無人機(jī)遙感測繪在礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用研究

丁 婷

作為我國資源重要組成部分的金屬礦產(chǎn)資源，為我國生產(chǎn)行業(yè)健康發(fā)展起到了能源支撐作用，高效合理的采集利用金屬礦產(chǎn)能夠更好的發(fā)揮資源價值，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)。不過現(xiàn)階段金屬礦產(chǎn)資源開采工作在找礦技術(shù)限制影響下，并未取得理想的礦產(chǎn)資源開發(fā)結(jié)果，改善這一現(xiàn)狀的最好方式就是改革創(chuàng)新相關(guān)技術(shù)。應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查中地質(zhì)找礦技術(shù)需要進(jìn)一步創(chuàng)新來提升應(yīng)用效果，提升金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)水平。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)概述

1.1 技術(shù)內(nèi)涵

無人機(jī)遙感技術(shù)是一種比較先進(jìn)的探測技術(shù)，主要應(yīng)用電磁波原理實(shí)施金屬礦產(chǎn)勘查，如圖1所示。在地質(zhì)勘探過程中，傳感器可以獲得遠(yuǎn)地目標(biāo)的輻射反射電磁波、紅外線以及可見光等，采集分析和處理相關(guān)信息，最終形成影像，識別目標(biāo)物體及周圍景物。在現(xiàn)代遙感技術(shù)中，主要涉及到了對信息的獲取、傳輸、存儲和處理等。遙感系統(tǒng)則是能夠完成上述功能的整套系統(tǒng)，獲取信息的遙感器時期核心部分。相比于傳統(tǒng)技術(shù)，遙感技術(shù)的主要優(yōu)勢就在于整體性和直觀性更強(qiáng)。在礦山地質(zhì)勘查作業(yè)當(dāng)中，應(yīng)用遙感技術(shù)能夠?yàn)榈V產(chǎn)開采工作提供更多充足的信息資源，提高了礦產(chǎn)資源開采效率，同時利用遙感技術(shù)可以確定礦山地質(zhì)條件，減少地面環(huán)境因素的影響和限制。與許多傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比，遙感技術(shù)能夠探測的范圍實(shí)現(xiàn)了很大的增加，能夠確保地質(zhì)勘查工作的順利完成。

1.2 無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用礦產(chǎn)資源勘查的必要性

1.2.1 技術(shù)優(yōu)勢強(qiáng)

我國的許多礦山都位于山區(qū)，各個礦產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對于不同礦層來說，都是非常重要的產(chǎn)業(yè)。然而過去的礦產(chǎn)資源開發(fā)還存在許多局限性和不足，例如資源開發(fā)過多或無法獲取合理利益，造成礦產(chǎn)框架受到破壞，同時威脅了周圍的生態(tài)環(huán)境。有研究顯示，在一些小型礦山開采中，采用傳統(tǒng)開采方法，造成的生態(tài)破壞或塌陷等事故問題，占比達(dá)到了30%左右。而運(yùn)用遙感技術(shù)能夠從多個方面對傳統(tǒng)礦山開采的不足之處加以解決，在具體操作中不會受到較大的條件限制，同時遙感技術(shù)能夠利用遠(yuǎn)程操控的方式，進(jìn)行礦山地質(zhì)調(diào)查和預(yù)測，能夠提前分析和討論采礦過程中可能遇到的問題，提前做好應(yīng)對措施，減少損失及不良影響。

1.2.2 安全系數(shù)高

遙感技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有更高的安全性。近年來，由于技術(shù)水平的限制，很多小型礦山開采當(dāng)中，都會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的安全問題，甚至造成了財產(chǎn)損失和人員傷亡。發(fā)生這些情況主要是由于傳統(tǒng)技術(shù)水平不夠穩(wěn)定和安全，難以在有利的條件下合理估測地質(zhì)條件及周圍環(huán)境。而遙感技術(shù)可以通過非人工的方式進(jìn)行地質(zhì)勘查，保證了較高的安全系數(shù)，同時能夠準(zhǔn)確了解周圍環(huán)境，有目標(biāo)的指定開采工作，能夠更好的保護(hù)生態(tài)環(huán)境。遙感技術(shù)能夠提高人員作業(yè)過程中的安全性，對礦山開采中可能出現(xiàn)的事故提前發(fā)現(xiàn)，做好積極防范，減少安全事故的發(fā)生。

