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(yè)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(chǎn)資源作為生產(chǎn)生活中不可或缺的一部分，礦產(chǎn)資源具有有限性，其開采和使用不規(guī)范以及過度開發(fā)利用造成嚴重的資源浪費并形成環(huán)境破壞，甚至會引發(fā)一系列地質(zhì)災害，因此需加強對礦產(chǎn)監(jiān)管工作和人員能力和業(yè)務水平的要求，使用傳統(tǒng)監(jiān)測方法的礦山普遍存在監(jiān)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(diào)查的監(jiān)管方法對露天采場進行監(jiān)管，由于監(jiān)管范圍較廣、地形復雜多變等特點，使得傳統(tǒng)監(jiān)管手段勞動強度大、監(jiān)管周期長，使其精度不能保證，工作人員在礦邊容易出現(xiàn)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(jiān)管方式代替人工監(jiān)管，無人機航測技術(shù)以其快速、高效、高精度等優(yōu)勢，可為礦產(chǎn)開發(fā)監(jiān)管提供有力技術(shù)支撐[1]。

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

1 低空無人機遙感技術(shù)

近些年來，許多國家十分重視無人機系統(tǒng)的研究、開發(fā)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(lǐng)域得到較好的發(fā)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(tǒng)的用途迅速拓展[3]。在無人機技術(shù)基礎上，將其與通訊技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、GPS技術(shù)等技術(shù)相結(jié)合，形成具有及時性，準確性，操作簡單，生產(chǎn)成本低，精度高的無人機遙感技術(shù)，準確及時地獲取空間數(shù)據(jù)與相關(guān)信息，滿足三維建模的需要。在許多領(lǐng)域內(nèi)，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(zhì)等領(lǐng)域。

電源部分、無人機機體、發(fā)射回收部分、數(shù)據(jù)鏈部分、飛控部分、影像部分等構(gòu)成無人機的主要系統(tǒng)。其中，發(fā)射收回部分負責無人機安全起飛與落地，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)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(yōu)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(jiān)管工作的正常完成。

2 應用無人機技術(shù)進行露天礦場開采監(jiān)管

露天開采監(jiān)管能夠幫助礦山企業(yè)了解礦山的基本地質(zhì)和環(huán)境狀況，從而預測礦山地質(zhì)環(huán)境的動態(tài)變化趨監(jiān)管勢，針對礦山區(qū)域可能出現(xiàn)的災害類型進行預防，保護礦山監(jiān)管區(qū)域的自然環(huán)境，提高礦產(chǎn)資源的開采效率[5]。露天開采監(jiān)管通過國家和企業(yè)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(jiān)管、實地監(jiān)測，從而保障露天采場區(qū)域工作的正常完成。露天礦場的監(jiān)管部門任務量繁重且監(jiān)管范圍較廣，傳統(tǒng)的監(jiān)測方式通過人工操縱各類儀器對工人工作狀態(tài)、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(chǎn)資源等一系列生產(chǎn)與安全問題進行監(jiān)管。露天礦場的環(huán)境、天氣、監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)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(fā)性危險，所以對監(jiān)管人員的專業(yè)技術(shù)、工作能力及遇到突發(fā)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(huán)境，使其工作狀態(tài)下拘束性較小，具有優(yōu)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(shù)代替耗時耗力的人工方式進行露天礦山的監(jiān)管，并能大幅度地提高工作效率。無人機監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取流程如圖1。

圖1 無人機低空攝影監(jiān)測工作流程圖

通過無人機對工人工作狀態(tài)的畫面進行捕捉，可以很大程度解放監(jiān)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(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型DEM結(jié)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(jié)果可以方便地進行露天礦山動用儲量監(jiān)管[6]，由此可得到DOM提取露天礦山的開采邊界，并與采礦權(quán)證礦界坐標對比，可以判斷是否越界開采。從而提高監(jiān)管效率，并節(jié)約生產(chǎn)成本。

礦山開采監(jiān)管工作意義重大，高效率的監(jiān)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(huán)境和生產(chǎn)的安全保障，隨之減少監(jiān)管生產(chǎn)成本及礦產(chǎn)資源浪費，同時須高度重視對自然環(huán)境的保護，降低引發(fā)地質(zhì)災害的可能性，達到礦山的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)論

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

（2）輕小的無人機因具有及時性、精度高等優(yōu)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(jiān)管工作的正常完成，適合在露天礦場的監(jiān)管中使用，并能減少越界和過量開采等違規(guī)行為。

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