固體礦產(chǎn)資源勘查中的找礦方法及應(yīng)用管理

中圖分類號(hào)：P624 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945(2025)18-0146-(

Abstract:Intheexplorationofsolidmineralresources，inordertoimprovetheeficiencyandaccuracyofmineral exploration，thisarticleproposestheuseofunmannedaerialvehicle(UAV）aeromagnetictechnologyformineralexploration， analyzestheapplicationpointsofUAVaeromagnetictechnologyinsolidmineralresourceexploration，andproposescorresponding managementmeasuresbasedontheapplicationrequirementsofUAVaeromagnetictechnologyinmineralexplorationoperations andthecharacteristicsofUAVaeromagneticmineralexplorationoperations.Intheprocessofsolidmineralresouceexplration， UAVaeromagnetictechnologycanrealizehigh-precisionaeromagneticdatacolectionandaerialimagedetectionandrecognition underlow-altitudeflightoperations.Itisahigh-eficiencyandhigh-precisionprospectingtechnologythatcanreducethe dependenceofsolidmineralresourcesexplorationonmanuallaborandimprovethecomprehensivenessoftheexplorationresults. Throughintegrationwithinteligentalgorithms，itcanalsoauratelyidentifyvariouscharacterisicsoftheoperationareaand improve the accuracy of the prospecting results.

Keywords:solidminerals；mineralresourceexploration;prospecting;unmannedaerialvehicle(UAV)；aeromagnetic technology; management measures

在我國(guó)，固體礦產(chǎn)資源深刻影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而面對(duì)社會(huì)日漸增長(zhǎng)的固體礦產(chǎn)資源使用需求，一種合理科學(xué)的找礦方式，成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。固體礦產(chǎn)資源勘查作為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，對(duì)找礦技術(shù)的應(yīng)用要求較高，而如何高精度采集勘查區(qū)域的圖像、數(shù)據(jù)，是找礦工作所關(guān)注的重點(diǎn)。固體礦產(chǎn)資源勘查項(xiàng)目面臨著復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和野外作業(yè)環(huán)境，給找礦人員的工作帶來了許多困難，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式還存在許多安全問題，而無人機(jī)航磁技術(shù)的出現(xiàn)為固體礦產(chǎn)資源勘查中的找礦工作帶來了新的思路1。在找礦工作中，無人機(jī)航磁能搭載各種測(cè)量設(shè)備，在提前規(guī)劃、遠(yuǎn)程遙控的條件下獲取找礦人員需要的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，具有自動(dòng)化、靈敏性、安全性等多重優(yōu)勢(shì)，在固體礦產(chǎn)資源勘查中是常用的找礦技術(shù)。無人機(jī)航磁技術(shù)能克服復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境對(duì)找礦工作的影響，能降低找礦工作對(duì)人工勞動(dòng)力的依賴性，在保障找礦過程安全性的基礎(chǔ)上，為工作人員提供全面、可靠的信息。本文旨在提升固體礦產(chǎn)資源勘查效果，制定準(zhǔn)確、可靠的找礦工作方案，在借鑒國(guó)內(nèi)學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，圍繞無人機(jī)航磁技術(shù)在找礦工作中的應(yīng)用進(jìn)行探究。

1無人機(jī)航磁技術(shù)在找礦工作中的基本流程

無人機(jī)航磁技術(shù)主要是在無人機(jī)上裝載航空磁力儀和相關(guān)配套設(shè)備，在勘查區(qū)域按預(yù)先設(shè)定的航線和高度測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度，屬于一種地球物理勘查方法。基于無人機(jī)航磁技術(shù)的找礦工作主要分為預(yù)研究、野外作業(yè)、找礦預(yù)報(bào)和驗(yàn)證4個(gè)步驟[2]，如圖1所示。

預(yù)研究階段的主要任務(wù)是收集和整理資料，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取物探、化探、地質(zhì)學(xué)和遙感資源中成礦地質(zhì)學(xué)基本要素和找礦標(biāo)記，分析地質(zhì)學(xué)基本要素與現(xiàn)存礦床的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)隱含成礦規(guī)律，并對(duì)無人機(jī)在野外作業(yè)的數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行規(guī)劃。

