張 強(qiáng)

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。由于礦區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)落后，區(qū)域氣候問(wèn)題較為極端，礦區(qū)經(jīng)常發(fā)生大中型地質(zhì)災(zāi)害。隨著相關(guān)地質(zhì)調(diào)查工作的深入，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)災(zāi)害將在很大程度上干擾我們的日常生活，甚至對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的基本建設(shè)造成不利影響。因此，如何利用智能化高科技技術(shù)開(kāi)展測(cè)繪工程，對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，已成為礦山工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。此時(shí)，無(wú)人機(jī)被明確提出。這種高空自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備也被稱(chēng)為“無(wú)人機(jī)”。

在具體應(yīng)用中，采用無(wú)線和終端設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)連接，在遠(yuǎn)程控制機(jī)器設(shè)備進(jìn)行無(wú)人機(jī)導(dǎo)航的遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，無(wú)人機(jī)集成了無(wú)線通信設(shè)備，可以將高空獲取的圖像、視頻和照片傳輸?shù)降孛?。與傳統(tǒng)方式相比，無(wú)人機(jī)更適合承擔(dān)具有一定風(fēng)險(xiǎn)的日常任務(wù)?，F(xiàn)階段，我國(guó)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的分析已逐步達(dá)到階段，相關(guān)應(yīng)用在市場(chǎng)上也取得了獨(dú)特的成果。其中，民用無(wú)人機(jī)設(shè)備主要用于高清航空攝影，軍用無(wú)人機(jī)設(shè)備主要用于災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、電力安裝工程檢查等領(lǐng)域，貨物的短途運(yùn)輸?shù)取?/p>

1 防治礦山地質(zhì)災(zāi)害的重要性

住在礦山的人沒(méi)法預(yù)測(cè)分析地質(zhì)災(zāi)害。當(dāng)?shù)V山產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，可以利用學(xué)得的安全常識(shí)，降低災(zāi)難引起的傷亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失。洪澇災(zāi)害引起的礦山地質(zhì)災(zāi)害危害著人們的生存條件，必須加強(qiáng)我國(guó)地質(zhì)環(huán)境機(jī)構(gòu)的密切關(guān)注，全力以赴進(jìn)行礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防工作中。地質(zhì)環(huán)境是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，經(jīng)常造成礦山地質(zhì)災(zāi)害。

除此之外，礦山地質(zhì)災(zāi)害抗力強(qiáng)，難易度大，嚴(yán)重阻礙著我們的生活和生產(chǎn)制造。

2 無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在礦山災(zāi)害應(yīng)急保障中的應(yīng)用方法

2.1 影像快拼技術(shù)

因?yàn)槊糠鶊D像具備一定的局限，難以根據(jù)一幅圖像展現(xiàn)全部礦山開(kāi)采，這就要在礦山開(kāi)采測(cè)繪工程中運(yùn)用無(wú)人機(jī)圖像解決技術(shù)，收集更全方位、更確切的信息。在礦山事故應(yīng)急解決中，無(wú)人機(jī)高清航拍通常存有拍照時(shí)長(zhǎng)緊、圖像歪斜不科學(xué)、圖像水準(zhǔn)疊加不規(guī)律等問(wèn)題。并且無(wú)人機(jī)上的攝像機(jī)是非精確測(cè)量相機(jī)，畫(huà)面質(zhì)量低，非常容易出差錯(cuò)。信息解決和傳統(tǒng)式三維成像技術(shù)中間也是有一些差別。根據(jù)這樣的事情，有關(guān)工作人員解決無(wú)人機(jī)圖像處理技術(shù)的使用過(guò)程開(kāi)展整體規(guī)劃，保證其可以在要求時(shí)間段內(nèi)為應(yīng)急工作人員給予精確的信息，及其應(yīng)急工作中的效果和品質(zhì)。應(yīng)急信息解決技術(shù)主要包含信息品質(zhì)評(píng)定、數(shù)據(jù)信息場(chǎng)形成、總體校準(zhǔn)、拼湊和色相飽和度。融合無(wú)人機(jī)高清航拍技術(shù)的特性，查詢應(yīng)急信息時(shí)，要留意圖像和曝光點(diǎn)的解決、赤緯角的調(diào)節(jié)及其能否有石塊遮蓋。無(wú)人機(jī)在高清航拍中的使用也許會(huì)造成影象曝光不勻稱(chēng)。因而，必須確定曝光點(diǎn)與圖像信息中間的配對(duì)，以保證圖像可以為空三計(jì)算給予依據(jù)，并達(dá)到應(yīng)急信息解決的規(guī)定。

