機載雷達礦上監測應用

張向濤

（福州君道空間信息技術有限公司，福建 福州 350001）

為滿足各類型工業發展的原材料需求和人們日常生活的能源供應，我國各類型的礦場數量以及規模都在不斷上升和擴張，一味的對礦產資源進行無節制的開采，導致國內的礦山環境急劇惡化，不確定性的隱患因子增加，受礦山區域內地址環境、氣候變化、人為操作失誤等因素，嚴重威脅著礦山的生產安全和人員的生命財產安全。根據有關數據顯示，僅2018年一年的時間就有近50起嚴重程度不一的礦難事故發生[1]，造成巨大人員和經濟損失，為社會蒙上了一層不小的陰影。在礦區開采的過程中，各種不穩定的環境因素和人為因素都是危險因子，隨時可能都會成為礦難事故的導火索，必然會帶來人員設備的巨大損傷，致使礦區生產停頓，打亂原有的生產計劃安排。

1 礦上監測現狀分析

在當前階段，由于缺少創新科技的融入，以及礦山開采方對于礦上開采日常監測重要性的認識與重視程度不足，所以，我國礦區通常使用的傳統監測方法主要還是依靠技術人員使用簡陋的探測設備，在環境惡劣的礦山進行實地勘測，不但工作人員的自身安全和工作環境無法得到保障[3]，而且受地理環境的限制，有些地方是單純的人力操作所無法觸及的，利用簡單儀器所監測到的數據也存在偏差，不夠全面。因此，在礦區的運營和管理中急需投入新的技術手段來保障工作人員的人身安全，降低人工監測的難度，有效擴大礦上監測的范圍，提高所獲取監測數據的精準度，最大限度減少工作環境所造成的客觀局限性和危險性。

目前，在礦上監測工作中，GPS點監測技術得到了部分應用，但是該技術手段在前期引進時的資本投入較大，并且需要在監測區域內布置多個監測基點，施工難度相對較大，后期也需要投入較高的維護成本[2]，近年來隨著無人機技術的快速發展，為滿足地面及地理條件復雜區域的地面監測工作的必須，無人機技術與雷達技術實現了有機的融合，機載雷達技術開始應用到礦上監測工作中，并取得了較好的反響。

2 無人機載雷達技術分析

無人機技術與雷達探測技術集合了無人機拍攝技術、激光技術與光電探測技術等多個當下領先的技術，探測部分包含信號發射系統、信號接收系統、信息處理等部分。隨著無人機技術與雷達探測技術的不斷發展與普及，其運營成本以及獲取數據的精準度得到了全面的提升，具有精準度高、監測范圍廣、自動性強且操作簡便等優點，集成激光測距、GPS系統和慣性導航系統技術等為一體[3]，與常規的人工的監測手段相比，機載雷達技術能有力的突破地表植被等覆蓋物直達地表，獲取到地質特征中可能會造成礦場出現問題的隱藏環境信息，可以準確的獲取監測地區自身及周邊環境的隱藏的不易被發現的動態變化，適用于礦上的日常環境監測和管理。

將無人機載雷達技術應用在礦上的監測工作中，主要將對機載雷達系統組成和測距原理的探究最為基礎，通過一定的特定方法和操作獲取規定礦場區域內的狀況數據，并對所采集到的數據進行數據處理，可獲取礦場區域內的環境狀態和隱患問題等有效信息，為礦上各類威脅生產與安全的隱患問題、自然災害等提供有效的監測預警。無人機載雷達監測技術在礦上監測工作中的應用，可以極大解決礦上人工監測以及GPS技術等監測方式的不足，不但降低了工作人員礦上監測工作的難度和危險性，還能有效提高監測數據采集作業的效率和精度。

3 機載雷達礦上監測作業流程

3.1 監測區域的選擇

為保證機載雷達所監測到數據信息的準確性和針對性，首先要將需要納入監測范圍內的礦場實際區域錄入到系統內，這樣可以保證機載雷達在進行監測作業時，所監測到都是所指定的區域范圍，有利于對所監測到的數據進行時間軸縱向的對比，更容易的找到當前礦上所存在的環境隱患[4]。如果任由機載雷達對礦上進行隨意監測，所獲得的數據無法進行有效的對比，很難精確的查找到當前礦上存在的各種隱患問題。

3.2 檢查區域布置

在確定好監測區域的整體框架后，還需要對高監測區域進行檢查點的分布與采集，這樣更加方便機載雷達對需監測區域的鎖定，確保每次所監測的數據具有可對比和分析的意義。

3.3 對監測區進行數據采集

在做好所有礦上區域范圍確定的準備工作后，工作人員就可以操縱無人機設備在監測區域內通過掛載雷達傳感設備來進行有效數據的獲取[1]，在這個過程中機載雷達可根據實際需要，采用無人機低空攝影測量、點云測量等多種測量方式來進行。在監測過程中，機載設備首先需要在規定的檢測區域內200m～300m高度的上空飛行采集正射影像，這個過程中保持平穩的飛行高度，以便確保所獲取的地面信息的精確性，以便用該數據做改監測區域內地形參考模型，再通過搭在自適應地形飛行設備，分別保持對區域內特定地區進行點云數據采集。

3.4 數據處理

使用機載雷達設備在提前所預設好的礦場區域內做好數據采集工作后，下一步就是要根據系統內所設定好的程序，對所獲取到的數據進行一定的處理，來得到對礦上監測的有效數據，通過數據來分析和對比發現當前礦場區域內已經或者可能會出現的一些隱患問題，對這些問題進行及時有效的處理與預防，避免礦場出現重大安全事故，保障員工的生命安全和生產的平穩進行。

4 機載雷達性能要求

礦上監測工作的最根本的目標就是要高效、準確的獲取礦山開采區域內的各項隱患問題的數據，為礦區影響安全生產的隱患問題排除提供最有效的數據參考，如何確保監測數據的有效性和準確性，就需要對機載雷達設備的性能提出以下幾點要求[5]。

（1）機載雷達需要具備能在高溫30℃，低溫零下20℃的溫度環境下作業的系統性能。

（2）飛行器操作系統、雷達探測系統都需要具備免相控功能。

（3）飛行器操作系統、雷達探測系統都要求對于探測物距離等方面數據測量具備極高的精準度。

（4）整個機載雷達監測系統在運行中需要多個設備進行配合，這就需要飛行器設備對其他探測設備具備一定的承載能力，以實現多種載荷配合使用。

5 結語

對于機載雷達探測技術，研究和使用最早的是歐美的一些發達國家，主要用來進行地質勘探和一些自然災害等方面的探測和檢測工作[6]。隨著我國社會以及經濟發展水平的不斷提升，對于礦產資源的需求總量也將不斷加大，而對于礦上的探測和檢測技術還長時間停留在相對落后的階段，為了保證我國礦產事業的穩定發展，降低工作人員的工作難度，提高作業人員的自身安全，將機載雷達技術應用于礦上監測工作中，就成為了新時期礦產事業正常展開與運營的重要保障。