質(zhì)條件對(duì)找礦工作造成的阻礙。根據(jù)固體礦產(chǎn)資源勘查中的找礦需求，本文選擇DN20-G4型四軸旋翼無人機(jī)，其基本參數(shù)見表1。

野外作業(yè)主要是利用無人機(jī)進(jìn)行區(qū)域影像、光譜、航磁等方式采集數(shù)據(jù)，在勘查區(qū)域詳細(xì)收集地質(zhì)點(diǎn)、剖面等數(shù)據(jù)信息，為三維建模提供支持。野外作業(yè)階段收集的數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一格式并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)智能找礦預(yù)測(cè)方法確定找礦測(cè)區(qū)，在綜合分析的基礎(chǔ)上明確重點(diǎn)找礦預(yù)測(cè)區(qū)。

找礦預(yù)報(bào)主要針對(duì)重要找礦預(yù)測(cè)區(qū)，對(duì)無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行找礦標(biāo)志鑒定及成礦地質(zhì)研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查鑒定的找礦標(biāo)志，精準(zhǔn)圈定找礦有利區(qū)域，隨后做好成礦要素的相關(guān)性和規(guī)律性分析，利用數(shù)據(jù)分析方法圈定勘查靶區(qū)。

2.2 傳感器

在無人機(jī)航磁技術(shù)下，固體礦產(chǎn)資源勘查一般選擇磁力傳感器，通過在無人機(jī)上設(shè)置地球磁力探測(cè)裝置，獲取無人機(jī)航磁作業(yè)中所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。在無人機(jī)航磁技術(shù)中，常用磁力傳感器有光泵磁力儀、超導(dǎo)量子干涉磁力儀、三分量磁通門磁力儀等。本文選擇Mag-droneR3三軸磁通門傳感器，該傳感器具有高可靠性、堅(jiān)固性和低成本等特征，適用于低強(qiáng)度磁場(chǎng)矢量測(cè)量，設(shè)備基本參數(shù)見表2。

驗(yàn)證階段主要對(duì)最有利我礦自標(biāo)區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，如針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域開展高分辨率物探、化探測(cè)量等工作，驗(yàn)證找礦目標(biāo)的穩(wěn)定性。

2無人機(jī)航磁技術(shù)在找礦工作中的設(shè)備選型

在無人機(jī)找礦工作中，無人機(jī)航磁技術(shù)的應(yīng)用能構(gòu)成一套完備的智能找礦系統(tǒng)，可以通過采集海量數(shù)據(jù)提升找礦預(yù)測(cè)的可靠性和找礦結(jié)果的可靠性。本文根據(jù)固體礦產(chǎn)資源勘查實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)無人機(jī)找礦工作中的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了選擇。

2.1 無人機(jī)飛行平臺(tái)

在固體礦產(chǎn)勘查中，無人機(jī)飛行平臺(tái)類型多樣，主要包括旋翼、固定翼和混合動(dòng)力3類，其中多旋翼無人機(jī)在固體礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用頻率較高，其能憑借旋轉(zhuǎn)旋翼提供的升力具備較高機(jī)動(dòng)性，能克服復(fù)雜地

在基于無人機(jī)航磁技術(shù)的找礦工作中，由于多旋翼無人機(jī)在飛行時(shí)各機(jī)翼電機(jī)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)干擾場(chǎng)，所以要合理設(shè)置傳感器的位置，一般可以將傳感器設(shè)置在飛行平臺(tái)正下方，設(shè)置2個(gè)對(duì)稱布置的磁感應(yīng)探頭，以便對(duì)動(dòng)態(tài)干擾場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。

3固體礦產(chǎn)資源勘查中無人機(jī)航磁找礦技術(shù)的應(yīng)用

3.1 作業(yè)規(guī)劃

無人機(jī)飛行航線要根據(jù)找礦工作的實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，并做好飛行參數(shù)設(shè)定。在無人機(jī)航線規(guī)劃和飛行參數(shù)設(shè)定中，工作人員要綜合考慮作業(yè)區(qū)域大小、航線間距、航線高度、方位角和旁向重疊率等。例如在設(shè)定無人機(jī)相對(duì)航高時(shí)，工作人員可以根據(jù)作業(yè)區(qū)域的地勢(shì)高低和勘查需求，在考慮高清相機(jī)焦距和影像空間分辨率的條件下計(jì)算無人機(jī)的相對(duì)航高

