韓 健

（華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊，河北 承德 067000）

施工單位在對露天礦山進(jìn)行設(shè)計、開采的過程中，需要進(jìn)行大量的測繪工作。技術(shù)人員要根據(jù)露天礦山的實際特點，進(jìn)行精準(zhǔn)的地形測量、礦區(qū)控制測量、邊坡穩(wěn)定性測量和方量測量等。露天礦山測量工作非常繁瑣，不同類型的露天礦山需要采取不同的測量方法，技術(shù)人員需要具備較高的勘測水平[1]。施工單位在進(jìn)行礦山開采的過程中，容易形成大面積的危巖體，部分區(qū)域難以抵達(dá)，因此需要積極改變傳統(tǒng)的測量方法，引入更加完善的新技術(shù)、新方式，提高露天礦山測量的效率和安全性。

1 無人機(jī)在露天礦方量計算中的應(yīng)用優(yōu)勢

由于無人機(jī)勘測技術(shù)速度較快，靈活性較強(qiáng)，能夠不受礦山地形等物理因素的限制，擁有較好的三維可視化效果，在土地治理、地質(zhì)災(zāi)害防控等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。很多露天礦山項目規(guī)模較大，地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的測量方式不僅需要支付大量的人力、物力、財力成本，并且勘測數(shù)據(jù)的可靠性有待于提升[2]。最近幾年，無人機(jī)勘測技術(shù)日益成熟，給地質(zhì)勘測行業(yè)提供了新的契機(jī)。相關(guān)技術(shù)人員利用無人機(jī)進(jìn)行露天礦山的測繪工作，能夠大幅度提升測繪的精準(zhǔn)程度，具有較高的可操作性。

目前，相關(guān)工作者利用Pix4D軟件對礦山進(jìn)行航拍圖像的自動識別，可以生成高精準(zhǔn)度的三維數(shù)字模型，極大地提高了測繪工作的效率。同時，可以利用無人機(jī)航測技術(shù)構(gòu)建尾礦庫數(shù)字模型，保證尾礦庫勘測的安全性。無人機(jī)勘測技術(shù)可以實現(xiàn)1：500的高精度要求，通過近景攝影系統(tǒng)的操作，可以對露天礦山臺階爆破進(jìn)行格式化設(shè)計，從而解決傳統(tǒng)勘測過程中建模周期長，資料不完整等問題。

綜上所述，無人機(jī)勘測技術(shù)有著重要的應(yīng)用優(yōu)勢，在三維模型構(gòu)建、礦山方量計算等方面發(fā)揮重要作用，需要技術(shù)人員深入分析無人機(jī)勘測技術(shù)的應(yīng)用特點，結(jié)合露天礦山的實際情況進(jìn)行有效的應(yīng)用，保證方量計算工作的準(zhǔn)確性。

2 無人機(jī)勘測的技術(shù)要求

地質(zhì)勘測人員在利用無人機(jī)進(jìn)行露天礦方量計算的過程中，需要重點進(jìn)行開發(fā)前和開發(fā)后的數(shù)據(jù)采集，要利用Virtual Surveyor數(shù)據(jù)處理軟件對信息進(jìn)行建模分析，引入開挖區(qū)域范圍來精確計算方量的實際數(shù)值。

2.1 無人機(jī)勘測準(zhǔn)備工作技術(shù)要求

首先要進(jìn)行測區(qū)踏勘，地質(zhì)工作者應(yīng)當(dāng)充分了解勘測地形的實際情況，要確定施工開挖的方量范圍，設(shè)置合適的無人機(jī)起飛點，為數(shù)據(jù)采集工作做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。技術(shù)人員要利用Agisoft Photoscan Professional軟件，對無人機(jī)行測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要借助軟件功能生成完善的DOM和DSM模型，并且要對探測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動精度檢核，要達(dá)到實際的分析處理要求[3]。由于很多露天礦山周圍環(huán)境非常復(fù)雜，存在臨時房屋和工程機(jī)械設(shè)備等障礙物，因此技術(shù)人員需要利用數(shù)字表面模型來進(jìn)行數(shù)據(jù)糾正，要通過Virtual Surveyor對地表要素進(jìn)行切除處理，得到高精準(zhǔn)度的數(shù)字高程模型，將處理后的數(shù)字高程模型進(jìn)行疊加，導(dǎo)入Virtual Surveyor軟件，確定礦山規(guī)模范圍，最后得出實際的方量值。