2.2 應(yīng)急專(zhuān)題影像圖制作

應(yīng)急專(zhuān)題影像圖可以為應(yīng)急管理決策的核心提供管理決策參考，是一種常用的應(yīng)急信息提供方法。一般來(lái)說(shuō)，專(zhuān)題影像圖的制作有兩種主要方式：應(yīng)急影像圖和專(zhuān)題影像解譯。兩種影像地圖所提供信息的時(shí)效性存在一定差異。應(yīng)急影像地圖的主要特點(diǎn)是能夠快速標(biāo)注地名，并能立即向相關(guān)人員提供礦區(qū)地貌信息。它是應(yīng)急準(zhǔn)備階段的重要信息材料，也是應(yīng)急指導(dǎo)和管理決策的主要依據(jù)。應(yīng)急指揮中心可根據(jù)判讀專(zhuān)題圖上的標(biāo)志、顏色等信息，分析圖像各因素的中間相關(guān)性。應(yīng)急無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)性質(zhì)可用于收集和確定土地資源破壞和河流堵塞等信息。這是救援、救災(zāi)和防災(zāi)的關(guān)鍵技術(shù)。

3 無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪應(yīng)用分析

3.1 礦山災(zāi)情信息提取

礦山的工程地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)較為極端，一旦產(chǎn)生地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害，殺傷力也特別大。并且災(zāi)害檢測(cè)工作量大，會(huì)出現(xiàn)大范疇的山體崩塌，數(shù)據(jù)信號(hào)收取和發(fā)送不暢。無(wú)人機(jī)根據(jù)智能化、系統(tǒng)化的信息采集機(jī)器設(shè)備，可以采集一定精度的信息數(shù)據(jù)信息，拼湊礦井每個(gè)一部分，為有關(guān)員工給予詳細(xì)的礦井信息。與此同時(shí)，該工藝可以對(duì)平面圖上確認(rèn)的坐標(biāo)值開(kāi)展斜角校準(zhǔn)，將礦山的三維模型詳細(xì)地展現(xiàn)在專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員眼前，有益于礦山的進(jìn)一步地質(zhì)環(huán)境還原。無(wú)人飛機(jī)可以將無(wú)人機(jī)采集的礦山圖象與復(fù)原的礦山實(shí)體模型開(kāi)展仔細(xì)全方位的比照，對(duì)礦井受災(zāi)地區(qū)采用細(xì)節(jié)的處置方式。依據(jù)紋理重疊，可以了解到主要地質(zhì)環(huán)境信息，用文字和符號(hào)標(biāo)明災(zāi)害信息，整體規(guī)劃礦區(qū)災(zāi)害信息的采集計(jì)劃方案。

比照無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)采集的礦井災(zāi)害信息數(shù)據(jù)信息域DEM(如下圖1)，北方位為正方向，變換數(shù)據(jù)信息域座標(biāo)，比照礦山災(zāi)害信息，運(yùn)用礦井影象在信息中的具體地址，依據(jù)比例尺精度尋找災(zāi)害的準(zhǔn)確座標(biāo)。特別注意的是，無(wú)人機(jī)航拍關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)中，信息采集很有可能并不徹底依照路線開(kāi)展。這就必須專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在獲取信息時(shí)考慮到信息的誤差偏差，將信息獲取與專(zhuān)業(yè)的信息解決技術(shù)相結(jié)合，明確誤差精度，根據(jù)三維拍照技術(shù)對(duì)礦井信息開(kāi)展二次仿真模擬三維成像，做到動(dòng)態(tài)性檢測(cè)礦山、精確獲取礦井地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害信息的目地。

