無(wú)人機(jī)航測(cè)在露天礦山中的應(yīng)用
摘要:露天礦山地形復(fù)雜多變,導(dǎo)致傳統(tǒng)測(cè)量難度大、效率低、成本高,迫切需要一種更為高效快捷的測(cè)量手段,應(yīng)用于露天礦山資源開(kāi)發(fā)的全生命周期中。
無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有耗時(shí)短、數(shù)據(jù)采集精度高、成果三維可視化程度高等特點(diǎn),已成功應(yīng)用于城市規(guī)劃、農(nóng)林測(cè)量、應(yīng)急救災(zāi)、地形地貌測(cè)量等方面。李德仁等從無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、飛行姿態(tài)控制與導(dǎo)航、傳感器技術(shù)等方面分析了無(wú)人機(jī)航測(cè)存在的問(wèn)題及應(yīng)用前景。劉聰?shù)?、章?mèng)霞等分析了露天礦區(qū)的特點(diǎn),采用低空無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù),得到了礦山的三維數(shù)字模型,滿足1∶2 000比例尺成圖精度要求。袁修孝等利用自行設(shè)計(jì)的GPS輔助低空航攝系統(tǒng),在大于100 km2的區(qū)域僅布置4個(gè)地面控制點(diǎn),且滿足平地1∶500的地形測(cè)圖的精度要求。近幾年,隨著無(wú)人機(jī)類型的小型化、系列化開(kāi)發(fā)取得突破性進(jìn)展,包括固定翼、復(fù)合翼、多旋翼等多種機(jī)型,加上飛行控制系統(tǒng)的智能化、集成化,性價(jià)比越來(lái)越高,安全性越來(lái)越好,操控也更加簡(jiǎn)便,基本擺脫了傳統(tǒng)測(cè)繪行業(yè)的專業(yè)束縛。新型輕小型無(wú)人機(jī)的采購(gòu)單位、應(yīng)用領(lǐng)域和操作人員均逐步從專業(yè)的“測(cè)繪屬性”,轉(zhuǎn)向各行各業(yè)開(kāi)始普遍推廣應(yīng)用的“大眾屬性”,相關(guān)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的專用輕小型無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)。
露天礦山地形復(fù)雜多變,導(dǎo)致傳統(tǒng)測(cè)量難度大、效率低、成本高,迫切需要一種更為高效快捷的測(cè)量手段,應(yīng)用于露天礦山資源開(kāi)發(fā)的全生命周期中。新型輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的突破,使之常態(tài)化地自主進(jìn)行無(wú)人機(jī)測(cè)繪的外業(yè)和內(nèi)業(yè)作業(yè)成為可能。但是,該技術(shù)雖在露天礦山開(kāi)采領(lǐng)域有不少成功應(yīng)用案例,但仍不普及、不系統(tǒng)、不全面、不深入,沒(méi)有充分發(fā)揮新手段、新技術(shù)的優(yōu)勢(shì);未能做到全方位、全周期地應(yīng)用所獲測(cè)繪成果,用以提高露天礦山資源開(kāi)發(fā)利用的技術(shù)管理水平。
綜上所述,總結(jié)新型輕小型無(wú)人機(jī)在露天礦山的推廣應(yīng)用情況和成功經(jīng)驗(yàn),分析發(fā)展趨勢(shì),具有重要的指導(dǎo)意義。
一、無(wú)人機(jī)航測(cè)支撐技術(shù)的發(fā)展
輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng),依賴于無(wú)人機(jī)航測(cè)相關(guān)支撐技術(shù)的發(fā)展和瓶頸突破,特別是無(wú)人機(jī)硬件、無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x器和測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件四個(gè)方面。
1.1 無(wú)人機(jī)硬件的發(fā)展
近年來(lái),各種復(fù)合高強(qiáng)度輕質(zhì)材料的出現(xiàn),如玻璃纖維、碳纖維等逐漸取代傳統(tǒng)材料,使無(wú)人機(jī)具有質(zhì)量輕、體積小、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能高等特點(diǎn),極大地保證了機(jī)身的穩(wěn)定性和安全性。太陽(yáng)能電池、新型聚合物電池及混合動(dòng)力能源應(yīng)用于無(wú)人機(jī)動(dòng)力方面,飛行參數(shù)穩(wěn)定,可更好地滿足航攝飛行的技術(shù)指標(biāo)要求。
