引言

礦產(chǎn)資源是人類社會(huì)賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國家發(fā)展的重要支撐。近年來，無人機(jī)被廣泛用于各個(gè)行業(yè)中，如安全檢查、施工現(xiàn)場管理、監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)施，作物監(jiān)測、侵入性雜草測繪、水環(huán)境分析、土地利用分類、應(yīng)急監(jiān)測等。隨著礦產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展以及對高效率、高精度、高經(jīng)濟(jì)性礦山區(qū)域管理的要求，無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山開采和監(jiān)測中發(fā)揮著越來越重要的作用。采礦過程的各個(gè)階段可分為勘探、開采和復(fù)墾。在勘探階段，需要由地質(zhì)學(xué)家、礦物學(xué)家和地球物理學(xué)家等地球科學(xué)專家確定礦化目標(biāo)，然后在礦產(chǎn)開采階段，建設(shè)礦產(chǎn)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，利用重型設(shè)備開采礦石材料。最后，在復(fù)墾階段，將所有不良材料，如廢物、尾礦和污染的表層土，從礦區(qū)清除，并在地下區(qū)域適當(dāng)填充巖石材料。

由于無人機(jī)可以配備光學(xué)設(shè)備、覆蓋不同電磁波譜范圍的攝像機(jī)以及地球物理儀器，如磁性和自然伽馬射線傳感器，因此，無人機(jī)遙感技術(shù)可以用于礦山開采和監(jiān)測中的各個(gè)環(huán)節(jié)，如地質(zhì)地形測繪、礦產(chǎn)儲(chǔ)量估算，以及與斜坡安全、 道路運(yùn)輸和尾礦壩相關(guān)的監(jiān)測。

本文將無人機(jī)在整個(gè)采礦過程中的應(yīng)用分為勘探、開采三兩個(gè)階段，對無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的分析和總結(jié)，探究無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山開采和監(jiān)測管理中傳感器的類型選擇及各個(gè)階段的具體應(yīng)用前景。

無人機(jī)在礦山勘探階段的應(yīng)用

2.1 遙感地質(zhì)和結(jié)構(gòu)分析

在遙感地質(zhì)和構(gòu)造分析中，無人機(jī)主要用于獲取可見光、紅 外、多光譜和高光譜數(shù)據(jù)，然后對其進(jìn)行處理和分析，以測量地表特性。數(shù)碼相機(jī)圖像和高光譜數(shù)據(jù)廣泛用于地質(zhì)學(xué)、礦物測繪和勘探，并且已經(jīng)成為遙感的重要應(yīng)用方向。勘探測繪可以確定礦床特征與地表地質(zhì)學(xué)之間的關(guān)系。用于此的遙感技術(shù)包括磁成像學(xué)、高光譜和攝影測量。磁成像使用磁通門磁力計(jì)來檢測由于鐵磁礦物的磁性而引起的地球磁場變化。高光譜成像用于更廣泛的礦物，因?yàn)槊糠N化合物都顯示出獨(dú)特的光譜特征，基于吸收、發(fā)射或反射的電磁輻射的波長。

2.2 航空地球物理測量

基于無人機(jī)的地球物理調(diào)查在淺層目標(biāo)勘探方面優(yōu)于基于固定翼飛機(jī)或直升機(jī)的調(diào)查。因?yàn)樗鼈冊趶?fù)雜的地形 (例如山谷、廢物和礦石堆場以及尾礦壩) 上具有更高的可及性。因此，利用無人機(jī)獲取地球物理數(shù)據(jù)，如由磁特性對比引起的地球磁場，在礦山勘探和礦床定位中的應(yīng)用逐漸增多。

無人機(jī)在礦山開采階段的應(yīng)用

近年來，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的加大，對金屬礦產(chǎn)資源的需求也隨之增加。這也推動(dòng)了金屬礦山開采工作的進(jìn)一步發(fā)展。開采階段是采礦過程的核心，是從地球上提取礦物質(zhì)并加工成可銷售產(chǎn)品的地方。遙感無人機(jī)應(yīng)用在此階段表現(xiàn)突出。開采階段通常包括建筑活動(dòng)，如建筑、基礎(chǔ)設(shè)施、用于礦石處理的工廠和礦井。在此階段，確定了四個(gè)應(yīng)用 ：露天礦場的地形測量，巖石邊坡的分析，表面變形分析，地下礦山測量。

3.1 露天礦山測量

傳統(tǒng)的露天礦地形測量需要昂貴的測量設(shè)備（全站儀和地面激光掃描儀）和專業(yè)技術(shù)人員，成本較高，勘察不便。然而， 如果使用無人機(jī)，就可以在合理的預(yù)算范圍內(nèi)快速調(diào)查露天礦坑的廣闊區(qū)域。大多數(shù)應(yīng)用研究都是使用無人機(jī)獲取航空照片，并使用這些照片生成三維模型，進(jìn)行礦山地形測量。

3.2 巖石邊坡分析

無人機(jī)可用于巖石邊坡分析（包括難以直接進(jìn)入的巖石邊坡的穩(wěn)定性和不連續(xù)性分析）。

使用無人機(jī)系統(tǒng)和數(shù)字地面攝影測量可以記錄山體滑坡或難以到達(dá)的礦區(qū)。將礦山設(shè)置為研究區(qū)，使用無人機(jī)自動(dòng)拍攝航拍照片。然后，創(chuàng)建正射影像并建立滑坡區(qū)域的3D模型。此外，還可以使用數(shù)字地形攝影測量法對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行更詳細(xì)地記錄。

3.3 礦山表面變形分析

表面變形分析是一種用于結(jié)構(gòu)檢查的方法，方法采用密集的點(diǎn)云，將最新的點(diǎn)云與早期的點(diǎn)云進(jìn)行比較，以確定可能的位移。表面變形分析檢查傳統(tǒng)上是通過使用3D激光掃描儀來完成的，但遙感無人機(jī)符合表面變形分析檢查的技術(shù)要求。攝影測量通常用于無人機(jī)上的表面變形分析。運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分析與地面控制點(diǎn)一起使用，可以確保圖像的正確定位和地理參考。

3.4 地下礦山測量

專用于地下環(huán)境的無人機(jī)和儀器很少。類似的環(huán)境通常低能見度、開口狹窄、磁干擾和沒有GPS覆蓋。然而，如果無人機(jī)系統(tǒng)配備高分辨率相機(jī)、LED燈和熱傳感器，則有用的信息，如圖像（熱、光譜等）、距離、慣性測量單元（IMU）和聲音導(dǎo)航和測距數(shù)據(jù)，可以在礦工難以進(jìn)入的區(qū)域獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

4、結(jié)論

綜上所述，目前無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山開發(fā)的各個(gè)階段都有其廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，采用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行礦山應(yīng)用，成圖速度快、精度高而均勻、成本低、不受氣候 及季節(jié)限制，能夠在人員和其他設(shè)備難以進(jìn)入的區(qū)域工作，并且能夠快速獲取數(shù)據(jù)。無人機(jī)可以低空飛行，可以獲得高密度的高分辨率數(shù)據(jù)。此外，只需簡單培訓(xùn)即可輕松控制和操縱無人機(jī)也是一個(gè)優(yōu)勢。因此，無人機(jī)可以用于礦山開發(fā)任務(wù)，如航測、航 空物探、環(huán)境監(jiān)測等。

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審核編輯 黃宇