引言

礦產(chǎn)資源是人類社會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，無人機被廣泛用于各個行業(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)濟性礦山區(qū)域管理的要求，無人機遙感技術(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。

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

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

無人機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)，然后對其進行處理和分析，以測量地表特性。數(shù)碼相機圖像和高光譜數(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，因為每種化合物都顯示出獨特的光譜特征，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)于基于固定翼飛機或直升機的調(diào)查。因為它們在復(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。

無人機在礦山開采階段的應(yīng)用

近年來，隨著社會生產(chǎn)力的加大，對金屬礦產(chǎn)資源的需求也隨之增加。這也推動了金屬礦山開采工作的進一步發(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。遙感無人機應(yīng)用在此階段表現(xiàn)突出。開采階段通常包括建筑活動，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，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獲取航空照片，并使用這些照片生成三維模型，進行礦山地形測量。

3.2 巖石邊坡分析

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

使用無人機系統(tǒng)和數(shù)字地面攝影測量可以記錄山體滑坡或難以到達的礦區(qū)。將礦山設(shè)置為研究區(qū)，使用無人機自動拍攝航拍照片。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)域進行更詳細地記錄。

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，方法采用密集的點云，將最新的點云與早期的點云進行比較，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上的表面變形分析。運動結(jié)構(gòu)分析與地面控制點一起使用，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，如果無人機系統(tǒng)配備高分辨率相機、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，目前無人機遙感技術(shù)在礦山開發(fā)的各個階段都有其廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，采用無人機遙感技術(shù)進行礦山應(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)備難以進入的區(qū)域工作，并且能夠快速獲取數(shù)據(jù)。無人機可以低空飛行，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也是一個優(yōu)勢。因此，無人機可以用于礦山開發(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