基于上述新材料、新動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了復(fù)合翼無(wú)人機(jī)和多旋翼的無(wú)人飛行器兩種新機(jī)型。新型復(fù)合翼無(wú)人機(jī),兼具固定翼飛機(jī)及旋翼直升機(jī)的優(yōu)勢(shì),起飛和降落時(shí)通過(guò)旋翼升空或降落,其他階段通過(guò)固定翼高速飛行,同時(shí)較好地保證升降和前拉動(dòng)力能量的合理分配,有利于無(wú)人機(jī)的安全起降與平穩(wěn)飛行,是使用范圍廣、航測(cè)效率高的新機(jī)型,主要用于較大區(qū)域的測(cè)繪。多旋翼無(wú)人機(jī)通過(guò)飛行控制器與GPS定位的輔助,改變每個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速可達(dá)到精準(zhǔn)控制無(wú)人機(jī)姿態(tài),如懸停、旋轉(zhuǎn)、翻滾等動(dòng)作,可在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)指定工作區(qū)域,迅速實(shí)現(xiàn)垂直起降操作,具有飛行穩(wěn)定、定位精確、機(jī)動(dòng)性好、航測(cè)精度高、可搭載航測(cè)設(shè)備種類多等優(yōu)勢(shì)。但由于攜帶多個(gè)電動(dòng)機(jī),導(dǎo)致航測(cè)時(shí)間相對(duì)較短、飛行效率降低,主要用于中小區(qū)域的測(cè)繪。
因此,新型無(wú)人機(jī)硬件的發(fā)展,首先依靠新材料和新動(dòng)力能源的基礎(chǔ)技術(shù)支撐,帶動(dòng)了無(wú)人機(jī)機(jī)型的變革和發(fā)展,催生了垂直升降的固定翼無(wú)人機(jī)和多旋翼的無(wú)人飛行器等新型無(wú)人機(jī);具備價(jià)格較低、飛行性能好等屬性,且擺脫了傳統(tǒng)測(cè)繪行業(yè)的專業(yè)束縛,是普遍推廣應(yīng)用的前提和基礎(chǔ),促使了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的發(fā)揮,加速了無(wú)人機(jī)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)。
1.2 無(wú)人機(jī)定位與控制技術(shù)的發(fā)展
無(wú)人機(jī)是搭載測(cè)量?jī)x器的平臺(tái),也需要滿足所搭載測(cè)量?jī)x器的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)要求。主要體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)的姿態(tài)控制與精確定位技術(shù)兩個(gè)方面,無(wú)人機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)獲取了測(cè)量瞬時(shí)無(wú)人機(jī)的航偏角、俯仰角和滾轉(zhuǎn)角,其與描述像片空間姿態(tài)的角元素存在對(duì)應(yīng)關(guān)系;借助無(wú)人機(jī)的精確定位技術(shù),獲取無(wú)人機(jī)在測(cè)量瞬間的空間位置,其與測(cè)量?jī)x器的攝影中心點(diǎn)空間位置相對(duì)固定,可簡(jiǎn)單進(jìn)行空間位置換算。
基于無(wú)人機(jī)航測(cè)實(shí)際需求的改變,非線性動(dòng)態(tài)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制和組合導(dǎo)航等方法的應(yīng)用范圍更廣。通過(guò)動(dòng)態(tài)控制,可從不同方面提高無(wú)人機(jī)的飛行性能,降低氣流、干擾源等對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程的影響,保證整個(gè)飛行計(jì)劃中的控制效果,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)飛行。
在新型輕小型無(wú)人機(jī)精確定位方面,實(shí)時(shí)差分全球定位技術(shù)是一種新型常用的衛(wèi)星定位測(cè)量方法,普遍應(yīng)用于飛行速度相對(duì)較慢的多旋翼無(wú)人機(jī)的精確定位。事后差分全球定位技術(shù),不能提高導(dǎo)航精度,但是能夠通過(guò)事后數(shù)據(jù)處理精確地獲取測(cè)量瞬間的無(wú)人機(jī)位置,其不必實(shí)時(shí)進(jìn)行無(wú)人機(jī)空間位置的定位計(jì)算,因此受衛(wèi)星數(shù)和信號(hào)強(qiáng)弱的影響小,普遍應(yīng)用于飛行速度相對(duì)較快的固定翼無(wú)人機(jī)。
1.3 測(cè)量?jī)x器的發(fā)展