2.2 無人機(jī)測繪系統(tǒng)選型技術(shù)要求

技術(shù)人員要充分發(fā)揮無人機(jī)航測技術(shù)無死角的應(yīng)用優(yōu)勢，要搭載高精準(zhǔn)度的攝像頭來進(jìn)行礦山區(qū)域的數(shù)據(jù)采集。通常情況下，小型無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)是定性的，難以滿足礦山定量化勘測的數(shù)據(jù)要求。而中型和大型無人機(jī)可以搭載更加先進(jìn)的勘測設(shè)備，但是成本較高，對駕駛員的操作技術(shù)也有更高要求，經(jīng)濟(jì)效益較低。因此，施工單位應(yīng)當(dāng)對礦山項目的測量精度和勘測成本進(jìn)行有效控制，盡可能選擇性價比高的小型民用無人機(jī)來進(jìn)行露天礦山的勘測和建模工作。不同的無人機(jī)所采取的礦山測量與建模方式不同，所搭載的儀器和設(shè)備也有著較大的差異。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)兼顧勘測與建模系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與實用性，合理設(shè)置三維建模的技術(shù)指標(biāo)，順利開展露天礦山的方量計算工作。

2.3 無人機(jī)調(diào)度指揮技術(shù)要求

施工單位在進(jìn)行露天礦山的開采過程中，需要保證無人機(jī)調(diào)度指揮系統(tǒng)的適應(yīng)性，要對其中的影像采集與三維建模功能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，綜合考慮現(xiàn)場開采規(guī)劃和安全生產(chǎn)管理的各方面要求，實現(xiàn)下達(dá)及執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度的目的，要確保通過PDCA循環(huán)提高管理水平與效果[4]。技術(shù)人員需要重點完善無人機(jī)調(diào)度系統(tǒng)執(zhí)行層的參數(shù)設(shè)置，要保證勘測工作的準(zhǔn)確性與時效性，快速形成可視化的礦山數(shù)據(jù)模型。同時要對管理層的數(shù)據(jù)進(jìn)行完善的應(yīng)用，要保證指導(dǎo)調(diào)度現(xiàn)場的實際效果，對實景巡查和工程量計量等方面進(jìn)行功能優(yōu)化。

2.4 航線規(guī)劃技術(shù)要求

航線規(guī)劃設(shè)計是無人機(jī)外業(yè)工作的關(guān)鍵，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)無人機(jī)系統(tǒng)自帶的圖形來顯示礦山區(qū)域的地形地貌，要結(jié)合勘測過程中獲取的氣候信息，布置4個架次，充分覆蓋礦山的整個區(qū)域。為了保證最高處重疊率，需要將航向和偏向的重疊度設(shè)置在65%以上，航攝比例設(shè)置為1：500，采用定點曝光的方式進(jìn)行攝影勘測，從而保證攝影圖像的清晰效果。

3 無人機(jī)在露天方量計算中的應(yīng)用途徑

為了保證現(xiàn)場勘測工作的有效進(jìn)行，施工單位的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對無人機(jī)的勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時解析，要從外業(yè)作業(yè)來獲取必要的巡測數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)信息錄入到內(nèi)業(yè)處理軟件中，獲得高精準(zhǔn)度的巡測結(jié)果，結(jié)合實際的生產(chǎn)需要對現(xiàn)場進(jìn)行有效的調(diào)度指揮。

3.1 無人機(jī)巡測的外業(yè)工作設(shè)置

無人機(jī)外業(yè)作業(yè)的準(zhǔn)備包括地面站安裝、飛機(jī)組裝、相機(jī)調(diào)試、飛行計劃設(shè)計等。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)分別收集航拍外作業(yè)的POS數(shù)據(jù)，并且要對POS數(shù)據(jù)的查分和圖像進(jìn)行匹配，要滿足圖像解析軟件處理的格式要求。同時，要利用采集的航拍圖像進(jìn)行坐標(biāo)的自動生成，要保證圖像生成的效果，對其中的控制點進(jìn)行調(diào)試，獲得礦山工程整體的三維模型密集點云。然后要利用專業(yè)的后臺數(shù)據(jù)軟件對三維密集點云進(jìn)行局部臺階剖面分析，獲得標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)劃圖。技術(shù)人員要在三維模型數(shù)字規(guī)劃的基礎(chǔ)之上建立礦山的數(shù)據(jù)實景模型，控制無人機(jī)進(jìn)行航點數(shù)據(jù)采集，對礦山進(jìn)行全方位的實景巡查，要了解礦山宏觀的物理數(shù)據(jù)。必地質(zhì)勘測單位必要時應(yīng)當(dāng)利用小型旋翼無人機(jī)來補(bǔ)充采集數(shù)據(jù)，從而獲取更加完整、精準(zhǔn)的礦山動態(tài)信息。要對比礦山三維規(guī)劃設(shè)計和實際實行數(shù)據(jù)的差異，并分析產(chǎn)生的原因，保證無人機(jī)調(diào)度計劃的適應(yīng)性[5]。另外，施工單位需要及時進(jìn)行調(diào)度指令的監(jiān)督與糾正，要重復(fù)并迭代檢查無人機(jī)的實際運行情況，對下一輪的實行數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和分析，實現(xiàn)管理水平的PDCA循環(huán)提升。技術(shù)人員要充分發(fā)揮無人機(jī)GPS定位系統(tǒng)的功能優(yōu)勢，要快速獲取瞬間的空間位置，并與攝影中心進(jìn)行數(shù)據(jù)校對，要通過解析空中三角數(shù)據(jù)的方式來還原無人機(jī)實際的巡測位置。目前，技術(shù)人員通常需要利用區(qū)域網(wǎng)平差的方法，對一定區(qū)域內(nèi)的控制點進(jìn)行加密處理，從而保證坐標(biāo)位置的準(zhǔn)確性。