2 金屬礦產(chǎn)資源勘查分析

2.1 勘查現(xiàn)狀

盡管我國礦產(chǎn)資源非常豐富，不過由于資源本身不具有再生性，自然形成時間十分漫長，正式開采前需要做好相應(yīng)的勘查工作才能為后續(xù)環(huán)節(jié)奠定可靠基礎(chǔ)，提升礦產(chǎn)資源價值的發(fā)揮程度。就現(xiàn)階段情況來說，仍有一些問題存在于我國礦產(chǎn)資源勘查中，最為突出的問題就是一些礦產(chǎn)企業(yè)資源浪費(fèi)，原因之一就是部分企業(yè)對貧礦作出了故意損壞行為，這一問題得不到有效改善勢必會制約我國礦產(chǎn)資源利用與發(fā)展。此外，隨著社會發(fā)展對礦產(chǎn)資源需求量的提升，人們必須致力于強(qiáng)化資源開發(fā)技術(shù)，面對礦產(chǎn)資源供不應(yīng)求的情況時，只有通過引進(jìn)其他國家礦產(chǎn)資源來解決資源短缺問題，不過這種獲取資源的方式長此以往就會影響著我國能源經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，所以還要高度重視資源供需平衡關(guān)系的保持，杜絕不平衡的供需關(guān)系影響到礦產(chǎn)資源發(fā)展，全方位優(yōu)化礦產(chǎn)行業(yè)經(jīng)營，通過創(chuàng)新資源開發(fā)技術(shù)帶動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.2 勘查原則

2.2.1 統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排

正是因?yàn)槲覈慕饘儋Y源分布不均勻、開采難度大，所以地質(zhì)勘查單位要提前做好規(guī)劃和安排，詳細(xì)如下：第一，工作人員要樹立全局觀念，用可持續(xù)發(fā)展的眼光看待勘查工作，不能盲目的在意短期效益，忽略了礦產(chǎn)資源的長期價值，更不能忽略當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境而毫無計劃的勘查礦產(chǎn)；第二，單位要做好組織建設(shè)工作，合理安排勘查人員，組建一支專業(yè)能力強(qiáng)、具備技術(shù)實(shí)力的勘查隊(duì)伍，為金屬資源的勘查提供人才支持，合理選擇先進(jìn)、科學(xué)的勘查技術(shù)，遵循適度勘查原則，針對性的制定勘查方案，以免技術(shù)應(yīng)用不合理而給礦區(qū)造成環(huán)境破壞，浪費(fèi)礦產(chǎn)資源。

2.2.2 遵循規(guī)律、合理布局

金屬資源的分布以及礦區(qū)的所在地均具有客觀性，勘查工作應(yīng)遵循客觀性從整體上把握，尋找和總結(jié)客觀規(guī)律，避免盲目開采造成資金浪費(fèi)。為了更好的順應(yīng)環(huán)境，遵循客觀規(guī)律，勘查人員應(yīng)提前做好礦區(qū)所在地的調(diào)查工作，全面了解水文、氣候特點(diǎn)以及地形地貌、交通布局、工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀等，提高礦產(chǎn)資源勘查的科學(xué)性，避免盲目開采嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡，造成不必要的資源浪費(fèi)。

2.2.3 分清主次、有序勘查

金屬資源的勘查流程比較復(fù)雜，涵蓋了各方面的要素，為了充分落實(shí)綜合、復(fù)雜的勘查任務(wù)，應(yīng)該清晰的梳理和規(guī)劃勘查流程。在組成勘查工作的各個要素中，技術(shù)十分關(guān)鍵，勘查單位的技術(shù)水平、綜合實(shí)力很大程度上決定了礦產(chǎn)資源的開發(fā)效率以及勘查的精準(zhǔn)度，所以勘查單位應(yīng)該重視應(yīng)用信息化技術(shù)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)信息平臺，通過大數(shù)據(jù)以及信息化等手段，準(zhǔn)確迅速的獲取礦產(chǎn)資源的分布信息，全面掌握勘查資料。可以將勘查流程劃分為幾個階段，即前期、中期和后期。每個階段的工作重點(diǎn)不同，勘查單位應(yīng)該妥善安排、合理設(shè)計，保證全面落實(shí)各階段的相關(guān)工作，獲得完整的勘查信息，為之后的礦產(chǎn)開發(fā)提供依據(jù)。

