淺談無人機技術在露天礦場開采監管中的使用

任碧琦，趙玉琪，張宇棟，張啟隆，胡鑫磊，崔 穎

（遼寧科技大學 礦業工程學院，遼寧 鞍山 114051）

隨著科技水平與生活水平不斷提高的同時，人類和社會對各類資源的需求量也不斷增加。礦產資源作為生產生活中不可或缺的一部分，礦產資源具有有限性，其開采和使用不規范以及過度開發利用造成嚴重的資源浪費并形成環境破壞，甚至會引發一系列地質災害，因此需加強對礦產監管工作和人員能力和業務水平的要求，使用傳統監測方法的礦山普遍存在監測難度大、效率較低的情況，照比標準的要求相差較多，大部分礦山采用人工實地調查的監管方法對露天采場進行監管，由于監管范圍較廣、地形復雜多變等特點，使得傳統監管手段勞動強度大、監管周期長，使其精度不能保證，工作人員在礦邊容易出現的滑坡裂隙地帶進行檢查測量時存在著極高的安全風險，露天礦場需要通過高精度且安全的監管方式代替人工監管，無人機航測技術以其快速、高效、高精度等優勢，可為礦產開發監管提供有力技術支撐[1]。

近些年，擁有良好的發展前景的低空無人機遙感技術逐漸成熟。通過飛控計算機控制無人機，為快速、高效地生產高精度的空三加密結果、數字正射影像圖（DOM）、密集點云數據、實景三維模型等數字測繪產品，提出一種利用低空無人機傾斜攝影測量生產途徑[2]。結合礦山采場的實際情況，以低空無人機遙感技術為基礎，對露天礦場開采進行實時性的動態監管。

1 低空無人機遙感技術

近些年來，許多國家十分重視無人機系統的研究、開發及應用，體積較小的無人機憑借探測精度高，受地形影響較小的特點在各個領域得到較好的發展前景。體積小、重量輕、探測精度高的新型傳感器的不斷問世，也使無人機系統的用途迅速拓展[3]。在無人機技術基礎上，將其與通訊技術、遙感傳感器技術、GPS技術等技術相結合，形成具有及時性，準確性，操作簡單，生產成本低，精度高的無人機遙感技術，準確及時地獲取空間數據與相關信息，滿足三維建模的需要。在許多領域內，無人機的身影逐漸變得越來越常見，并被廣泛應用在攝影、民用、軍事及地質等領域。

電源部分、無人機機體、發射回收部分、數據鏈部分、飛控部分、影像部分等構成無人機的主要系統。其中，發射收回部分負責無人機安全起飛與落地，數據鏈系統負責指令與信息的傳送，以保證及時有效反饋信息[4]，飛控部分主要完成對無人機的飛行命令，影像部分保障對實際實時情況的捕捉，通過各部分有序工作使得無人機在各種復雜地形保障工作的正常完成。輕小的無人機因精度高等優點，使得其在特殊的復雜地形及輕度惡劣天氣下也能保證監管工作的正常完成。

2 應用無人機技術進行露天礦場開采監管

露天開采監管能夠幫助礦山企業了解礦山的基本地質和環境狀況，從而預測礦山地質環境的動態變化趨監管勢，針對礦山區域可能出現的災害類型進行預防，保護礦山監管區域的自然環境，提高礦產資源的開采效率[5]。露天開采監管通過國家和企業等不同等級的部門層層遞進，各司其職，對重點礦山和普通礦山等進行全面監管、實地監測，從而保障露天采場區域工作的正常完成。露天礦場的監管部門任務量繁重且監管范圍較廣，傳統的監測方式通過人工操縱各類儀器對工人工作狀態、邊坡角超限、可綠化覆蓋率、越界超量開采以及破壞性開采礦產資源等一系列生產與安全問題進行監管。露天礦場的環境、天氣、監測內容、監測精度對工作人員造成較大考驗，甚至部分礦場無法提前檢測預知危險源，存在突發性危險，所以對監管人員的專業技術、工作能力及遇到突發狀況應具有的應變能力要求較高。露天礦場可為無人機提供相對寬闊的工作環境，使其工作狀態下拘束性較小，具有優越性。如無人機有損壞，其維修工作也較為便利，成本較低。因而可采用低空無人機遙感技術代替耗時耗力的人工方式進行露天礦山的監管，并能大幅度地提高工作效率。無人機監測數據獲取流程如圖1。

圖1 無人機低空攝影監測工作流程圖

通過無人機對工人工作狀態的畫面進行捕捉，可以很大程度解放監管人員的工作壓力，達到省時省力的目的，同時提高工人工作的積極性。有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型DEM結果須基于空三加密成果，密集匹配點云等一系列過程生成，其結果可以方便地進行露天礦山動用儲量監管[6]，由此可得到DOM提取露天礦山的開采邊界，并與采礦權證礦界坐標對比，可以判斷是否越界開采。從而提高監管效率，并節約生產成本。

礦山開采監管工作意義重大，高效率的監管方式會增強工人工作的積極性、采場整體效率以提高及工作環境和生產的安全保障，隨之減少監管生產成本及礦產資源浪費，同時須高度重視對自然環境的保護，降低引發地質災害的可能性，達到礦山的可持續發展。

3 結論

（1）露天礦山開采范圍及動用儲量可根據無人機遙感技術得到的DEM和DOM成果進行監管，這種方法更加精準嚴密，效率較高，節省人工工作量，從而減少監測生產成本。

（2）輕小的無人機因具有及時性、精度高等優點，使得其在特殊的復雜地形及輕度惡劣天氣下也能保證監管工作的正常完成，適合在露天礦場的監管中使用，并能減少越界和過量開采等違規行為。

（3）可以通過低空無人機技術對露天礦場開采進行監管，效率明顯高于傳統的監管方法，從而降低監管勞動強度，降低礦產資源浪費的可能，提升采場整體效率，增強工作環境和生產的安全保障，從而促進礦山的可持續發展。