無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在露天礦邊坡工程地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

王寶乙

摘要：我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展推動(dòng)我國各行業(yè)發(fā)展迅速，使得我國快速進(jìn)入現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展階段。在露天礦山開采過程中，為了采剝生產(chǎn)正常接續(xù)，保障邊坡安全，要定期對(duì)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)和邊坡進(jìn)行測(cè)量，為采剝量計(jì)算、邊坡穩(wěn)定性分析奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)航測(cè)技術(shù);露天礦邊坡工程地質(zhì)調(diào)查;應(yīng)用

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高和改善，對(duì)于能源的需求與日俱增。為充分認(rèn)識(shí)露天礦邊坡各區(qū)域巖體節(jié)理的分布規(guī)律及質(zhì)量特征，統(tǒng)計(jì)出各區(qū)域優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息，需對(duì)露天邊坡開展現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查測(cè)試。常規(guī)的現(xiàn)場人工量測(cè)具有效率低、測(cè)試范圍有限、邊坡下作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大等缺點(diǎn)。

1無人機(jī)航測(cè)的優(yōu)勢(shì)

露天礦山測(cè)繪工作主要就是對(duì)礦山地域的地形、位置與各類資源的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行實(shí)際勘測(cè)，獲取充足的信息，更好實(shí)現(xiàn)我國礦山資源的優(yōu)化配置，切實(shí)提升礦山資源利用率。將無人機(jī)航測(cè)應(yīng)用在露天礦山測(cè)繪工作中，不僅可縮短測(cè)繪影像傳輸過程中的消耗時(shí)間，更可節(jié)省露天礦山測(cè)繪所需的人力與物力資源。具體來說，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，無人機(jī)航測(cè)的應(yīng)急能力強(qiáng)。在利用無人機(jī)航測(cè)手段期間，可以依據(jù)航拍過程中遇到的各類情況進(jìn)行應(yīng)急處理，保障無人機(jī)航測(cè)工作的穩(wěn)定開展。同時(shí)，無人機(jī)在起飛與降落過程中對(duì)場地面積要求不高，更好節(jié)約了露天礦山測(cè)繪所需的經(jīng)濟(jì)成本;第二，測(cè)繪效率高。在將無人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用在露天礦山測(cè)繪工作期間，因飛行高度符合相關(guān)部門的控制標(biāo)準(zhǔn)，因此無需在測(cè)繪期間向相關(guān)部門申請(qǐng)飛行許可，從根本上提升了礦山測(cè)繪效率;第三，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性高。無人機(jī)航測(cè)在露天測(cè)繪活動(dòng)中高效利用，可切實(shí)提升測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，獲得分辨率極高的影像數(shù)據(jù)資料，將此些資料轉(zhuǎn)換為不同比例尺的圖像，為露天礦山測(cè)繪工作提供更加全面的數(shù)據(jù)服務(wù)。第四，操作便捷。與傳統(tǒng)露天礦山測(cè)繪手段相比，無人機(jī)航測(cè)操作更加簡便，在無人機(jī)航測(cè)活動(dòng)開展期間，無需操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控，運(yùn)輸攝影設(shè)備的空余空間更大，使露天礦山測(cè)繪水平得到了穩(wěn)步提升。

2傳統(tǒng)工程地質(zhì)調(diào)查手段

傳統(tǒng)的現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查是在現(xiàn)場坡體臺(tái)階處采用人工詳細(xì)線法進(jìn)行結(jié)構(gòu)面測(cè)量。詳細(xì)線測(cè)量方法是在巖體露頭面上布置一條測(cè)線，在距測(cè)線上下各1m處作為窗口上限劃定統(tǒng)計(jì)窗口，通過GPS確定基點(diǎn)坐標(biāo)，并沿測(cè)線方向開始調(diào)查直至終點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)窗口內(nèi)結(jié)構(gòu)面裂隙發(fā)育情況。通過觀察和測(cè)量所揭露的巖體結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀，初步判斷出測(cè)量點(diǎn)結(jié)構(gòu)面分組。該方法在測(cè)試時(shí)存在以下缺點(diǎn)：1.需要人工站在露天邊坡坡腳采用地質(zhì)調(diào)查工具如羅盤、皮尺等進(jìn)行現(xiàn)場量測(cè)、記錄，需要多人共同參與且現(xiàn)場需調(diào)查范圍大，導(dǎo)致調(diào)查工作效率較低;2.一般露天礦山邊坡高度較大，尤其是并段以后的邊坡高度常高達(dá)30m，而人工測(cè)量只能在坡腳上部極有限的2-3m范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)結(jié)構(gòu)面代表性不強(qiáng);3.現(xiàn)場測(cè)量人員長期站在邊坡下測(cè)量，但邊坡上部受大風(fēng)、自重和生產(chǎn)活動(dòng)影響存在浮石下落風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)現(xiàn)場測(cè)量人員的安全造成較大威脅。

3無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在露天礦邊坡工程地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