2.3 勘查流程

第一，預(yù)查。前期的預(yù)查工作主要是為了獲得詳細(xì)的金屬礦產(chǎn)資源的分布特點(diǎn)、礦石成分等信息，這一階段勘查人員應(yīng)該根據(jù)事先明確的礦區(qū)位置，綜合考慮礦區(qū)周圍的地理環(huán)境來研究現(xiàn)有資料。通過野外探測、工作驗(yàn)證等方式確定具體的礦產(chǎn)資源普查區(qū)域，并預(yù)估該區(qū)域之后的開發(fā)效益，充分做好勘查前期的準(zhǔn)備工作；第二，普查，指勘查人員深入、全面的分析具有開發(fā)價值的礦區(qū)，明確礦產(chǎn)資源分布區(qū)域的大概范圍，以便更好的定位、搜尋礦產(chǎn)資源，形成詳細(xì)、真實(shí)、可行的普查報告，然后呈報給上級部門，上級部門在分析普查報告的基礎(chǔ)上制定礦區(qū)開采方案，以指導(dǎo)后續(xù)工作；第三，勘探。科學(xué)的規(guī)劃有色金屬的開發(fā)方案，這是勘查工作順利開展的前提。勘探礦產(chǎn)資源主要是指具體、細(xì)致的分析礦區(qū)信息，并對后期開采中可能遇到的安全隱患、風(fēng)險因素進(jìn)行預(yù)測，并制定應(yīng)急預(yù)案，而且要形成指導(dǎo)礦區(qū)開采的書面文件。

3 無人機(jī)遙感測繪在金屬礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用

3.1 技術(shù)要點(diǎn)

3.1.1 結(jié)合GPS感應(yīng)系統(tǒng)

為了保證無人機(jī)遙感測繪在金屬礦產(chǎn)資源勘查中發(fā)揮更為理想的作用效果，可以結(jié)合GPS感應(yīng)系統(tǒng)實(shí)施作業(yè)，確保能夠?qū)崿F(xiàn)信息采集任務(wù)高效、精確的完成。具有全球定位功能的GPS系統(tǒng)可通過衛(wèi)星完成無線電導(dǎo)航定位，實(shí)時的將三維坐標(biāo)信息數(shù)據(jù)提供給勘察工作人員，使用該項(xiàng)技術(shù)的工作人員在信息收集分析方面獲得莫大的支持，相比以往做到了更高的工作效率。為了在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)該系統(tǒng)價值，需要相關(guān)人員圍繞GPS系統(tǒng)構(gòu)建融合了多個功能板塊的系統(tǒng)性體系，包括信號檢測、信號接收和信號轉(zhuǎn)化等，為順利開展找礦工作提供便利條件。這一體系的運(yùn)行關(guān)鍵在于巖石礦物自身的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分具有穩(wěn)定性特點(diǎn)，所以在相對穩(wěn)定的光譜吸收情況下，礦物質(zhì)之間會出現(xiàn)差異化的吸收表現(xiàn)，由此來判定不同礦物質(zhì)的輻射能力，此時的工作人員可以利用波普設(shè)備，將目標(biāo)區(qū)域中的樣本巖石作為研究對象開始光譜曲線測定，隨后提取存儲于資源庫中的光譜數(shù)據(jù)與測量結(jié)果進(jìn)行對比，逐一分析和判斷目標(biāo)區(qū)域中的礦物質(zhì)量，從而為后續(xù)金屬礦產(chǎn)開采提供參考信息。

3.1.2 三場異常約束技術(shù)的融合

這里的“三場”具體指的是地、物、化三場，在地殼運(yùn)動過程中產(chǎn)生的金屬礦四周擁有相當(dāng)復(fù)雜的地質(zhì)條件。我國現(xiàn)有的金屬礦勘察工作都局限于淺層，在資源慢慢匱乏的進(jìn)程中，必須持續(xù)的往更深層地質(zhì)進(jìn)行金屬礦挖掘，但深度的限制導(dǎo)致開采難度很大，所以必須創(chuàng)新改革已有的找礦技術(shù)。在老礦山覆蓋區(qū)或者深部地區(qū)就可以將三場異常約束技術(shù)應(yīng)用到定位預(yù)測中，要想實(shí)現(xiàn)最大化的資源利用，就要在金屬礦開采環(huán)節(jié)中整體且細(xì)致的分析礦產(chǎn)資源組成與分布，從物理和化學(xué)兩個層面對礦產(chǎn)資源特征進(jìn)行分析，了解與其相關(guān)的地質(zhì)條件和環(huán)境信息，進(jìn)一步明確地質(zhì)構(gòu)造和最終成礦之間的聯(lián)系，基于這種密切的聯(lián)系來定位金屬礦的所在。與此同時，就已有的數(shù)據(jù)信息可以利用起來做一個地層基礎(chǔ)模型，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)二維到三維立體模型的轉(zhuǎn)化，從側(cè)面提升數(shù)據(jù)勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性并賦予其直觀性特征，幫助后期分析礦產(chǎn)分布。值得注意的是要在找礦之前擬定完整的勘測計劃，每項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用方式和流程都要做到絕對明確，因此保證技術(shù)應(yīng)用效果。

