無人機技術在礦山地質調查中的應用

（廣東省有色金屬地質局九三三隊，廣東 肇慶 526060）

隨著科技的不斷進步，無人機技術開始應用在多個領域。無人機是一種以動力驅動為主的，機身上可無人駕駛的航空設備。無人機技術集全球定位技術、遙感技術和通信技術等為一體，可高效對地理環境和地形地貌進行測繪和監測，進而為有關部門提供實時的信息[1]。無人機技術在實時性、測繪精度及操作便捷度等方面有著強有力的優勢。目前已在礦山地質調查中有了大量的應用。

1 無人機技術概述

無人機主要由飛行系統、任務荷載系統與地面控制系統組成。無人機技術既可以靠近地面，也可以靠近天空，進而可以從多角度觀測目標，能夠方面快捷的獲得連續的高分辨率的影像以及地質地貌、自然資源及空間環境等信息。與傳統技術測繪相比，無人機擁有先進的傳感器，能夠捕捉到分辨率較高的圖片和影響，測繪精度更高，進而可以解譯出更完備的信息。

同時無人機運行成本低，整套系統價格一般低于100萬，有些甚至低于10萬，與一些遙感系統相比更容易接受，而且無人機危險性小，操作方便、靈活，可以實時操控，實時獲得信息[2]。但無人機技術受干擾因素的影響也較大，比如受風力和氣候的影響時，會使得無人機機身不穩定，進而會影響獲得數據的準確程度。無人機技術被應用于多個領域，如：交通、環保、農業等，而針對礦山地質調研的現狀，無人機在該領域的應用是十分必要的。

2 無人機技術在礦山地質調查中的應用

近些年，礦產資源的開發越來越強烈，一些違規開采導致礦產資源浪費，同時也會對環境造成不利的影響，因此對礦產這些不可再生資源的開發受到政府的廣泛關注。但是由于礦山往往位于偏遠地區，相關部門無法實時連續的監測，同時傳統的調查過程中也會面臨種種困難。

那么無人機航測技術作為一種現代技術，將其引入當地礦山地質調查工作中，使用輕便、工作高效，而且會快速獲取礦區各類地理資料，將會為相關部分決策與督查做出巨大貢獻。

2.1 利用無人機技術獲得更加全面的礦山數據及信息

隨著礦山的不斷開采，其開采深度不斷加劇，同時礦山周圍環境十分復雜，為了合理預測礦山開采過程中存在的風險，就必須對礦山周圍的環境進行檢測，了解礦山的地形地貌，以便制定合理有效的措施避免風險。傳統方式下在采集信息的過程中會存在很大難度，目前采用無人機技術可以改善這一現狀。無人機技術能夠建立十分完善的信息系統，納入礦山的地理位置、地質條件和氣候條件等，形成完備的、與時俱進的數據庫，該數據庫可以為開采人員服務，以便其了解礦山周圍的地形，進而做出正確的判斷。同時無人機航測技術中具有遙感技術，可以傳輸高分辨率的遙感影像，經過對遙感影像的解譯，構建模型，可以全面了解礦山周圍及內部的地質地貌，進而相關人員可以根據此信息制定合理的礦山開采方案，同時采取措施合理的規避風險。另外，在礦山開采過程中如果對礦山資源及礦山環境信息了解不夠全面，開采人員缺乏環境保護和資源保護意識，會導致一些開采位置或開采手段不當，就會破壞礦山環境、導致資源浪費。許多礦山環境復雜啊，如果環境遭到破壞便很難修復，同時礦山資源不可再生，隨意開采導致資源損失，因此必須要改變這種現狀，無人機技術對此有很大的幫助。無人機技術能夠進行精準、快速的數據采集，可以為相關人員提供數據，可以使得工作人員快速做出決策，同時在礦山開采過程中也可對資源和環境進行實時的監測，進而了解最近的動態信息，快速做出及時和正確的判斷。

