無人機在露天礦方量計算中的應用

韓 健

（華北地質勘查局五一四地質大隊，河北 承德 067000）

施工單位在對露天礦山進行設計、開采的過程中，需要進行大量的測繪工作。技術人員要根據露天礦山的實際特點，進行精準的地形測量、礦區控制測量、邊坡穩定性測量和方量測量等。露天礦山測量工作非常繁瑣，不同類型的露天礦山需要采取不同的測量方法，技術人員需要具備較高的勘測水平[1]。施工單位在進行礦山開采的過程中，容易形成大面積的危巖體，部分區域難以抵達，因此需要積極改變傳統的測量方法，引入更加完善的新技術、新方式，提高露天礦山測量的效率和安全性。

1 無人機在露天礦方量計算中的應用優勢

由于無人機勘測技術速度較快，靈活性較強，能夠不受礦山地形等物理因素的限制，擁有較好的三維可視化效果，在土地治理、地質災害防控等領域應用越來越廣泛。很多露天礦山項目規模較大，地形結構復雜，采用傳統的測量方式不僅需要支付大量的人力、物力、財力成本，并且勘測數據的可靠性有待于提升[2]。最近幾年，無人機勘測技術日益成熟，給地質勘測行業提供了新的契機。相關技術人員利用無人機進行露天礦山的測繪工作，能夠大幅度提升測繪的精準程度，具有較高的可操作性。

目前，相關工作者利用Pix4D軟件對礦山進行航拍圖像的自動識別，可以生成高精準度的三維數字模型，極大地提高了測繪工作的效率。同時，可以利用無人機航測技術構建尾礦庫數字模型，保證尾礦庫勘測的安全性。無人機勘測技術可以實現1：500的高精度要求，通過近景攝影系統的操作，可以對露天礦山臺階爆破進行格式化設計，從而解決傳統勘測過程中建模周期長，資料不完整等問題。

綜上所述，無人機勘測技術有著重要的應用優勢，在三維模型構建、礦山方量計算等方面發揮重要作用，需要技術人員深入分析無人機勘測技術的應用特點，結合露天礦山的實際情況進行有效的應用，保證方量計算工作的準確性。

2 無人機勘測的技術要求

地質勘測人員在利用無人機進行露天礦方量計算的過程中，需要重點進行開發前和開發后的數據采集，要利用Virtual Surveyor數據處理軟件對信息進行建模分析，引入開挖區域范圍來精確計算方量的實際數值。

2.1 無人機勘測準備工作技術要求

首先要進行測區踏勘，地質工作者應當充分了解勘測地形的實際情況，要確定施工開挖的方量范圍，設置合適的無人機起飛點，為數據采集工作做好相應的準備。技術人員要利用Agisoft Photoscan Professional軟件，對無人機行測數據進行處理，要借助軟件功能生成完善的DOM和DSM模型，并且要對探測數據進行自動精度檢核，要達到實際的分析處理要求[3]。由于很多露天礦山周圍環境非常復雜，存在臨時房屋和工程機械設備等障礙物，因此技術人員需要利用數字表面模型來進行數據糾正，要通過Virtual Surveyor對地表要素進行切除處理，得到高精準度的數字高程模型，將處理后的數字高程模型進行疊加，導入Virtual Surveyor軟件，確定礦山規模范圍，最后得出實際的方量值。

2.2 無人機測繪系統選型技術要求

技術人員要充分發揮無人機航測技術無死角的應用優勢，要搭載高精準度的攝像頭來進行礦山區域的數據采集。通常情況下，小型無人機采集的數據是定性的，難以滿足礦山定量化勘測的數據要求。而中型和大型無人機可以搭載更加先進的勘測設備，但是成本較高，對駕駛員的操作技術也有更高要求，經濟效益較低。因此，施工單位應當對礦山項目的測量精度和勘測成本進行有效控制，盡可能選擇性價比高的小型民用無人機來進行露天礦山的勘測和建模工作。不同的無人機所采取的礦山測量與建模方式不同，所搭載的儀器和設備也有著較大的差異。技術人員應當兼顧勘測與建模系統的經濟性與實用性，合理設置三維建模的技術指標，順利開展露天礦山的方量計算工作。

2.3 無人機調度指揮技術要求

施工單位在進行露天礦山的開采過程中，需要保證無人機調度指揮系統的適應性，要對其中的影像采集與三維建模功能進行參數設置，綜合考慮現場開采規劃和安全生產管理的各方面要求，實現下達及執行生產調度的目的，要確保通過PDCA循環提高管理水平與效果[4]。技術人員需要重點完善無人機調度系統執行層的參數設置，要保證勘測工作的準確性與時效性，快速形成可視化的礦山數據模型。同時要對管理層的數據進行完善的應用，要保證指導調度現場的實際效果，對實景巡查和工程量計量等方面進行功能優化。