圖1 礦山災(zāi)害信息數(shù)據(jù)域DEM

3.2 快速處理礦山地質(zhì)災(zāi)害信息

充分考慮無(wú)人飛機(jī)獲得的礦山地質(zhì)災(zāi)害影像信息很有可能遭受外部眾多要素的影響，存有影像重合、影像內(nèi)部有黑影、影像不清楚等問(wèn)題。因而，在采集到持續(xù)信號(hào)后，必須應(yīng)用DPGrid導(dǎo)航欄專(zhuān)用工具對(duì)采集到的信號(hào)和持續(xù)信息開(kāi)展迅速解決和拼湊，以確保采集到的信息可以達(dá)到終端設(shè)備對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害管理方法、預(yù)測(cè)分析、測(cè)繪工程等領(lǐng)域的要求。

圖2 礦山地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)信息處理流程

依照?qǐng)D中1所顯示的步驟對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害信息開(kāi)展解決，但因部分收集信息的多元性，信息解決步驟仍無(wú)法達(dá)到終端設(shè)備對(duì)持續(xù)圖像收集的要求。因而，在進(jìn)行圖1中的圖像解決以后，可以依照下列流程對(duì)得到的信息開(kāi)展深層解決。如下所示。

第一步，在與無(wú)人飛機(jī)通訊的智能終端上創(chuàng)建一個(gè)新的文件夾，在文件夾中構(gòu)建一個(gè)ContextCapture文件，設(shè)置圖像信息和持續(xù)數(shù)據(jù)信號(hào)的定向?qū)肼窂健?/p>

第二步，將無(wú)人飛機(jī)的當(dāng)?shù)卣掌蛨D像導(dǎo)到這一文件夾名稱(chēng)中，調(diào)節(jié)文件夾名稱(chēng)的主要參數(shù)，設(shè)置一個(gè)有效的圖像采樣頻率。與此同時(shí)，查驗(yàn)捕獲的圖像和照片的一致性。針對(duì)在同一地區(qū)拍攝的圖像，將他們歸類(lèi)到一個(gè)照片組里，并為他們?cè)O(shè)置相機(jī)參數(shù)。設(shè)置主要參數(shù)時(shí)，可以點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵，在工具欄中導(dǎo)進(jìn)前期為無(wú)人飛機(jī)設(shè)置的調(diào)整主要參數(shù)。

第三步：為每一個(gè)照片組設(shè)置一個(gè)名字，可以依照“無(wú)人飛機(jī)拍攝時(shí)長(zhǎng)-拍攝地區(qū)-拍攝具體內(nèi)容”來(lái)取名。在這個(gè)基礎(chǔ)上，依據(jù)空三角度測(cè)算照片圖像，挑選默認(rèn)設(shè)置方式，挑選全部圖像，參照?qǐng)D像的精準(zhǔn)定位信息，重設(shè)圖像文件夾名稱(chēng)的參照信息。設(shè)置好相關(guān)的技術(shù)參數(shù)后，查找室內(nèi)空間信息，精準(zhǔn)定位全部影象基準(zhǔn)點(diǎn)是不是與高清航拍照片中選定的拍攝點(diǎn)比較應(yīng)。

第四步：為礦山創(chuàng)建3D地質(zhì)模型。挑選地質(zhì)災(zāi)害的導(dǎo)進(jìn)文件格式和放縮占比，明確礦山地質(zhì)災(zāi)害的縱坐標(biāo)和平移量，進(jìn)行相應(yīng)實(shí)際操作后將三維建模結(jié)論遞交給衛(wèi)星通訊終端設(shè)備。

第五步：開(kāi)啟無(wú)人飛機(jī)搜索引擎，對(duì)配置的文件中的傳輸路徑進(jìn)行定位，查驗(yàn)途徑是不是與預(yù)置途徑配對(duì)或一致，將終端設(shè)備儲(chǔ)存的OSDB數(shù)據(jù)信息與拍攝的正射影像結(jié)合，將融合后的影象導(dǎo)進(jìn)EPS 3D三維繪圖軟件，進(jìn)行礦山開(kāi)采地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)繪圖，進(jìn)行礦山開(kāi)采地質(zhì)災(zāi)害信息的迅速解決。