隨著高分辨率單鏡頭數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展,機(jī)身質(zhì)量更輕,光學(xué)成像精度和圖像分辨率越來(lái)越高,校驗(yàn)后的單反數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)能夠滿足無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的要求。盡管其并不能直接描繪被測(cè)區(qū)域的全貌,但測(cè)量效率高,可通過(guò)后期的圖像解析復(fù)原被測(cè)對(duì)象的三維屬性和顏色屬性,是一種經(jīng)濟(jì)且高效的航空測(cè)量手段。
各種新型先進(jìn)的傳感器也不斷涌現(xiàn),如三維激光掃描儀、小型多光譜/超光譜成像技術(shù)、合成孔徑雷達(dá)技術(shù)、Li-DAR成像技術(shù)等;不僅可以獲取地形地貌,還可實(shí)現(xiàn)被測(cè)區(qū)域色彩的區(qū)分及危險(xiǎn)源的辨識(shí)。且高精度傳感器的體積及重量日漸趨于小型化,傳感器的運(yùn)行也更為平穩(wěn),可較好地反映被測(cè)區(qū)域的清晰畫(huà)面,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)拍攝的目的,但是測(cè)量效率明顯低于低空航測(cè)。傳感器的綜合化及模塊化使用,使得測(cè)量成圖的精度得以保證,具有高分辨率、色彩豐富的特點(diǎn),具備飛行控制系統(tǒng)通信、獲取飛行參數(shù)、解算適宜曝光時(shí)間、修正曝光時(shí)間、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等功能,更為智能化。
高性能測(cè)量?jī)x器呈現(xiàn)性能更優(yōu)、體積更小的趨勢(shì),不再是搭載能力大、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)的大中型無(wú)人機(jī)的專屬。輕小型無(wú)人機(jī)搭載的測(cè)量?jī)x器,近年來(lái)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在:一是在測(cè)量?jī)x器的小型化、輕型化;二是測(cè)量精度和測(cè)量效率的提升;三是測(cè)量手段的多樣化和集成化,為輕小型無(wú)人機(jī)開(kāi)展高精度航測(cè)作業(yè)提供了保障。
1.4 測(cè)量數(shù)據(jù)后處理軟件的發(fā)展
無(wú)人機(jī)測(cè)繪配套的測(cè)量數(shù)據(jù)后處理軟件也得到了較快發(fā)展,其種類較多,主要有PixelFac-tory、Inpho、PixelGrid、DPGrid等軟件系統(tǒng),其基于集群網(wǎng)格化的并行計(jì)算,可實(shí)現(xiàn)影像的預(yù)處理、自動(dòng)空三測(cè)量、同名點(diǎn)的密集匹配及影像的加工等,實(shí)現(xiàn)了測(cè)量的簡(jiǎn)單化及智能化。常用的空中三角解析法,可實(shí)現(xiàn)航測(cè)影像的加密處理,將二維航測(cè)圖像轉(zhuǎn)化為三維密集點(diǎn)云。此外,立體矢量采集模塊可測(cè)制矢量地形圖,接收無(wú)人機(jī)航測(cè)的圖像。GPS輔助空中三角測(cè)量的技術(shù)也有了一定的研究,取代了傳統(tǒng)的地面控制點(diǎn)布設(shè),可較好地保證測(cè)量精度。
綜上所述,四個(gè)支撐技術(shù)的發(fā)展與集成創(chuàng)新,使新型輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)具備了優(yōu)越的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo),為推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、露天礦山無(wú)人機(jī)航測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
目前,輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)在露天礦山方面的應(yīng)用不斷拓寬,主要包括礦區(qū)監(jiān)測(cè)及植被覆綠情況、礦區(qū)地形地貌測(cè)量與危險(xiǎn)源辨識(shí)、土石方量的計(jì)量等。
2.1 礦區(qū)監(jiān)測(cè)及植被覆綠情況的調(diào)查分析
1) 礦區(qū)的監(jiān)測(cè)。輕小型無(wú)人機(jī)的一次航測(cè)面積可達(dá)5 km2以上,精度高;對(duì)于大型礦山而言,一個(gè)或幾個(gè)架次基本可以滿足測(cè)量需求。對(duì)于礦區(qū)實(shí)際情況的調(diào)查、各種隱患的源頭監(jiān)控、露天礦區(qū)土地復(fù)墾情況及評(píng)價(jià)等,都有著重要的指導(dǎo)意義。由于礦區(qū)的各種擾動(dòng)效應(yīng)眾多,應(yīng)考慮不同的測(cè)量目的,實(shí)現(xiàn)差異化的無(wú)人機(jī)傳感器類型選擇。各種高性能及特色相機(jī)的使用,可實(shí)現(xiàn)礦區(qū)基礎(chǔ)信息的綜合采集,保證礦區(qū)的監(jiān)測(cè)效果。
