机载雷达矿上监测应用

张向涛

（福州君道空间信息技术有限公司，福建 福州 350001）

为满足各类型工业发展的原材料需求和人们日常生活的能源供应，我国各类型的矿场数量以及规模都在不断上升和扩张，一味的对矿产资源进行无节制的开采，导致国内的矿山环境急剧恶化，不确定性的隐患因子增加，受矿山区域内地址环境、气候变化、人为操作失误等因素，严重威胁着矿山的生产安全和人员的生命财产安全。根据有关数据显示，仅2018年一年的时间就有近50起严重程度不一的矿难事故发生[1]，造成巨大人员和经济损失，为社会蒙上了一层不小的阴影。在矿区开采的过程中，各种不稳定的环境因素和人为因素都是危险因子，随时可能都会成为矿难事故的导火索，必然会带来人员设备的巨大损伤，致使矿区生产停顿，打乱原有的生产计划安排。

1 矿上监测现状分析

在当前阶段，由于缺少创新科技的融入，以及矿山开采方对于矿上开采日常监测重要性的认识与重视程度不足，所以，我国矿区通常使用的传统监测方法主要还是依靠技术人员使用简陋的探测设备，在环境恶劣的矿山进行实地勘测，不但工作人员的自身安全和工作环境无法得到保障[3]，而且受地理环境的限制，有些地方是单纯的人力操作所无法触及的，利用简单仪器所监测到的数据也存在偏差，不够全面。因此，在矿区的运营和管理中急需投入新的技术手段来保障工作人员的人身安全，降低人工监测的难度，有效扩大矿上监测的范围，提高所获取监测数据的精准度，最大限度减少工作环境所造成的客观局限性和危险性。

目前，在矿上监测工作中，GPS点监测技术得到了部分应用，但是该技术手段在前期引进时的资本投入较大，并且需要在监测区域内布置多个监测基点，施工难度相对较大，后期也需要投入较高的维护成本[2]，近年来随着无人机技术的快速发展，为满足地面及地理条件复杂区域的地面监测工作的必须，无人机技术与雷达技术实现了有机的融合，机载雷达技术开始应用到矿上监测工作中，并取得了较好的反响。

2 无人机载雷达技术分析

无人机技术与雷达探测技术集合了无人机拍摄技术、激光技术与光电探测技术等多个当下领先的技术，探测部分包含信号发射系统、信号接收系统、信息处理等部分。随着无人机技术与雷达探测技术的不断发展与普及，其运营成本以及获取数据的精准度得到了全面的提升，具有精准度高、监测范围广、自动性强且操作简便等优点，集成激光测距、GPS系统和惯性导航系统技术等为一体[3]，与常规的人工的监测手段相比，机载雷达技术能有力的突破地表植被等覆盖物直达地表，获取到地质特征中可能会造成矿场出现问题的隐藏环境信息，可以准确的获取监测地区自身及周边环境的隐藏的不易被发现的动态变化，适用于矿上的日常环境监测和管理。

将无人机载雷达技术应用在矿上的监测工作中，主要将对机载雷达系统组成和测距原理的探究最为基础，通过一定的特定方法和操作获取规定矿场区域内的状况数据，并对所采集到的数据进行数据处理，可获取矿场区域内的环境状态和隐患问题等有效信息，为矿上各类威胁生产与安全的隐患问题、自然灾害等提供有效的监测预警。无人机载雷达监测技术在矿上监测工作中的应用，可以极大解决矿上人工监测以及GPS技术等监测方式的不足，不但降低了工作人员矿上监测工作的难度和危险性，还能有效提高监测数据采集作业的效率和精度。

3 机载雷达矿上监测作业流程

3.1 监测区域的选择

为保证机载雷达所监测到数据信息的准确性和针对性，首先要将需要纳入监测范围内的矿场实际区域录入到系统内，这样可以保证机载雷达在进行监测作业时，所监测到都是所指定的区域范围，有利于对所监测到的数据进行时间轴纵向的对比，更容易的找到当前矿上所存在的环境隐患[4]。如果任由机载雷达对矿上进行随意监测，所获得的数据无法进行有效的对比，很难精确的查找到当前矿上存在的各种隐患问题。

3.2 检查区域布置

在确定好监测区域的整体框架后，还需要对高监测区域进行检查点的分布与采集，这样更加方便机载雷达对需监测区域的锁定，确保每次所监测的数据具有可对比和分析的意义。

3.3 对监测区进行数据采集

在做好所有矿上区域范围确定的准备工作后，工作人员就可以操纵无人机设备在监测区域内通过挂载雷达传感设备来进行有效数据的获取[1]，在这个过程中机载雷达可根据实际需要，采用无人机低空摄影测量、点云测量等多种测量方式来进行。在监测过程中，机载设备首先需要在规定的检测区域内200m～300m高度的上空飞行采集正射影像，这个过程中保持平稳的飞行高度，以便确保所获取的地面信息的精确性，以便用该数据做改监测区域内地形参考模型，再通过搭在自适应地形飞行设备，分别保持对区域内特定地区进行点云数据采集。

3.4 数据处理

使用机载雷达设备在提前所预设好的矿场区域内做好数据采集工作后，下一步就是要根据系统内所设定好的程序，对所获取到的数据进行一定的处理，来得到对矿上监测的有效数据，通过数据来分析和对比发现当前矿场区域内已经或者可能会出现的一些隐患问题，对这些问题进行及时有效的处理与预防，避免矿场出现重大安全事故，保障员工的生命安全和生产的平稳进行。

4 机载雷达性能要求

矿上监测工作的最根本的目标就是要高效、准确的获取矿山开采区域内的各项隐患问题的数据，为矿区影响安全生产的隐患问题排除提供最有效的数据参考，如何确保监测数据的有效性和准确性，就需要对机载雷达设备的性能提出以下几点要求[5]。

（1）机载雷达需要具备能在高温30℃，低温零下20℃的温度环境下作业的系统性能。

（2）飞行器操作系统、雷达探测系统都需要具备免相控功能。

（3）飞行器操作系统、雷达探测系统都要求对于探测物距离等方面数据测量具备极高的精准度。

（4）整个机载雷达监测系统在运行中需要多个设备进行配合，这就需要飞行器设备对其他探测设备具备一定的承载能力，以实现多种载荷配合使用。

5 结语

对于机载雷达探测技术，研究和使用最早的是欧美的一些发达国家，主要用来进行地质勘探和一些自然灾害等方面的探测和检测工作[6]。随着我国社会以及经济发展水平的不断提升，对于矿产资源的需求总量也将不断加大，而对于矿上的探测和检测技术还长时间停留在相对落后的阶段，为了保证我国矿产事业的稳定发展，降低工作人员的工作难度，提高作业人员的自身安全，将机载雷达技术应用于矿上监测工作中，就成为了新时期矿产事业正常展开与运营的重要保障。