3.1露天礦山周邊地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

礦山建設(shè)與生產(chǎn)將對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行強(qiáng)烈的改造和破壞，可能將誘發(fā)或引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害;這兩方面將給礦山的建設(shè)和運(yùn)營等帶來較大危險(xiǎn)。傳統(tǒng)礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查主要作業(yè)方法是人工實(shí)地調(diào)查和航片與衛(wèi)片的解譯，前者普遍存在周期長、成本高、效率低、難覆蓋全部區(qū)域;后者采購周期長、時(shí)相差、分辨率低，且受氣象條件影響大，難以滿足時(shí)間周期緊張、時(shí)效性強(qiáng)的項(xiàng)目。采用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)可生成正射影像圖，利用正射影像圖能生動(dòng)直觀、及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)礦山周邊進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)新的安全隱患，對(duì)已發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害體可利用無人機(jī)進(jìn)行傾斜攝影技術(shù)并可利用三維地表模型進(jìn)行三維可視化的逃生路線設(shè)計(jì)。

3.2應(yīng)用于露天開采過程中的采剝方量計(jì)算

將露天礦開采前后預(yù)處理得到的DEM模型應(yīng)用到礦業(yè)工程三維軟件3DMine中，先在3DMine中將DEM模型裝換為DTM表面模型，通過開采前后的DTM表面模型，建立封閉的DTM模型，最后將封閉的DTM模型分為若干個(gè)方格并建立封閉表面模型內(nèi)的塊體模型，對(duì)每個(gè)方格按照長方體進(jìn)行體積計(jì)算，最終通過將各個(gè)方格網(wǎng)累加得到工程量計(jì)算區(qū)域總工程量，并分別得到采礦量和剝離量。先鋒露天礦選用的航測(cè)旋翼無人機(jī)，每架航次有效作業(yè)時(shí)間為30分鐘，可航拍0.8km？，兩個(gè)架次就能完成整個(gè)采坑的航拍，測(cè)量技術(shù)員的野外作業(yè)效率較傳統(tǒng)的RTK測(cè)量方法提高了近十倍。

3.3無人機(jī)航測(cè)在數(shù)字露天礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

現(xiàn)階段我國露天礦山測(cè)繪工作主要以數(shù)字礦山建設(shè)為主，借助更加先進(jìn)的測(cè)繪手段，對(duì)露天礦山的資源分布與開采情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致研討，從而構(gòu)建起數(shù)字露天礦山模型，為后期礦山資源開采與安全保障等工作的開展提供重要依據(jù)。在將無人機(jī)航測(cè)應(yīng)用在數(shù)字露天礦山測(cè)繪工作中時(shí)，需相關(guān)工作人員從以下兩方面入手：第一，結(jié)合無人機(jī)航測(cè)攝像布控點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)性的采集。在無人機(jī)航測(cè)攝像控制點(diǎn)布置過程中，應(yīng)嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)置，不斷校驗(yàn)布控點(diǎn)位置，確保對(duì)像空點(diǎn)范圍內(nèi)的各類占據(jù)精準(zhǔn)度及全面性符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);第二，對(duì)無人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行影像編輯、建模與調(diào)繪，確保無人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠在提升露天礦山測(cè)繪質(zhì)量與測(cè)繪水平期間充分發(fā)揮出應(yīng)有的作用。無人機(jī)航期間可以及時(shí)記錄下相關(guān)影像信息，將此些信息導(dǎo)入到內(nèi)業(yè)立體測(cè)繪軟件內(nèi)部，確保影像之間的自動(dòng)匹配。

3.4坡面角快速獲取技術(shù)

坡面角，即坡面角度，露天礦山采場、排土場各級(jí)臺(tái)階坡面角及尾礦庫各級(jí)子壩坡面角在其前期設(shè)計(jì)過程中都有比較嚴(yán)格的要求，通常情況下不能超過設(shè)計(jì)角度，否則就帶來垮塌、潰壩等重大隱患。3.5在露天礦災(zāi)害可視化及邊坡災(zāi)害預(yù)警方面的應(yīng)用

預(yù)處理得到的數(shù)字高程模型（DEM）上可以顯示地形起伏，并可添加文字符號(hào)及地圖要素等多種數(shù)據(jù)，在保證DEM數(shù)據(jù)、航測(cè)影像及地圖要素等的位置坐標(biāo)一致的前提下，能實(shí)現(xiàn)露天礦災(zāi)害的三維可視化建立。經(jīng)過鑲嵌糾正處理后的航拍影像能夠提供清晰完整的地物信息，并可快速成圖，滿足露天礦災(zāi)害的定量評(píng)估與地物解譯要求。此外，對(duì)數(shù)字高程模型上的每個(gè)三角單元逐個(gè)進(jìn)行紋理映射，可制作更加逼真的露天礦邊坡三維數(shù)字模型，從模型上量取滑坡區(qū)域的寬度、長度、面積、坡度、高程、體積等信息，可完成露天礦滑坡災(zāi)害定量評(píng)估，為開展邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警工作，并有針對(duì)性地編制防治預(yù)案奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)為露天礦邊坡工程地質(zhì)調(diào)查中工作提供了一種新型技術(shù)手段，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，測(cè)試效率大幅提升，有效降低了作業(yè)成本和現(xiàn)場勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱海斌，王妍，李亞梅.基于無人機(jī)的露天礦區(qū)測(cè)繪研究[J].煤炭工程，2018，50（10）：162-166.

（作者單位：丹東遠(yuǎn)佳工程咨詢有限公司）