(chǎng)數(shù)量以及規(guī)模都在不斷上升和擴(kuò)張，一味的對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行無(wú)節(jié)制的開采，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的礦山環(huán)境急劇惡化，不確定性的隱患因子增加，受礦山區(qū)域內(nèi)地址環(huán)境、氣候變化、人為操作失誤等因素，嚴(yán)重威脅著礦山的生產(chǎn)安全和人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，僅2018年一年的時(shí)間就有近50起嚴(yán)重程度不一的礦難事故發(fā)生[1]，造成巨大人員和經(jīng)濟(jì)損失，為社會(huì)蒙上了一層不小的陰影。在礦區(qū)開采的過程中，各種不穩(wěn)定的環(huán)境因素和人為因素都是危險(xiǎn)因子，隨時(shí)可能都會(huì)成為礦難事故的導(dǎo)火索，必然會(huì)帶來(lái)人員設(shè)備的巨大損傷，致使礦區(qū)生產(chǎn)停頓，打亂原有的生產(chǎn)計(jì)劃安排。

1 礦上監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀分析

在當(dāng)前階段，由于缺少創(chuàng)新科技的融入，以及礦山開采方對(duì)于礦上開采日常監(jiān)測(cè)重要性的認(rèn)識(shí)與重視程度不足，所以，我國(guó)礦區(qū)通常使用的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法主要還是依靠技術(shù)人員使用簡(jiǎn)陋的探測(cè)設(shè)備，在環(huán)境惡劣的礦山進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，不但工作人員的自身安全和工作環(huán)境無(wú)法得到保障[3]，而且受地理環(huán)境的限制，有些地方是單純的人力操作所無(wú)法觸及的，利用簡(jiǎn)單儀器所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)也存在偏差，不夠全面。因此，在礦區(qū)的運(yùn)營(yíng)和管理中急需投入新的技術(shù)手段來(lái)保障工作人員的人身安全，降低人工監(jiān)測(cè)的難度，有效擴(kuò)大礦上監(jiān)測(cè)的范圍，提高所獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，最大限度減少工作環(huán)境所造成的客觀局限性和危險(xiǎn)性。

目前，在礦上監(jiān)測(cè)工作中，GPS點(diǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了部分應(yīng)用，但是該技術(shù)手段在前期引進(jìn)時(shí)的資本投入較大，并且需要在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)布置多個(gè)監(jiān)測(cè)基點(diǎn)，施工難度相對(duì)較大，后期也需要投入較高的維護(hù)成本[2]，近年來(lái)隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，為滿足地面及地理?xiàng)l件復(fù)雜區(qū)域的地面監(jiān)測(cè)工作的必須，無(wú)人機(jī)技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)的融合，機(jī)載雷達(dá)技術(shù)開始應(yīng)用到礦上監(jiān)測(cè)工作中，并取得了較好的反響。

2 無(wú)人機(jī)載雷達(dá)技術(shù)分析

無(wú)人機(jī)技術(shù)與雷達(dá)探測(cè)技術(shù)集合了無(wú)人機(jī)拍攝技術(shù)、激光技術(shù)與光電探測(cè)技術(shù)等多個(gè)當(dāng)下領(lǐng)先的技術(shù)，探測(cè)部分包含信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)、信息處理等部分。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)與雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展與普及，其運(yùn)營(yíng)成本以及獲取數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度得到了全面的提升，具有精準(zhǔn)度高、監(jiān)測(cè)范圍廣、自動(dòng)性強(qiáng)且操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，集成激光測(cè)距、GPS系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)等為一體[3]，與常規(guī)的人工的監(jiān)測(cè)手段相比，機(jī)載雷達(dá)技術(shù)能有力的突破地表植被等覆蓋物直達(dá)地表，獲取到地質(zhì)特征中可能會(huì)造成礦場(chǎng)出現(xiàn)問題的隱藏環(huán)境信息，可以準(zhǔn)確的獲取監(jiān)測(cè)地區(qū)自身及周邊環(huán)境的隱藏的不易被發(fā)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)變化，適用于礦上的日常環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理。

將無(wú)人機(jī)載雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用在礦上的監(jiān)測(cè)工作中，主要將對(duì)機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)組成和測(cè)距原理的探究最為基礎(chǔ)，通過一定的特定方法和操作獲取規(guī)定礦場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的狀況數(shù)據(jù)，并對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可獲取礦場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)和隱患問題等有效信息，為礦上各類威脅生產(chǎn)與安全的隱患問題、自然災(zāi)害等提供有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警。無(wú)人機(jī)載雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)在礦上監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用，可以極大解決礦上人工監(jiān)測(cè)以及GPS技術(shù)等監(jiān)測(cè)方式的不足，不但降低了工作人員礦上監(jiān)測(cè)工作的難度和危險(xiǎn)性，還能有效提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集作業(yè)的效率和精度。