h=(CSD×f)/s，

式中： h 為相對(duì)航高； CSD 為影像空間分辨率 _;f 為相機(jī)焦距； s 為像素。

3.2 飛行控制

在固體礦產(chǎn)資源勘查中，為提升找礦工作的無人化和智能化水平，工作人員還可以采用相應(yīng)的智能算法來控制無人機(jī)。無人機(jī)飛行控制一般采用傳遞函數(shù)和常微分方程等算法，但這些方法只涉及系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系，無法完全反映飛控系統(tǒng)內(nèi)的所有變量信息?？紤]到無人機(jī)在找礦區(qū)域的垂直起降可能面臨大仰角姿態(tài)的作業(yè)情況，本文選擇反饋線性化算法替代傳統(tǒng)飛行控制技術(shù)，該算法以微分幾何為基礎(chǔ)，系統(tǒng)狀態(tài)方程如下間

x⁽ⁿ⁾=f(X)+b(X)u，

式中： ?_u 為控制率； x⁽ⁿ⁾ 為狀態(tài)變量； 由狀態(tài)向量以向量形式給出 sf(X) 與 b(X) 為狀態(tài)量的非線性函數(shù)。

3.3數(shù)據(jù)采集與處理

在航行規(guī)劃、參數(shù)設(shè)定及飛行控制的基礎(chǔ)上，工作人員可以通過飛控系統(tǒng)向無人機(jī)下達(dá)指令，采集找礦所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并在無人機(jī)完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)后，做好無人機(jī)降落前的準(zhǔn)備工作，操控?zé)o人機(jī)返航和降落，將無人機(jī)收回，隨后將安裝在無人機(jī)平臺(tái)上的傳感器和攝像機(jī)拆卸，與無人機(jī)一起保存。

3.3.1 補(bǔ)償處理

在無人機(jī)航磁數(shù)據(jù)中，飛行平臺(tái)產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)引起數(shù)據(jù)誤差，為提高航磁數(shù)據(jù)的精度，需要采取補(bǔ)償處理方式來消除誤差。在無人機(jī)作業(yè)過程中，無人機(jī)飛行姿態(tài)的變化，其機(jī)動(dòng)干擾誤差會(huì)隨之發(fā)生改變，根據(jù)不同補(bǔ)償策略，一般可以采用2種補(bǔ)償處理方式。一種是利用無人機(jī)飛行平臺(tái)上設(shè)置的特殊線圈來中和機(jī)動(dòng)產(chǎn)生的干擾誤差，另一種是采用智能算法，在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上處理誤差。本文在處理無人機(jī)航磁數(shù)據(jù)誤差時(shí)，主要選擇在無人機(jī)飛行平臺(tái)上建立TollesLawson模型來對(duì)無人機(jī)航磁數(shù)據(jù)實(shí)施軟補(bǔ)償。例如無人機(jī)機(jī)動(dòng)相關(guān)的總干擾磁場(chǎng)主要由剩余磁場(chǎng)、感應(yīng)磁場(chǎng)和渦流磁場(chǎng)組成，可以通過分別計(jì)算不同磁場(chǎng)的方式來消除無人機(jī)機(jī)動(dòng)產(chǎn)生的誤差?？偢蓴_磁場(chǎng)可以按以下公式計(jì)算

B_d=B_p+B_i+B_e，

式中： B_d 表示總干擾磁場(chǎng)； ?B_p 表示剩余磁場(chǎng) ?B_i 表示感應(yīng)磁場(chǎng)； B_e 表示渦流磁場(chǎng)

在具體進(jìn)行無人機(jī)航磁數(shù)據(jù)補(bǔ)償處理時(shí)，工作人員可以在計(jì)算出不同類型磁場(chǎng)的補(bǔ)償系數(shù)后，通過對(duì)不同補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行比較，確定航磁補(bǔ)償計(jì)算中不同類型磁場(chǎng)所占的權(quán)重，并采用計(jì)算得出的各補(bǔ)償系數(shù)，重新對(duì)補(bǔ)償飛行的數(shù)據(jù)實(shí)施補(bǔ)償計(jì)算。

