无人机遥感技术在矿山开发中的应用研究

引言

矿产资源是人类社会赖以生存的重要物质基础，是国家发展的重要支撑。近年来，无人机被广泛用于各个行业中，如安全检查、施工现场管理、监控基础设施，作物监测、侵入性杂草测绘、水环境分析、土地利用分类、应急监测等。随着矿产行业的发展以及对高效率、高精度、高经济性矿山区域管理的要求，无人机遥感技术在矿山开采和监测中发挥着越来越重要的作用。采矿过程的各个阶段可分为勘探、开采和复垦。在勘探阶段，需要由地质学家、矿物学家和地球物理学家等地球科学专家确定矿化目标，然后在矿产开采阶段，建设矿产生产基础设施，利用重型设备开采矿石材料。最后，在复垦阶段，将所有不良材料，如废物、尾矿和污染的表层土，从矿区清除，并在地下区域适当填充岩石材料。

由于无人机可以配备光学设备、覆盖不同电磁波谱范围的摄像机以及地球物理仪器，如磁性和自然伽马射线传感器，因此，无人机遥感技术可以用于矿山开采和监测中的各个环节，如地质地形测绘、矿产储量估算，以及与斜坡安全、 道路运输和尾矿坝相关的监测。

本文将无人机在整个采矿过程中的应用分为勘探、开采三两个阶段，对无人机遥感技术在矿山行业中的应用进行系统的分析和总结，探究无人机遥感技术在矿山开采和监测管理中传感器的类型选择及各个阶段的具体应用前景。

无人机在矿山勘探阶段的应用

2.1 遥感地质和结构分析

在遥感地质和构造分析中，无人机主要用于获取可见光、红 外、多光谱和高光谱数据，然后对其进行处理和分析，以测量地表特性。数码相机图像和高光谱数据广泛用于地质学、矿物测绘和勘探，并且已经成为遥感的重要应用方向。勘探测绘可以确定矿床特征与地表地质学之间的关系。用于此的遥感技术包括磁成像学、高光谱和摄影测量。磁成像使用磁通门磁力计来检测由于铁磁矿物的磁性而引起的地球磁场变化。高光谱成像用于更广泛的矿物，因为每种化合物都显示出独特的光谱特征，基于吸收、发射或反射的电磁辐射的波长。

2.2 航空地球物理测量

基于无人机的地球物理调查在浅层目标勘探方面优于基于固定翼飞机或直升机的调查。因为它们在复杂的地形 (例如山谷、废物和矿石堆场以及尾矿坝) 上具有更高的可及性。因此，利用无人机获取地球物理数据，如由磁特性对比引起的地球磁场，在矿山勘探和矿床定位中的应用逐渐增多。

无人机在矿山开采阶段的应用

近年来，随着社会生产力的加大，对金属矿产资源的需求也随之增加。这也推动了金属矿山开采工作的进一步发展。开采阶段是采矿过程的核心，是从地球上提取矿物质并加工成可销售产品的地方。遥感无人机应用在此阶段表现突出。开采阶段通常包括建筑活动，如建筑、基础设施、用于矿石处理的工厂和矿井。在此阶段，确定了四个应用 ：露天矿场的地形测量，岩石边坡的分析，表面变形分析，地下矿山测量。

3.1 露天矿山测量

传统的露天矿地形测量需要昂贵的测量设备（全站仪和地面激光扫描仪）和专业技术人员，成本较高，勘察不便。然而， 如果使用无人机，就可以在合理的预算范围内快速调查露天矿坑的广阔区域。大多数应用研究都是使用无人机获取航空照片，并使用这些照片生成三维模型，进行矿山地形测量。

3.2 岩石边坡分析

无人机可用于岩石边坡分析（包括难以直接进入的岩石边坡的稳定性和不连续性分析）。

使用无人机系统和数字地面摄影测量可以记录山体滑坡或难以到达的矿区。将矿山设置为研究区，使用无人机自动拍摄航拍照片。然后，创建正射影像并建立滑坡区域的3D模型。此外，还可以使用数字地形摄影测量法对监测区域进行更详细地记录。

3.3 矿山表面变形分析

表面变形分析是一种用于结构检查的方法，方法采用密集的点云，将最新的点云与早期的点云进行比较，以确定可能的位移。表面变形分析检查传统上是通过使用3D激光扫描仪来完成的，但遥感无人机符合表面变形分析检查的技术要求。摄影测量通常用于无人机上的表面变形分析。运动结构分析与地面控制点一起使用，可以确保图像的正确定位和地理参考。

3.4 地下矿山测量

专用于地下环境的无人机和仪器很少。类似的环境通常低能见度、开口狭窄、磁干扰和没有GPS覆盖。然而，如果无人机系统配备高分辨率相机、LED灯和热传感器，则有用的信息，如图像（热、光谱等）、距离、惯性测量单元（IMU）和声音导航和测距数据，可以在矿工难以进入的区域获取相关数据。

4、结论

综上所述，目前无人机遥感技术在矿山开发的各个阶段都有其广泛的应用。与传统的测量技术相比，采用无人机遥感技术进行矿山应用，成图速度快、精度高而均匀、成本低、不受气候 及季节限制，能够在人员和其他设备难以进入的区域工作，并且能够快速获取数据。无人机可以低空飞行，可以获得高密度的高分辨率数据。此外，只需简单培训即可轻松控制和操纵无人机也是一个优势。因此，无人机可以用于矿山开发任务，如航测、航 空物探、环境监测等。

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审核编辑 黄宇