2.4 航線規劃技術要求

航線規劃設計是無人機外業工作的關鍵，因此技術人員應當根據無人機系統自帶的圖形來顯示礦山區域的地形地貌，要結合勘測過程中獲取的氣候信息，布置4個架次，充分覆蓋礦山的整個區域。為了保證最高處重疊率，需要將航向和偏向的重疊度設置在65%以上，航攝比例設置為1：500，采用定點曝光的方式進行攝影勘測，從而保證攝影圖像的清晰效果。

3 無人機在露天方量計算中的應用途徑

為了保證現場勘測工作的有效進行，施工單位的技術人員應當對無人機的勘測數據進行實時解析，要從外業作業來獲取必要的巡測數據，將數據信息錄入到內業處理軟件中，獲得高精準度的巡測結果，結合實際的生產需要對現場進行有效的調度指揮。

3.1 無人機巡測的外業工作設置

無人機外業作業的準備包括地面站安裝、飛機組裝、相機調試、飛行計劃設計等。技術人員應當分別收集航拍外作業的POS數據，并且要對POS數據的查分和圖像進行匹配，要滿足圖像解析軟件處理的格式要求。同時，要利用采集的航拍圖像進行坐標的自動生成，要保證圖像生成的效果，對其中的控制點進行調試，獲得礦山工程整體的三維模型密集點云。然后要利用專業的后臺數據軟件對三維密集點云進行局部臺階剖面分析，獲得標準化的規劃圖。技術人員要在三維模型數字規劃的基礎之上建立礦山的數據實景模型，控制無人機進行航點數據采集，對礦山進行全方位的實景巡查，要了解礦山宏觀的物理數據。必地質勘測單位必要時應當利用小型旋翼無人機來補充采集數據，從而獲取更加完整、精準的礦山動態信息。要對比礦山三維規劃設計和實際實行數據的差異，并分析產生的原因，保證無人機調度計劃的適應性[5]。另外，施工單位需要及時進行調度指令的監督與糾正，要重復并迭代檢查無人機的實際運行情況，對下一輪的實行數據進行更新和分析，實現管理水平的PDCA循環提升。技術人員要充分發揮無人機GPS定位系統的功能優勢，要快速獲取瞬間的空間位置，并與攝影中心進行數據校對，要通過解析空中三角數據的方式來還原無人機實際的巡測位置。目前，技術人員通常需要利用區域網平差的方法，對一定區域內的控制點進行加密處理，從而保證坐標位置的準確性。

3.2 航測數據的內業處理設置

施工單位為了保證露天礦山數據模型的屬性效果，需要將二維航拍圖像轉化成三維密集點云。由于目前所應用的無人機可以在短時間內獲取龐大的數據信息，因此技術人員應當利用Pix4D軟件進行快速的數據轉換，要自動生成3D模型，借助系統的空間屬性還原功能對距離數值進行加權計算，從而構建數字正射影像圖。

在進行露天礦的開采過程中，技術人員需要將開采前后的數據利用DEM模型進行轉換，要先在三級軟件3DMine中轉化成DEM表面模型，構建封閉的DTM模型，并將該模型分解成若干個方格，進行塊體模型分析。要具體計算每個方格的體積量，最終通過方格網疊加的方式計算出總工程量，從而得到采礦量和剝離量。施工單位要合理設置無人機的有效作業時間，通常需要保證每次作業時間為30min，航拍為0.8km2，從而有效提升勘測效率。在進行露天礦方量分析的過程中，要利用航測系統對數據進行預處理，生成數字高程模型，并轉化成GRD、DXF等數據文件，結合Flac3D等模擬軟件的要求,實現方量的定性計算。

3.3 調度系統設置

技術人員需要不斷完善開拓系統的規劃與設計，要基于Pix4D軟件對礦山的長度、面積、體積進行快速測量，從而確定實際的開采規模。要對石料開采工程的參數進行可視化分析，合理規劃，施工設備的配置方式。同時，要保證多規格石開采計劃的科學性，提升地表三維模型與工程地質資料的匹配程度，根據爆破巖體的發育程度來確定規格石種類，從而提高爆破效率。并且還要實現遠程專家診斷，要基于三維密集點云構建數字表面模型，對數據進行局部優化處理，及時了解露天礦山工程的實景巡查效果，一旦發現勘測異常情況，要及時進行指令調整。由于大多數礦山地理位置較為偏僻，因此需要將航測結果及時傳送到總指揮室，由采礦專家進行遠程的審閱調控，優化礦山開采工藝，順利開展各項勘測生產工作。

4 結語

在當前的時代背景下，礦山施工單位應當充分發揮無人機技術的優勢作用，要根據露天礦山實際的生產作業要求，靈活選擇無人機類型和建模方式，要在現場勘測的過程中，科學設置無人機起飛點，根據礦山周圍的環境特點和氣候類型來規劃航測路線。同時，技術人員要不斷優化無人機航測系統的程序設置，借助完善的數據處理軟件進行高效的信息轉換工作，生成高精準度的數字模型，從而保證露天礦山方量計算的準確性與可靠性，為施工單位的現場作業提供完善的技術支撐。