2) 礦區(qū)植被覆綠情況的調(diào)查。輕小型無(wú)人機(jī)可在礦山植被生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行快速拍攝,清楚了解植被的覆蓋范圍、生長(zhǎng)趨勢(shì)及植被成活率等,為后期植被覆綠的評(píng)價(jià)及后期計(jì)劃的制定提供參考。結(jié)合圖像信息的NDVI植被指數(shù)提取技術(shù),可獲取露天礦山原生植被及后期植被覆綠的范圍,成活率及植被的種類、生長(zhǎng)密度及長(zhǎng)勢(shì)等,得到植被的變化圖斑。最后,可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行綜合分析。輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)在露天礦山植被覆綠情況調(diào)查的應(yīng)用,減少了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工作效率,同時(shí)保證了檢查的質(zhì)量,有效地改善了礦山植被覆綠的監(jiān)控現(xiàn)狀。
2.2 礦區(qū)地形地貌測(cè)量與危險(xiǎn)源辨識(shí)
1)露天礦區(qū)的地形地貌測(cè)量。輕小型無(wú)人機(jī)采用先進(jìn)遙感傳感器技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和通訊技術(shù)等,利用自帶傳感器及數(shù)據(jù)處理軟件,可短時(shí)間內(nèi)獲取礦區(qū)的數(shù)字三維模型、等高線分布情況、臺(tái)階的實(shí)際開(kāi)采情況等,實(shí)現(xiàn)了礦山的數(shù)字化建設(shè)與信息化處理;且航測(cè)的精度較高,地表建構(gòu)筑物清晰可見(jiàn),可滿足礦山1∶2 000成圖要求。通過(guò)地形地貌測(cè)繪,可以清楚直觀地了解采場(chǎng)全貌及局部情況。
2)邊坡測(cè)量及各類危險(xiǎn)源的辨識(shí)。露天礦山開(kāi)采的工序復(fù)雜多變,存在著許多安全隱患,可能引起滑坡、泥石流等災(zāi)害,進(jìn)而造成難以挽回的損失。主要有溫度異常區(qū)、不穩(wěn)定邊坡(排土場(chǎng))、各種污染源等現(xiàn)象。高分辨率衛(wèi)星可快速準(zhǔn)確地獲取礦區(qū)塌陷范圍,清晰地得知細(xì)節(jié)信息,為分析塌陷的影響因素及影響程度等提供數(shù)據(jù)支持。但衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的成本高,難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間地監(jiān)控。露天礦山的高溫區(qū)探測(cè)方面,三維激光掃描技術(shù)及紅外成像技術(shù)已有了應(yīng)用,但探測(cè)成本偏高,測(cè)量的效率較低,且不夠安全。
2.3 礦區(qū)土石方量的計(jì)量
露天礦山土石方量的確定,對(duì)于礦山的生產(chǎn)規(guī)劃及成本監(jiān)控、工程款結(jié)算等,有著重要的意義。輕小型無(wú)人機(jī)為礦石方量的計(jì)算提供了新的思路,其不受礦山地形的影響,可在短時(shí)間內(nèi)獲取相應(yīng)區(qū)域的礦石儲(chǔ)量,快捷方便,可行性高。與計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了礦山地形地貌的三維模型重建,成本低且測(cè)量高效。無(wú)人機(jī)測(cè)量的方法顯著提高了測(cè)量的工作效率,保障了礦堆體積變化的監(jiān)測(cè)精度,形成了露天礦山工程量計(jì)算評(píng)估新模式,較好地滿足了礦山的土石方量計(jì)算及生產(chǎn)計(jì)劃的要求。
三、露天礦山輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)存在的問(wèn)題及應(yīng)用前景
3.1 當(dāng)前存在的問(wèn)題
1)電池續(xù)航性能問(wèn)題。由于輕小型無(wú)人機(jī)的機(jī)身體積及承重能力有限,難以攜帶多塊電池,且目前電池的續(xù)航性能一般,如鋰聚合物電池,只能維持在1 h左右,對(duì)于面積在10 km2以上的大型礦山而言,難以實(shí)現(xiàn)一次安全覆蓋性的航測(cè)工作。一定程度上,增加了航測(cè)的工作量,且多個(gè)架次需要航測(cè)路線的局部重疊,造成了不必要的浪費(fèi)。