3.3 礦區(qū)災(zāi)害測(cè)繪圖像顯示與分析

根據(jù)以上礦山災(zāi)害信息，以下將結(jié)合無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)，完成礦山災(zāi)害測(cè)繪工程圖像的顯示和分析。首先，對(duì)上述處理信息的比例尺精度進(jìn)行反復(fù)標(biāo)定，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，如數(shù)字高程模型的熱紅外感應(yīng)等，為礦區(qū)中后期的三維成像提供了多樣化的數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)集成使用圖像顯示設(shè)備，可以將數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)信息放在匹配的顯示屏上，并可以使用手動(dòng)翻譯技術(shù)進(jìn)行災(zāi)害類(lèi)型的分類(lèi)。其次，整合一些不確定的災(zāi)害體，對(duì)各種災(zāi)害體進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)三維成像結(jié)論對(duì)受災(zāi)區(qū)域類(lèi)型進(jìn)行分區(qū)，利用精確定位的方法對(duì)圖像結(jié)論進(jìn)行分析，同時(shí)明確提出相應(yīng)的支持方案，為創(chuàng)新提供具體指導(dǎo)，避免二次災(zāi)害的發(fā)生。最后，采用了信息環(huán)境下為礦區(qū)提供的保障服務(wù)項(xiàng)目。利用無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)進(jìn)行礦區(qū)三維建模，完成位置的二次應(yīng)用登記，并基于無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)完成礦山地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害測(cè)繪工程圖像的展示和分析。

4 礦山地質(zhì)災(zāi)害的成因

4.1 地下水位變化

如果礦區(qū)地下水的波動(dòng)過(guò)大，也會(huì)導(dǎo)致礦坑突然涌水等自然災(zāi)害。因此，為了進(jìn)一步提高采礦安全系數(shù)，有必要對(duì)礦坑下沉進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。此外，如果地下水突然變化，也會(huì)導(dǎo)致礦坑內(nèi)的涌砂涌泥災(zāi)害。因此，如果在礦山開(kāi)采期間發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)水溶洞，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不僅會(huì)有大量的水，還會(huì)有大量的土壤和礫石，這些將被添加到礦坑中，造成大量細(xì)砂堵塞，安全風(fēng)險(xiǎn)巨大。更嚴(yán)重的是，可能會(huì)出現(xiàn)礦山開(kāi)采破壞的問(wèn)題。

4.2 巖體變形

在礦山開(kāi)采期間，很容易受到外界影響的危害，導(dǎo)致巖層變形，從而引發(fā)自然災(zāi)害。例如，從崩塌災(zāi)害的角度來(lái)看，如果礦山采空區(qū)的剩余礦柱受到破壞或無(wú)法達(dá)到實(shí)際承載力，則很容易崩塌，尤其是在礦體埋藏較淺的區(qū)域。對(duì)于埋藏較深的區(qū)域，如果塌陷的空區(qū)不能盡快有效地解決，也容易發(fā)生明顯的塌陷。如果礦坑的圍巖地層受到極強(qiáng)的板塊構(gòu)造內(nèi)應(yīng)力，它們也會(huì)相對(duì)較大。在整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中，礦井周?chē)膸r石會(huì)造成較大的室內(nèi)空間，導(dǎo)致原巖層迅速坍塌，內(nèi)部應(yīng)力釋放，最終導(dǎo)致巖石開(kāi)裂，極易造成人員傷亡事故。此外，在采礦期間，還可能發(fā)生邊坡失衡和滑坡等災(zāi)害，尤其是在采礦過(guò)程中。

4.3 礦體內(nèi)部因素的

除上述原因外，礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素的危害也會(huì)引發(fā)自然災(zāi)害，在實(shí)際開(kāi)采工作中，如果沒(méi)有良好的自然通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)策，煤層氣極有可能積聚。一旦超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，極有可能引發(fā)爆炸，最終可能造成重大人員傷亡和煤礦破壞。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)礦山火災(zāi)事故發(fā)生在硫化橡膠礦化區(qū)。由于化學(xué)危害，硫酸鹽會(huì)產(chǎn)生大量熱量。當(dāng)這些熱量無(wú)法合理排出時(shí)，很容易在煤礦內(nèi)部結(jié)構(gòu)中引發(fā)火災(zāi)，從而對(duì)自然資源和員工安全造成明顯損害。