3.2 應(yīng)用要點(diǎn)

3.2.1 資源查找

在金屬礦產(chǎn)的勘查中，遙感技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，這是一種將遙感與數(shù)字虛擬技術(shù)相互結(jié)合的新技術(shù)，能夠?yàn)楦咝Х奖愕牟檎疑畈康V產(chǎn)資源提供方便。遙感技術(shù)能夠從飛機(jī)、衛(wèi)星等飛行器上收集全球范圍內(nèi)的電磁輻射信息，并對地球環(huán)境、資源分布情況做出判斷，這也是現(xiàn)階段智能化水平最高的一種金屬礦產(chǎn)勘查方法，通過遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，將電磁波信息輸送至計算機(jī)端，形成地表和地下的清晰圖像，幫助勘查人員獲得直觀、形象、生動的礦產(chǎn)信息。通過分析光譜圖，還可以掌握具體的礦區(qū)構(gòu)造特點(diǎn)。利用數(shù)字虛擬技術(shù)，能夠立體化的處理光譜圖，明確礦產(chǎn)資源的分布位置。而且遙感技術(shù)不僅可以詳細(xì)的勘查礦區(qū)的地質(zhì)情況，還能發(fā)現(xiàn)礦區(qū)的異常之處，比如某次利用遙感技術(shù)勘查，獲得了一些異常特征值數(shù)據(jù)。運(yùn)用遙感技術(shù)，能夠及時發(fā)現(xiàn)礦區(qū)中位置地層因明顯錯動而產(chǎn)生的電磁波信息，分析出礦區(qū)斷裂層的構(gòu)造和發(fā)育特點(diǎn)，并獲得異常特征值，這種勘查技術(shù)顯著降低了金屬資源的勘查難度，提高了勘查的精準(zhǔn)度。

3.2.2 重點(diǎn)礦區(qū)補(bǔ)充勘查

在這些礦區(qū)的勘查中，遙感衛(wèi)星是可以進(jìn)行初步勘查的，但是由于遙感衛(wèi)星的拍攝距離較遠(yuǎn)以及分辨率較低等因素，在進(jìn)行實(shí)際的礦區(qū)拍攝中，其會存在拍攝的圖片質(zhì)量不佳的情況，嚴(yán)重影響到對礦區(qū)的實(shí)際分析與調(diào)查。另外，遙感衛(wèi)星的拍攝是成周期性的，在針對礦區(qū)及礦產(chǎn)資源的勘查中，其困難會受到天氣或者是植被遮擋的影響，在一定程度上會造成遙感衛(wèi)星勘查結(jié)果不全面的情況發(fā)生。因此，在上述情況的基礎(chǔ)上，在遙感衛(wèi)星確定大致的礦區(qū)范圍及礦區(qū)的基本情況后，接下來的工作就可以采用無人機(jī)遙感技術(shù)對該礦區(qū)內(nèi)的具體情況進(jìn)行勘查，針對遙感衛(wèi)星無法清晰呈現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行無人機(jī)遙感技術(shù)的補(bǔ)充勘查。該勘查技術(shù)的應(yīng)用，其主要的原理是針對遙感衛(wèi)星無法進(jìn)行清晰拍攝的礦區(qū)內(nèi)容及情況進(jìn)行再次補(bǔ)充性的勘查。有關(guān)工作人員及單位，在結(jié)合遙感衛(wèi)星捕捉的影像與無人機(jī)遙感拍攝的影像進(jìn)行對比后，其能夠?qū)崿F(xiàn)對該礦區(qū)內(nèi)資源及礦區(qū)分布情況的分析，將無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，其是確保礦區(qū)內(nèi)容勘查合理的關(guān)鍵。

