（云南先鋒煤業(yè)開發(fā)有限公司，云南 昆明 655211）

在露天礦山開采過程中，為了采剝生產(chǎn)正常接續(xù)，保障邊坡安全，要定期對(duì)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)和邊坡進(jìn)行測(cè)量，為采剝量計(jì)算、邊坡穩(wěn)定性分析奠定基礎(chǔ)。如今礦山測(cè)量采用最多的是GPS RTK測(cè)量技術(shù)，這種傳統(tǒng)技術(shù)具有集成、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，在一定程度上提高了礦山測(cè)繪效率，但是由于傳統(tǒng)測(cè)繪均是采用單點(diǎn)接觸式測(cè)量，對(duì)于露天礦中的陡坡、深溝及滑方區(qū)域，測(cè)繪人員難以到達(dá)且存在的安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)已開始被部分露天礦山企業(yè)應(yīng)用于露天礦山開采中，意在提高測(cè)繪效率和安全系數(shù)。

1 民用無(wú)人機(jī)的分類及特點(diǎn)

目前民用航拍無(wú)人機(jī)按照機(jī)翼種類的不同，主要分為固定翼機(jī)與旋翼機(jī)兩大類。

固定翼無(wú)人機(jī)特點(diǎn)：①載重量相對(duì)較小，對(duì)拍攝器的重量要求較高，目前只能搭載如GOPRO、卡片機(jī)之類體積小、質(zhì)量輕的拍攝器材；②飛行時(shí)機(jī)身晃動(dòng)幅度較大，抗風(fēng)能力比旋翼機(jī)差；③只能掠過式拍攝，不能懸停，不能實(shí)現(xiàn)傾斜攝影[2]；④速度快，航程長(zhǎng)，效率高于旋翼機(jī)。

旋翼無(wú)人機(jī)特點(diǎn)：①垂直起降，可懸停，飛行靈活，易于控制，拍攝角度多變，并能夠?qū)崿F(xiàn)精確懸停，定位拍攝，可夠?qū)崿F(xiàn)傾斜攝影，可更好更直觀地建立拍攝區(qū)域的三維模型；②旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)復(fù)雜的地理環(huán)境、天氣有很強(qiáng)的適應(yīng)性，抗風(fēng)能力強(qiáng)于固定翼無(wú)人機(jī)；③功能豐富，作為良好的搭載平臺(tái)，更多地應(yīng)用于工程測(cè)繪、救災(zāi)、農(nóng)業(yè)播種等領(lǐng)域[2]；④飛機(jī)耗電強(qiáng)度大，飛行速度慢，單次航程和工作效率低于固定翼無(wú)人機(jī)。

2 旋翼無(wú)人機(jī)在露天礦開采中的應(yīng)用

旋翼無(wú)人機(jī)因其飛行靈活、抗風(fēng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展功能多、能實(shí)現(xiàn)傾斜攝影等特點(diǎn)，逐漸在中小型露天礦山中開始被應(yīng)用。云南先鋒露天礦是位于云南高原地區(qū)設(shè)計(jì)年產(chǎn)能390萬(wàn)噸的中型露天礦，該礦結(jié)合山坡地形條件、常年多風(fēng)和礦區(qū)面積大小適中等實(shí)際情況，選用了P550六旋翼無(wú)人機(jī)搭配五鏡頭傾斜相機(jī)建立了礦山無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)，可應(yīng)用于露天開采過程中的采剝量計(jì)算、邊坡監(jiān)測(cè)及穩(wěn)定性分析等工作。

表1 P550無(wú)人機(jī)設(shè)備參數(shù)

表2 五鏡頭傾斜相機(jī)參數(shù)