2)測(cè)量精度控制問(wèn)題。露天礦山測(cè)量期間,影響輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)精度的因素較多,主要與獲取影像的清晰度、傳感器的類型、像控點(diǎn)布置等有關(guān)。由于露天礦區(qū)開(kāi)采區(qū)域的環(huán)境復(fù)雜多變,導(dǎo)致控制點(diǎn)的布設(shè)存在一定的難度,且受環(huán)境及車輛的干擾強(qiáng),一定程度上導(dǎo)致獲取的圖像及信息的精度不高,對(duì)于后期的儲(chǔ)量計(jì)算及生產(chǎn)調(diào)度指揮有一定的影響。
此外,傳感器的類型及靈敏度情況,也是影響航測(cè)精度的一大因素。數(shù)碼相機(jī)、三維激光掃描儀、激光雷達(dá)等,受制于露天礦山測(cè)量的目的,在選取時(shí),應(yīng)進(jìn)行綜合分析。且無(wú)人機(jī)航測(cè)中,單一的傳感器的應(yīng)用效果并不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
3)測(cè)量數(shù)據(jù)處理問(wèn)題。目前,無(wú)人機(jī)航測(cè)平臺(tái)多樣,均需要配套的專用軟件和硬件系統(tǒng),測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理軟件的兼容性差,故在數(shù)據(jù)分析和處理過(guò)程中,需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類輸入,導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理的前期準(zhǔn)備和后期分析工作繁瑣,數(shù)據(jù)耗時(shí)長(zhǎng),專業(yè)性要求較高。如何能有效統(tǒng)一、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)輸入、輸出的過(guò)程和標(biāo)準(zhǔn),是提高航測(cè)數(shù)據(jù)處理效率的重要方面。
3.2 輕小型無(wú)人機(jī)露天航測(cè)的發(fā)展前景
1)礦區(qū)勘查與規(guī)劃設(shè)計(jì)。輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可對(duì)存在安全隱患的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量,而且測(cè)量效率高、成本低。搭載單反相機(jī)的固定翼無(wú)人機(jī),幾個(gè)架次就可以完成礦區(qū)及其周邊的地形地貌特征的測(cè)繪。進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)后處理,可獲得航測(cè)區(qū)域的三維或者二維地圖,直接服務(wù)于露天礦山的前期勘探測(cè)量、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境調(diào)查、礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用方案編制和露天礦山規(guī)劃設(shè)計(jì)等。
2)礦山生產(chǎn)計(jì)劃編制與現(xiàn)場(chǎng)管理。輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)可實(shí)現(xiàn)大型露天礦山的全覆蓋三維建模,獲取整個(gè)礦區(qū)的實(shí)景全貌,及時(shí)更新地形地貌,此是生產(chǎn)計(jì)劃編制和施工現(xiàn)場(chǎng)管理的技術(shù)基礎(chǔ)??梢约皶r(shí)而準(zhǔn)確地了解礦區(qū)的宏觀采場(chǎng)現(xiàn)狀,如開(kāi)采平臺(tái)的位置、范圍及空間關(guān)系等,掌握礦區(qū)道路及排土場(chǎng)的空間分布關(guān)系等,亦可對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的高精度航測(cè),為礦山生產(chǎn)計(jì)劃編制與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置提供依據(jù),保證長(zhǎng)期生產(chǎn)計(jì)劃與短期配礦得以良好地實(shí)施。
同時(shí),可進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)度與管理,例如礦山臨時(shí)道路的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況檢查與糾偏、各平臺(tái)采剝作業(yè)的計(jì)量與管理等,有利于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度員落實(shí)生產(chǎn)計(jì)劃、合理安排施工設(shè)備,使得現(xiàn)場(chǎng)管理決策更加科學(xué)化、合理化。