2.2 利用無人機技術判斷地質災害

礦山地質災害是指礦山作業過程中，對人類生命財產安全、礦山周圍環境產生破壞的地質現象。主要包括地面塌陷、泥石流、地裂縫。

無人機技術具有高分辨率的三維立體模型，發生災害后，根據無人機所獲的影響，利用三維模型進行解譯，可以清楚確定災害點的位置。比如：地裂縫可以造成土壤局部含水量增加，因此可以發現在裂縫的位置有很多雜草，可以導致產生一定坡度的陡坎或者產生裂縫。地面塌陷多發生在干旱地區，塌陷處明顯低于周圍土地。相關人員通過對這些資料的研究，以及現場調查可以明確地質災害點，通過地理信息軟件將相關地質資料、礦山地質圖和無人機航測生成的三維模型進行疊加分析，可以直觀全面的進行地質災害的評價和分析，圖1是疊加的三維模型圖。比如：在某個區域有相關人員進行地下礦山開采，然而該地區出現地質裂縫等現象，為了確定此現象與礦山開采是否有關，相關人員可以利用這種方式進行判斷[3]。首先需要收集礦山的地質資料，周圍環境資料，以及進行礦山開采時的工程圖，然后利用無人機在災害區形成三維模型，將這些資料利用地理信息軟件疊加，會形成如圖類似的全域的三維模型，根據此就可以直觀的研究裂縫的位置、形成原因，判斷其與礦山開采是否相關聯。這種方法不僅節省了很多人力物力，而且能夠直觀快速的做出準確的判斷，為決策做出巨大的貢獻。同時通過長期的監測，能夠合理預測災害的發生。

圖1 疊加地質圖的三維模型圖

2.3 利用無人機技術監測礦山周圍環境

在礦山開采過程中不免造成環境的破壞，如水體流失、水質污染、地面坍塌、泥石流等，通過對礦山地質環境進行調查，可以分析礦山開采過程對地質地貌及景觀的破壞程度、礦山內環境污染程度、礦區地面塌陷程度、山體滑坡、泥石流等問題，同時也為礦山恢復治理、礦山復墾等過程奠定基礎、實現礦山綠色可持續發展。傳統的調查過程通常采用人工實地調查，這種方法需要勞動成本高、危險性強，同時認為調查的廣泛性和精確性不能得到保障。在礦山周圍進行大范圍的地質環境調查的時候，需要布設大量的觀測點，工作強度較大。這時無人機技術的應用對于礦山周圍環境的監測起到很大的幫助，在需要監測的環境區域內進行控制測量，并規劃無人機合理的航線，利用帶有高分辨傳感器的無人機作業就可以獲取高分辨率的影像，應用軟件建立三維模型，便可在模型上進行測量，可以獲得相關的環境信息，包括山體表面積、體積，邊坡高度、長度、方位，礦坑面積、填方量，以及滑坡、崩塌堆積體、斷層，邊坡結構面跡長、產狀信息等，同時也可以制作研究區域的數字正射影像、數字表面模型和等高線地形圖等圖件可以獲得更多的信息。工作人員根據信息可以快速的到環境的破壞程度，進而分析破壞原因，及時調成開采方案，同時也為之后的環境恢復提供信息基礎。

2.4 無人機航測的基本實施辦法

首先需要設計無人機的航線。在利用無人機對礦山進行測繪之前，需要對所在區域的信息進行全面的了解，包括該區域的植被覆蓋率、建筑覆蓋面積、水體分布情況等。只有把這些基本信息了解了之后，才能制定無人機航測路線圖。航線的設計的好壞決定著數據的準確及詳實程度。在工作過程中，有關人員需要不斷豐富有效數據的統計，這樣才能保證所設計的航線圖科學有效。經過無數的計算與篩查，需要確定航線的數目、方向、航高和分辨率等，這樣就可以保證無人機航測技術順利開展。在測繪時，需要加入GPS的技術，可以提供準確的定位，進而確保數據的準確性，實現實時監控。

在確定航線之后，需要在測繪的區域內布設控制點，布設點的設置要依據相關規范，結合礦山的實際情況，規避監控攝影死角，確保每個點均有效合理。然后利用無人機根據相應的航線進行作業，在航測過程會獲得相應的影響和定位資料，需要對航測結果精讀進行加密，主要利用空中三角測量技術進行加密，這種技術主要施用與控制點和數碼影像均比較小的情況。三角測量技術可以對具體的礦山中所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標進行計算，通過采集、計算獲取的數據。

3 結束語

綜合來看，無人機技術成本較低，操作簡便，所得圖像分辨率高，位置定位準確，可以實現連續監測，無人機技術可以在礦山地質調查中發揮著重要的作用。應用無人機技術進行礦山地質調查，可以獲得準確性高、質量高的數據和信息，為礦山開采工作的順利進行做出巨大貢獻，同時這些信息也有助于保護礦山的環境，監測礦山開采后周圍環境的變化。進而可以使資源得到充分利用，減少環境的破壞，減少人員成本，降低危險性。