3 機(jī)載雷達(dá)礦上監(jiān)測(cè)作業(yè)流程

3.1 監(jiān)測(cè)區(qū)域的選擇

為保證機(jī)載雷達(dá)所監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性和針對(duì)性，首先要將需要納入監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的礦場(chǎng)實(shí)際區(qū)域錄入到系統(tǒng)內(nèi)，這樣可以保證機(jī)載雷達(dá)在進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè)時(shí)，所監(jiān)測(cè)到都是所指定的區(qū)域范圍，有利于對(duì)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間軸縱向的對(duì)比，更容易的找到當(dāng)前礦上所存在的環(huán)境隱患[4]。如果任由機(jī)載雷達(dá)對(duì)礦上進(jìn)行隨意監(jiān)測(cè)，所獲得的數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行有效的對(duì)比，很難精確的查找到當(dāng)前礦上存在的各種隱患問題。

3.2 檢查區(qū)域布置

在確定好監(jiān)測(cè)區(qū)域的整體框架后，還需要對(duì)高監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢查點(diǎn)的分布與采集，這樣更加方便機(jī)載雷達(dá)對(duì)需監(jiān)測(cè)區(qū)域的鎖定，確保每次所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)具有可對(duì)比和分析的意義。

3.3 對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

在做好所有礦上區(qū)域范圍確定的準(zhǔn)備工作后，工作人員就可以操縱無(wú)人機(jī)設(shè)備在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)通過掛載雷達(dá)傳感設(shè)備來(lái)進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的獲取[1]，在這個(gè)過程中機(jī)載雷達(dá)可根據(jù)實(shí)際需要，采用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量、點(diǎn)云測(cè)量等多種測(cè)量方式來(lái)進(jìn)行。在監(jiān)測(cè)過程中，機(jī)載設(shè)備首先需要在規(guī)定的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)200m～300m高度的上空飛行采集正射影像，這個(gè)過程中保持平穩(wěn)的飛行高度，以便確保所獲取的地面信息的精確性，以便用該數(shù)據(jù)做改監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)地形參考模型，再通過搭在自適應(yīng)地形飛行設(shè)備，分別保持對(duì)區(qū)域內(nèi)特定地區(qū)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。

3.4 數(shù)據(jù)處理

使用機(jī)載雷達(dá)設(shè)備在提前所預(yù)設(shè)好的礦場(chǎng)區(qū)域內(nèi)做好數(shù)據(jù)采集工作后，下一步就是要根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)所設(shè)定好的程序，對(duì)所獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，來(lái)得到對(duì)礦上監(jiān)測(cè)的有效數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)來(lái)分析和對(duì)比發(fā)現(xiàn)當(dāng)前礦場(chǎng)區(qū)域內(nèi)已經(jīng)或者可能會(huì)出現(xiàn)的一些隱患問題，對(duì)這些問題進(jìn)行及時(shí)有效的處理與預(yù)防，避免礦場(chǎng)出現(xiàn)重大安全事故，保障員工的生命安全和生產(chǎn)的平穩(wěn)進(jìn)行。

4 機(jī)載雷達(dá)性能要求

礦上監(jiān)測(cè)工作的最根本的目標(biāo)就是要高效、準(zhǔn)確的獲取礦山開采區(qū)域內(nèi)的各項(xiàng)隱患問題的數(shù)據(jù)，為礦區(qū)影響安全生產(chǎn)的隱患問題排除提供最有效的數(shù)據(jù)參考，如何確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性，就需要對(duì)機(jī)載雷達(dá)設(shè)備的性能提出以下幾點(diǎn)要求[5]。

（1）機(jī)載雷達(dá)需要具備能在高溫30℃，低溫零下20℃的溫度環(huán)境下作業(yè)的系統(tǒng)性能。

（2）飛行器操作系統(tǒng)、雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)都需要具備免相控功能。

（3）飛行器操作系統(tǒng)、雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)都要求對(duì)于探測(cè)物距離等方面數(shù)據(jù)測(cè)量具備極高的精準(zhǔn)度。

（4）整個(gè)機(jī)載雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行中需要多個(gè)設(shè)備進(jìn)行配合，這就需要飛行器設(shè)備對(duì)其他探測(cè)設(shè)備具備一定的承載能力，以實(shí)現(xiàn)多種載荷配合使用。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于機(jī)載雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，研究和使用最早的是歐美的一些發(fā)達(dá)國(guó)家，主要用來(lái)進(jìn)行地質(zhì)勘探和一些自然災(zāi)害等方面的探測(cè)和檢測(cè)工作[6]。隨著我國(guó)社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求總量也將不斷加大，而對(duì)于礦上的探測(cè)和檢測(cè)技術(shù)還長(zhǎng)時(shí)間停留在相對(duì)落后的階段，為了保證我國(guó)礦產(chǎn)事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，降低工作人員的工作難度，提高作業(yè)人員的自身安全，將機(jī)載雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于礦上監(jiān)測(cè)工作中，就成為了新時(shí)期礦產(chǎn)事業(yè)正常展開與運(yùn)營(yíng)的重要保障。