5 礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治

5.1 建立地質(zhì)災(zāi)害防控機(jī)制

有關(guān)部門(mén)和政府應(yīng)建立地面沉降防治聯(lián)合責(zé)任制，完善地面沉降監(jiān)測(cè)互聯(lián)網(wǎng)。推進(jìn)地面沉降和地表水開(kāi)采聯(lián)合防治。政府部門(mén)應(yīng)限制一些地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重的礦山開(kāi)采，禁止地表水開(kāi)采，進(jìn)一步抵制地面沉降和地面沉降。開(kāi)采前，應(yīng)提前對(duì)礦山進(jìn)行檢查。在滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)地區(qū)，加強(qiáng)防護(hù)措施，制定地下防水工程管理規(guī)定，嚴(yán)格審批程序，避免過(guò)度開(kāi)采。

5.2 綠色礦山基礎(chǔ)建設(shè)

采礦產(chǎn)生的廢石和污水必須經(jīng)過(guò)處理后才能排放，并應(yīng)增加礦山健康植物群落的范圍。必要時(shí)，還可以移植植物群落，以避免滑坡和滑坡。根據(jù)礦山的自然地理?xiàng)l件，在裸露的山體人工種植植物群落，從總體上改善礦山的地質(zhì)環(huán)境。從現(xiàn)行政策、環(huán)境保護(hù)、綠色生態(tài)等方面，逐步推進(jìn)露天采礦企業(yè)的重組、整合、轉(zhuǎn)型升級(jí)，督促具體指導(dǎo)礦業(yè)企業(yè)規(guī)范開(kāi)采、靈活利用資源，并注重采礦的專(zhuān)業(yè)化、資源的高效利用、生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)?；?，建設(shè)具有標(biāo)準(zhǔn)化企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理和礦山自然環(huán)境特色的綠色礦山。

5.3 資源的二次利用

礦產(chǎn)資源是大自然賜予我們的禮物。人們?cè)陂_(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和利用礦產(chǎn)資源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的廢石和其他廢棄物?，F(xiàn)階段，不僅造成資源消耗，而且長(zhǎng)期積累將占用大量土地資源，堵塞河堤，污染農(nóng)田水體，破壞生態(tài)環(huán)境保護(hù)。因此，公司應(yīng)綜合利用固體廢物。廢石是一種不確定的二次資源。隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平的提高，這些廢物可以得到充分利用。公司應(yīng)根據(jù)中下游整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的基本建設(shè)，樹(shù)立資源二次利用意識(shí)，完成資源二次利用。

5.4 采礦期間的有效總體規(guī)劃

采礦前，應(yīng)選用高精度儀器測(cè)量礦山傾角，確保采礦成功。還需要從多方面掌握地質(zhì)構(gòu)造，在整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中預(yù)防滑坡、地面沉降、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。必須提前做好準(zhǔn)備和應(yīng)急措施。加強(qiáng)各施工隊(duì)的安全意識(shí)，對(duì)他們進(jìn)行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，讓他們了解地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)因素。此外，還必須嚴(yán)格執(zhí)行采礦規(guī)范進(jìn)行采礦。不允許過(guò)度開(kāi)采造成環(huán)境污染，并將整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)率降至最低。

5.5 加強(qiáng)資金的管理工作

公司應(yīng)設(shè)立重點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害防治基金，建立檢測(cè)預(yù)警信息、調(diào)查和應(yīng)急處理應(yīng)急預(yù)案，開(kāi)展科普活動(dòng)和業(yè)務(wù)培訓(xùn)。公司應(yīng)嚴(yán)格要求資金，確保財(cái)務(wù)資金安全以及合理應(yīng)用。公司還需要引進(jìn)優(yōu)秀的技術(shù)設(shè)備，加強(qiáng)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查，加大災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)論

隨著現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用水平的不斷提高，基于無(wú)人機(jī)高清航空攝影技術(shù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪方法的科學(xué)研究正在開(kāi)展。在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)中，將建立礦山地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，為礦山災(zāi)害提供合理的救援方法，提高礦山相關(guān)作業(yè)的安全系數(shù)。