先鋒露天礦利用該套旋翼無(wú)人機(jī)及五鏡頭相機(jī)搭建的測(cè)繪機(jī)制和應(yīng)用流程為：通過與無(wú)人機(jī)匹配的飛行控制軟件，規(guī)劃無(wú)人機(jī)航線，五個(gè)鏡頭分別從前、后、左、右、垂直的傾斜角度拍攝測(cè)區(qū)影像。航拍時(shí)，同時(shí)記錄航速、航高、航向及旁向重疊、坐標(biāo)等參數(shù)，然后把采集的多視角影像數(shù)據(jù)拷貝到計(jì)算機(jī)，利用離散點(diǎn)云，采取三角網(wǎng)構(gòu)建算法中的分治算法構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)(Triangu1ated Irregu1ar Network，TIN)，生成航測(cè)區(qū)域的數(shù)字高程模型（DEM），也可通過專業(yè)的建模軟Smart 3d件構(gòu)建高分辨率的三維實(shí)景模型，然后通過建立的模型應(yīng)用于露天礦開采過程中的相關(guān)環(huán)節(jié)。

（1）應(yīng)用于露天開采過程中的采剝方量計(jì)算。將露天礦開采前后預(yù)處理得到的DEM模型應(yīng)用到礦業(yè)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(gè)方格并建立封閉表面模型內(nèi)的塊體模型，對(duì)每個(gè)方格按照長(zhǎng)方體進(jìn)行體積計(jì)算，最終通過將各個(gè)方格網(wǎng)累加得到工程量計(jì)算區(qū)域總工程量[3]，并分別得到采礦量和剝離量。先鋒露天礦選用的航測(cè)旋翼無(wú)人機(jī)，每架航次有效作業(yè)時(shí)間為30分鐘，可航拍0.8km2，兩個(gè)架次就能完成整個(gè)采坑的航拍，測(cè)量技術(shù)員的野外作業(yè)效率較傳統(tǒng)的RTK測(cè)量方法提高了近十倍。

（2）應(yīng)用于露天礦邊坡監(jiān)測(cè)及穩(wěn)定性分析。通過該套航測(cè)系統(tǒng)預(yù)處理得到的數(shù)字高程模型 (DEM) 是分析露天礦邊坡穩(wěn)定性的重要基礎(chǔ)工作，建立的DEM模型可轉(zhuǎn)換成GRD、DXF等多種格式的數(shù)據(jù)文件，結(jié)合PFC3D、F1ac3D等數(shù)值模擬軟件可實(shí)現(xiàn)露天礦邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算和分析。

（3）在露天礦災(zāi)害可視化及邊坡災(zāi)害預(yù)警方面的應(yīng)用。預(yù)處理得到的數(shù)字高程模型（DEM）上可以顯示地形起伏，并可添加文字符號(hào)及地圖要素等多種數(shù)據(jù)，在保證DEM 數(shù)據(jù)、航測(cè)影像及地圖要素等的位置坐標(biāo)一致的前提下，能實(shí)現(xiàn)露天礦災(zāi)害的三維可視化建立。經(jīng)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(zāi)害的定量評(píng)估與地物解譯要求。

此外，對(duì)數(shù)字高程模型上的每個(gè)三角單元逐個(gè)進(jìn)行紋理映射，可制作更加逼真的露天礦邊坡三維數(shù)字模型，從模型上量取滑坡區(qū)域的寬度、長(zhǎng)度、面積、坡度、高程、體積等信息，可完成露天礦滑坡災(zāi)害定量評(píng)估，為開展邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警工作，并有針對(duì)性地編制防治預(yù)案奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)論及展望

旋翼無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能極大地提高露天礦山開采過程中的野外測(cè)量效率、減少技術(shù)員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高測(cè)量作業(yè)安全系數(shù)，在先鋒露天礦的試驗(yàn)運(yùn)用結(jié)果表明，通過航測(cè)數(shù)據(jù)輔以相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件取得的采剝算量、邊坡監(jiān)測(cè)及穩(wěn)定性分析等成果能達(dá)到露天礦山安全生產(chǎn)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要求，現(xiàn)在存在的主要不足是，航拍數(shù)據(jù)處理對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件以及技術(shù)員的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求比較高，利用航拍數(shù)據(jù)建立三維模型的效率相對(duì)較低，內(nèi)業(yè)作業(yè)時(shí)間比起傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)長(zhǎng)，總的說來(lái)，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在露天礦山開采中有較好地應(yīng)用前景。