3)復(fù)雜地形測(cè)量與工程計(jì)量。露天礦山的復(fù)雜地形區(qū)域及存在安全隱患的區(qū)域,例如高陡邊坡區(qū)域、塌方區(qū)域、地下存在不穩(wěn)定采空區(qū)的區(qū)域等,可選擇高精度的無(wú)人機(jī)航測(cè)方案進(jìn)行精確測(cè)量,快速精確獲取復(fù)雜區(qū)域、危險(xiǎn)區(qū)域的地形數(shù)據(jù),生成特定區(qū)域的三維數(shù)字模型,為制定針對(duì)性的施工方案和技術(shù)措施奠定基礎(chǔ)。在露天礦山工程計(jì)量方面,輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)可有效進(jìn)行工程量的圈定與計(jì)量,耗時(shí)較短,精度較高,極大改善了工作環(huán)境,并提高了工作效率。
4) 礦山安全監(jiān)管。輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)測(cè)量效率高、精度高、性價(jià)比高,且無(wú)需接觸危險(xiǎn)區(qū)域就可以獲得高陡邊坡周邊和排土場(chǎng)全域的地形地貌信息,遠(yuǎn)程踏勘分析高陡邊坡和排土場(chǎng)的局部開(kāi)裂與滑塌情況,而且所有測(cè)量數(shù)據(jù)的可視性非常好,為科學(xué)合理地研究對(duì)策與方案奠定基礎(chǔ)。另外,借助高效、高精度的航測(cè)手段,可獲得采場(chǎng)與多個(gè)排土場(chǎng)的空間位置關(guān)系、排土場(chǎng)的堆積形態(tài)、堆積范圍變化等數(shù)據(jù),及時(shí)而精確地反饋排土場(chǎng)的技術(shù)參數(shù),從而對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行排土管理與安全監(jiān)控。同時(shí),可通過(guò)對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行定期的間歇性航測(cè),對(duì)比兩期或多期的航測(cè)結(jié)果,分析排土場(chǎng)堆積體的形態(tài)變化與發(fā)展趨勢(shì),對(duì)排土場(chǎng)的滑塌等安全隱患進(jìn)行監(jiān)控與預(yù)警。
5)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控與閉坑管理。在礦山開(kāi)發(fā)的全生命周期,都可以應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)效率高、成本低、非接觸測(cè)量安全性高的優(yōu)勢(shì),進(jìn)行露天礦山及其周邊的生態(tài)環(huán)境監(jiān)控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能的生態(tài)環(huán)境影響,從而制定環(huán)境保護(hù)措施和方案。隨著國(guó)家綠色礦山建設(shè)的不斷推進(jìn),露天礦山的復(fù)墾復(fù)綠也是礦山生產(chǎn)和閉坑階段的重要內(nèi)容,可利用無(wú)人機(jī)攜帶專業(yè)化的傳感器,達(dá)到確定復(fù)綠范圍及植被生長(zhǎng)情況等的目的。同時(shí),搭載不同的傳感器,可實(shí)現(xiàn)區(qū)域與植被生長(zhǎng)情況的統(tǒng)一調(diào)查,分析植被的高度、存活率等,對(duì)露天礦山的復(fù)綠工作極為有利。
四、結(jié)論
1)輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展,取決于無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)、定位系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的進(jìn)步、測(cè)量?jī)x器性能及數(shù)據(jù)處理軟件四個(gè)方面的突破。
2) 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可較好地生成露天礦山的三維地形地貌,分析礦區(qū)植被覆綠范圍及生長(zhǎng)狀態(tài)等,同時(shí)也可用于礦區(qū)滑坡等危險(xiǎn)源的標(biāo)識(shí)及監(jiān)控。相比于傳統(tǒng)的工程量計(jì)算方法,其具有較好的優(yōu)勢(shì)。
3)輕小型無(wú)人機(jī)存在電池續(xù)航、圖像數(shù)據(jù)精度及數(shù)據(jù)處理的不兼容性等問(wèn)題,一定程度上制約了在露天礦山航測(cè)方面推廣應(yīng)用。本文提出了輕小型無(wú)人機(jī)在露天礦山航測(cè)發(fā)展前景,可較好地應(yīng)用于露天礦山的全生命周期中。
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