3.3.2 數(shù)據(jù)校正

由于無人機(jī)航磁技術(shù)采集的數(shù)據(jù)可能存在誤差，無人機(jī)從不同方向飛行時(shí)存在轉(zhuǎn)向差，這些數(shù)據(jù)無法直接使用。工作人員可以在綜合傳感器誤差、磁干擾等因素，在綜合各類誤差的基礎(chǔ)上建立誤差校正模型，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差校正系數(shù)求解，再利用校正系數(shù)進(jìn)行原始磁測(cè)數(shù)據(jù)的誤差校正。

在補(bǔ)償處理結(jié)束后，無人機(jī)航次次數(shù)可以通過正常校正、日變校正、滯后校正、飛行方向與海拔高度校正等處理方式，計(jì)算出磁異常結(jié)果，計(jì)算公式如下

ΔT_i0=ΔT_i1-ΔT_i2-ΔT_i3-ΔT_i4，

式中： ΔT_i0 表示實(shí)測(cè)航磁數(shù)據(jù)； ΔT_i1-ΔT_i4 分別對(duì)應(yīng)正 常場(chǎng)校正、日變校正、滯后校正和方向與海拔高度校正。

在校正處理中，工作人員可以將日觀測(cè)數(shù)據(jù)在某一時(shí)段的穩(wěn)定觀測(cè)值的平均值作為地磁場(chǎng)正常場(chǎng)的強(qiáng)度。在無人機(jī)航磁飛行系統(tǒng)中，無人機(jī)航磁系統(tǒng)的傳感器與機(jī)載GPS在無人機(jī)上的相對(duì)距離一般在 1m 以內(nèi)，所以在數(shù)據(jù)校正中可以不需要進(jìn)行滯后校正。

3.3.3 調(diào)平處理

在調(diào)平處理前，工作人員可以對(duì)預(yù)處理后的無人機(jī)航磁數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，消除無人機(jī)作業(yè)過程中因振動(dòng)等因素產(chǎn)生的噪聲，如非線性濾波器來對(duì)校正后的航磁數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。在濾波處理結(jié)束后，工作人員可以采用切割線調(diào)平的方式，先根據(jù)測(cè)線數(shù)據(jù)調(diào)平切割線，再利用調(diào)平后的切割線數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)線實(shí)施調(diào)平處理。在調(diào)平切割線時(shí)，工作人員可以結(jié)合最小二乘法的原理，利用一元線性函數(shù)對(duì)切割線和測(cè)線相交位置的差值進(jìn)行計(jì)算，將該差值作為改正值來對(duì)切割線上的數(shù)據(jù)實(shí)施調(diào)平處理。

在無人機(jī)航磁數(shù)據(jù)處理階段，航磁數(shù)據(jù)在經(jīng)過校正和調(diào)平等處理后，還可以采用測(cè)線和切割線相交點(diǎn)上的磁場(chǎng)差值的均方差來測(cè)定航磁數(shù)據(jù)的精度，在此基礎(chǔ)上提高無人機(jī)航磁技術(shù)支持找礦工作的效果，為提高找礦預(yù)測(cè)結(jié)果的精度奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.4找礦預(yù)測(cè)

在固體礦產(chǎn)資源勘查中，無人機(jī)航磁技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過誤差校正后，可以采用sufer進(jìn)行插值處理，通過磁測(cè)數(shù)據(jù)處理掌握地質(zhì)體、構(gòu)造及礦產(chǎn)資源的空間分布等關(guān)鍵信息，為找礦預(yù)測(cè)提供支持，通過建立異常信息和相關(guān)地質(zhì)要素之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系和信息關(guān)聯(lián)，為區(qū)域成礦預(yù)測(cè)提供重要的找礦信息。例如工作人員可以根據(jù)無人機(jī)航磁異常和數(shù)據(jù)模型獲取找礦標(biāo)志識(shí)別結(jié)果，并結(jié)合航磁異常來圈定找礦靶區(qū)，根據(jù)找礦靶區(qū)地圖，評(píng)估礦區(qū)內(nèi)礦體產(chǎn)狀、展布特征等，結(jié)合區(qū)域磁異常反應(yīng)，評(píng)估礦體是否落入所圈定區(qū)域。工作人員可以運(yùn)用YOLOv5目標(biāo)檢測(cè)模型，根據(jù)無人機(jī)航磁數(shù)據(jù)識(shí)別地表明顯的成礦標(biāo)志。

