無人機航測技術在露天礦邊坡工程地質調查中的應用

王寶乙

摘要：我國經濟建設的快速發展推動我國各行業發展迅速，使得我國快速進入現代化科學技術發展階段。在露天礦山開采過程中，為了采剝生產正常接續，保障邊坡安全，要定期對生產作業區和邊坡進行測量，為采剝量計算、邊坡穩定性分析奠定基礎。

關鍵詞：無人機航測技術;露天礦邊坡工程地質調查;應用

引言

隨著我國經濟的快速發展，人們生活水平的不斷提高和改善，對于能源的需求與日俱增。為充分認識露天礦邊坡各區域巖體節理的分布規律及質量特征，統計出各區域優勢結構面產狀信息，需對露天邊坡開展現場工程地質調查測試。常規的現場人工量測具有效率低、測試范圍有限、邊坡下作業安全風險大等缺點。

1無人機航測的優勢

露天礦山測繪工作主要就是對礦山地域的地形、位置與各類資源的實際應用情況進行實際勘測，獲取充足的信息，更好實現我國礦山資源的優化配置，切實提升礦山資源利用率。將無人機航測應用在露天礦山測繪工作中，不僅可縮短測繪影像傳輸過程中的消耗時間，更可節省露天礦山測繪所需的人力與物力資源。具體來說，無人機航測技術的應用優勢主要體現在以下幾個方面：第一，無人機航測的應急能力強。在利用無人機航測手段期間，可以依據航拍過程中遇到的各類情況進行應急處理，保障無人機航測工作的穩定開展。同時，無人機在起飛與降落過程中對場地面積要求不高，更好節約了露天礦山測繪所需的經濟成本;第二，測繪效率高。在將無人機航測技術應用在露天礦山測繪工作期間，因飛行高度符合相關部門的控制標準，因此無需在測繪期間向相關部門申請飛行許可，從根本上提升了礦山測繪效率;第三，數據精準性高。無人機航測在露天測繪活動中高效利用，可切實提升測量數據的精準性，獲得分辨率極高的影像數據資料，將此些資料轉換為不同比例尺的圖像，為露天礦山測繪工作提供更加全面的數據服務。第四，操作便捷。與傳統露天礦山測繪手段相比，無人機航測操作更加簡便，在無人機航測活動開展期間，無需操作人員實時監控，運輸攝影設備的空余空間更大，使露天礦山測繪水平得到了穩步提升。

2傳統工程地質調查手段

傳統的現場工程地質調查是在現場坡體臺階處采用人工詳細線法進行結構面測量。詳細線測量方法是在巖體露頭面上布置一條測線，在距測線上下各1m處作為窗口上限劃定統計窗口，通過GPS確定基點坐標，并沿測線方向開始調查直至終點，統計窗口內結構面裂隙發育情況。通過觀察和測量所揭露的巖體結構產狀，初步判斷出測量點結構面分組。該方法在測試時存在以下缺點：1.需要人工站在露天邊坡坡腳采用地質調查工具如羅盤、皮尺等進行現場量測、記錄，需要多人共同參與且現場需調查范圍大，導致調查工作效率較低;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30m，而人工測量只能在坡腳上部極有限的2-3m范圍內進行測量，所測結構面代表性不強;3.現場測量人員長期站在邊坡下測量，但邊坡上部受大風、自重和生產活動影響存在浮石下落風險，對現場測量人員的安全造成較大威脅。

3無人機航測技術在露天礦邊坡工程地質調查中的應用

3.1露天礦山周邊地質災害調查

礦山建設與生產將對地質環境進行強烈的改造和破壞，可能將誘發或引發地質災害;這兩方面將給礦山的建設和運營等帶來較大危險。傳統礦山地質災害調查主要作業方法是人工實地調查和航片與衛片的解譯，前者普遍存在周期長、成本高、效率低、難覆蓋全部區域;后者采購周期長、時相差、分辨率低，且受氣象條件影響大，難以滿足時間周期緊張、時效性強的項目。采用無人機航測技術可生成正射影像圖，利用正射影像圖能生動直觀、及時準確的對礦山周邊進行地質災害調查，及時發現新的安全隱患，對已發現地質災害體可利用無人機進行傾斜攝影技術并可利用三維地表模型進行三維可視化的逃生路線設計。

3.2應用于露天開采過程中的采剝方量計算

將露天礦開采前后預處理得到的DEM模型應用到礦業工程三維軟件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模型分為若干個方格并建立封閉表面模型內的塊體模型，對每個方格按照長方體進行體積計算，最終通過將各個方格網累加得到工程量計算區域總工程量，并分別得到采礦量和剝離量。先鋒露天礦選用的航測旋翼無人機，每架航次有效作業時間為30分鐘，可航拍0.8km？，兩個架次就能完成整個采坑的航拍，測量技術員的野外作業效率較傳統的RTK測量方法提高了近十倍。

3.3無人機航測在數字露天礦山測繪中的應用

現階段我國露天礦山測繪工作主要以數字礦山建設為主，借助更加先進的測繪手段，對露天礦山的資源分布與開采情況的數據進行細致研討，從而構建起數字露天礦山模型，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。在將無人機航測應用在數字露天礦山測繪工作中時，需相關工作人員從以下兩方面入手：第一，結合無人機航測攝像布控點，對數據進行精準性的采集。在無人機航測攝像控制點布置過程中，應嚴格依照相關規定進行設置，不斷校驗布控點位置，確保對像空點范圍內的各類占據精準度及全面性符合相關標準;第二，對無人機航測數據進行影像編輯、建模與調繪，確保無人機航測技術能夠在提升露天礦山測繪質量與測繪水平期間充分發揮出應有的作用。無人機航期間可以及時記錄下相關影像信息，將此些信息導入到內業立體測繪軟件內部，確保影像之間的自動匹配。

3.4坡面角快速獲取技術

坡面角，即坡面角度，露天礦山采場、排土場各級臺階坡面角及尾礦庫各級子壩坡面角在其前期設計過程中都有比較嚴格的要求，通常情況下不能超過設計角度，否則就帶來垮塌、潰壩等重大隱患。3.5在露天礦災害可視化及邊坡災害預警方面的應用

預處理得到的數字高程模型（DEM）上可以顯示地形起伏，并可添加文字符號及地圖要素等多種數據，在保證DEM數據、航測影像及地圖要素等的位置坐標一致的前提下，能實現露天礦災害的三維可視化建立。經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，滿足露天礦災害的定量評估與地物解譯要求。此外，對數字高程模型上的每個三角單元逐個進行紋理映射，可制作更加逼真的露天礦邊坡三維數字模型，從模型上量取滑坡區域的寬度、長度、面積、坡度、高程、體積等信息，可完成露天礦滑坡災害定量評估，為開展邊坡監測預警工作，并有針對性地編制防治預案奠定了基礎。

4 結語

無人機航測技術為露天礦邊坡工程地質調查中工作提供了一種新型技術手段，環境適應性強，測試效率大幅提升，有效降低了作業成本和現場勞動強度。

參考文獻：

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

（作者單位：丹東遠佳工程咨詢有限公司）