3.2 航測數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理設(shè)置

施工單位為了保證露天礦山數(shù)據(jù)模型的屬性效果，需要將二維航拍圖像轉(zhuǎn)化成三維密集點云。由于目前所應(yīng)用的無人機(jī)可以在短時間內(nèi)獲取龐大的數(shù)據(jù)信息，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)利用Pix4D軟件進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，要自動生成3D模型，借助系統(tǒng)的空間屬性還原功能對距離數(shù)值進(jìn)行加權(quán)計算，從而構(gòu)建數(shù)字正射影像圖。

在進(jìn)行露天礦的開采過程中，技術(shù)人員需要將開采前后的數(shù)據(jù)利用DEM模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，要先在三級軟件3DMine中轉(zhuǎn)化成DEM表面模型，構(gòu)建封閉的DTM模型，并將該模型分解成若干個方格，進(jìn)行塊體模型分析。要具體計算每個方格的體積量，最終通過方格網(wǎng)疊加的方式計算出總工程量，從而得到采礦量和剝離量。施工單位要合理設(shè)置無人機(jī)的有效作業(yè)時間，通常需要保證每次作業(yè)時間為30min，航拍為0.8km2，從而有效提升勘測效率。在進(jìn)行露天礦方量分析的過程中，要利用航測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，生成數(shù)字高程模型，并轉(zhuǎn)化成GRD、DXF等數(shù)據(jù)文件，結(jié)合Flac3D等模擬軟件的要求,實現(xiàn)方量的定性計算。

3.3 調(diào)度系統(tǒng)設(shè)置

技術(shù)人員需要不斷完善開拓系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計，要基于Pix4D軟件對礦山的長度、面積、體積進(jìn)行快速測量，從而確定實際的開采規(guī)模。要對石料開采工程的參數(shù)進(jìn)行可視化分析，合理規(guī)劃，施工設(shè)備的配置方式。同時，要保證多規(guī)格石開采計劃的科學(xué)性，提升地表三維模型與工程地質(zhì)資料的匹配程度，根據(jù)爆破巖體的發(fā)育程度來確定規(guī)格石種類，從而提高爆破效率。并且還要實現(xiàn)遠(yuǎn)程專家診斷，要基于三維密集點云構(gòu)建數(shù)字表面模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行局部優(yōu)化處理，及時了解露天礦山工程的實景巡查效果，一旦發(fā)現(xiàn)勘測異常情況，要及時進(jìn)行指令調(diào)整。由于大多數(shù)礦山地理位置較為偏僻，因此需要將航測結(jié)果及時傳送到總指揮室，由采礦專家進(jìn)行遠(yuǎn)程的審閱調(diào)控，優(yōu)化礦山開采工藝，順利開展各項勘測生產(chǎn)工作。

4 結(jié)語

在當(dāng)前的時代背景下，礦山施工單位應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮無人機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢作用，要根據(jù)露天礦山實際的生產(chǎn)作業(yè)要求，靈活選擇無人機(jī)類型和建模方式，要在現(xiàn)場勘測的過程中，科學(xué)設(shè)置無人機(jī)起飛點，根據(jù)礦山周圍的環(huán)境特點和氣候類型來規(guī)劃航測路線。同時，技術(shù)人員要不斷優(yōu)化無人機(jī)航測系統(tǒng)的程序設(shè)置，借助完善的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行高效的信息轉(zhuǎn)換工作，生成高精準(zhǔn)度的數(shù)字模型，從而保證露天礦山方量計算的準(zhǔn)確性與可靠性，為施工單位的現(xiàn)場作業(yè)提供完善的技術(shù)支撐。