此外，工作人員還可以根據(jù)無人機(jī)航拍圖像進(jìn)行找礦預(yù)測(cè)，由于航拍圖像上的找礦標(biāo)志的尺寸較小，在圖像中占據(jù)的像素?cái)?shù)量過少，可以采用CBAM算法從通道和空間2個(gè)層面提取特征，運(yùn)用YOLOv5網(wǎng)絡(luò)捕捉目標(biāo)點(diǎn)的關(guān)鍵位置，提升訓(xùn)練效果。在采用YOLOv5算法的過程中，工作人員可以使用PANNet進(jìn)行融合，將特征圖設(shè)定為統(tǒng)一大小后求和，再采用ASFF算法，利用學(xué)習(xí)權(quán)重將不同層的特征相加參數(shù)，充分利用通道、空間、顏色等信息，在無人機(jī)航拍圖像中高精度識(shí)別找礦標(biāo)志。

4固體礦產(chǎn)資源勘查中找礦技術(shù)的應(yīng)用管理要點(diǎn)

為規(guī)范無人機(jī)航磁技術(shù)的應(yīng)用，提升固體礦產(chǎn)資源勘查中的找礦工作水平，本文提出以下管理措施。

4.1做好找礦準(zhǔn)備工作

在固體礦產(chǎn)資源勘查的找礦工作中，工作人員在采用無人機(jī)航磁技術(shù)前，要先組裝無人機(jī)平臺(tái)，安裝各類傳感器，在完成結(jié)束后進(jìn)行通電檢查調(diào)試;在負(fù)載條件下檢查無人機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、傳感器運(yùn)行狀態(tài)，確定好無人機(jī)和遙控器的電量。

4.2加強(qiáng)人員操作管理

無人機(jī)航磁技術(shù)對(duì)工作人員操作水平的要求較高，需要勘查單位做好人員管理工作，結(jié)合固體礦產(chǎn)資源勘查中應(yīng)用無人機(jī)航磁技術(shù)的要求，做好人員培訓(xùn)與管理工作，加強(qiáng)對(duì)工作人員操作行為的指導(dǎo)與監(jiān)督，在規(guī)范無人機(jī)航磁技術(shù)操作行為的基礎(chǔ)上，提升固體礦產(chǎn)資源

勘查中的找礦工作水平。

4.3做好歸納總結(jié)工作

在固體礦產(chǎn)資源勘查中，勘查單位要定期做好找礦工作的歸納總結(jié)工作。

一是嚴(yán)格記錄找礦作業(yè)流程，在找礦工作結(jié)束后總結(jié)分析工作實(shí)踐中存在的問題，為后期規(guī)避和解決相應(yīng)的問題做好鋪墊。

二是建立找礦數(shù)據(jù)庫(kù)，全面記錄找礦工作中產(chǎn)生的作業(yè)資料和相關(guān)數(shù)據(jù)，通過歷史數(shù)據(jù)資料分析，總結(jié)找礦工作中存在的問題，為后續(xù)解決類似問題做好鋪墊。

4.4靈活調(diào)整技術(shù)方案

在固體礦產(chǎn)資源勘查中，無人機(jī)航磁技術(shù)并非適用于所有礦床?？辈閱挝灰Y(jié)合礦床類型、地質(zhì)條件和勘查目標(biāo)，靈活調(diào)整無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用方案。在具體勘查前，工作人員要提前做好測(cè)量?jī)x器的檢查、校準(zhǔn)和調(diào)試工作，保證各類儀器的測(cè)量精度，為提升測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性提供保障。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文以固體礦產(chǎn)資源勘查為研究切入點(diǎn)，分析了無人機(jī)航磁技術(shù)在找礦工作中的應(yīng)用要點(diǎn)，認(rèn)為無人機(jī)航磁技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)需要集中在航線規(guī)劃和參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理以及成礦預(yù)測(cè)等環(huán)節(jié)，而只有做好找礦前期的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，才能保證數(shù)據(jù)采集結(jié)果的準(zhǔn)確性，為提升固體礦產(chǎn)資源勘查中的找礦結(jié)果的準(zhǔn)確性提供有力支持。

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