3.2.3 輔助野外勘查

我國地大物博，很多礦區(qū)分布在荒無人煙的野外地區(qū)，這些原始性的野外地區(qū)在沒經(jīng)過開發(fā)的情況下，工作人員進(jìn)行實(shí)地勘查的可能性很小，并且技術(shù)工作人員能夠到實(shí)地勘查，其也會面臨較多的危險。因此，在這樣的情況下，就需要借助到無人機(jī)遙感勘查技術(shù)對這些原始性較強(qiáng)，工作人員難以深入的地區(qū)進(jìn)行勘查。一般情況下，該勘查方式主要集中在對野外礦區(qū)及礦產(chǎn)資源的勘查中，特別是集中在尚未開發(fā)的地區(qū)中，所以在實(shí)際應(yīng)用的過程中，對野外的勘查中，依靠無人機(jī)遙感技術(shù)其能夠起到代替工作人員進(jìn)行勘查目的，實(shí)現(xiàn)勘查的合理。

3.2.4 地質(zhì)信息提取

礦山地質(zhì)信息與災(zāi)害的發(fā)生有一定的關(guān)系，長期開采引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞是造成礦山災(zāi)害主要原因，或是地殼運(yùn)動造成形態(tài)變化等，這些地質(zhì)因素變化可能是長時間積累造成的，或是一次開采中過度所致。應(yīng)用遙感技術(shù)獲取相應(yīng)的地質(zhì)信息圖像，了解地質(zhì)構(gòu)造及活動構(gòu)造情況，明確礦區(qū)地貌情況及地質(zhì)條件等，在此基礎(chǔ)上合理調(diào)整開采方案，避免開采過程中發(fā)生塌陷等事故。在地質(zhì)信息當(dāng)中，需要對不同結(jié)構(gòu)線性、位置等加以了解，更好地應(yīng)用遙感技術(shù)分析礦山地質(zhì)條件，并通過遙感技術(shù)獲取充足的礦山地質(zhì)信息，保證礦山開采合理性。

3.2.5 地質(zhì)勘查中對斷裂的分析

在礦山地質(zhì)勘查中，經(jīng)常會遇到斷裂的情況，其主要是由于長時間開采造成的。應(yīng)用遙感技術(shù)能夠分析斷裂發(fā)生原因，照片拍攝后采用三維成像進(jìn)行分析，不同的結(jié)構(gòu)用不同的顏色表示。遙感技術(shù)測量地貌結(jié)構(gòu)，也能分析具體差異，根據(jù)顏色的不同，用線條和構(gòu)造來劃分每個位置的地貌結(jié)構(gòu)。例如，利用遙感技術(shù)可以清楚地顯示有渠道或溪流的地區(qū)。通過遙感技術(shù)獲取充足的信息后，仔細(xì)分析斷裂的情況，結(jié)合周邊環(huán)境確定發(fā)生原因，相應(yīng)調(diào)整開采方案。

3.2.6 監(jiān)測資源損害

應(yīng)用遙感技術(shù)的監(jiān)測因子，能夠分析礦產(chǎn)資源損害的情況。不過監(jiān)測因子涉及到十分廣泛的范圍，例如礦產(chǎn)及周邊自然植被等。遙感技術(shù)能夠使監(jiān)測范圍擴(kuò)大，同時使監(jiān)測精度提升。操作空間分辨率能夠進(jìn)一步強(qiáng)化，受災(zāi)資源的空間分布圖清晰顯示，同時對地面沉降等問題進(jìn)行監(jiān)測。此外，利用遙感技術(shù)能夠?qū)φ麄€礦山地勢地貌特點(diǎn)進(jìn)行清晰的觀察，在操作上完善功能數(shù)據(jù)圖像及相關(guān)信息，降低了工作難度，實(shí)現(xiàn)了對資源損害有效監(jiān)測。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)遙感技術(shù)在我國對金屬礦產(chǎn)資源需求逐步上升的過程中有必要探索升級、改革和創(chuàng)新要點(diǎn)，以更高效、更精準(zhǔn)、更便捷的方式定位礦產(chǎn)資源分布位置和具體構(gòu)造，為礦產(chǎn)開采奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提升金屬礦產(chǎn)開采量，在推動礦產(chǎn)資源勘察開發(fā)效率的同時，確保滿足社會發(fā)展對礦產(chǎn)資源的需求。