无人机航测技术在堆积型铝土矿开采管理中的应用

韦乾昭

（广西华银铝业有限公司）

堆积型铝土矿广泛分布于广西百色、崇左一带，并向东南半岛延伸至越南北部。其矿体主要特点是埋藏浅、厚度小，平面上相对独立，分布范围较大。由于矿体特点，开采堆积型铝土矿平面推进速度快，工作面及采场地形变化非常快。传统测绘效率低，其成果时效性不高，提供的测量数据多为二维平面图、数据丰富性及可及性不足。要提高铝土矿开采管理效率，离不开大量、及时的现场数据，矿山技术人员、管理人员只有依赖更高质量、更多维度的测量数据，才能使设计方案更适合现场环境，日常作业指令下达与监管更具有可操作性与及时性。

随着无人机航测技术的快速发展，其已广泛应用于露天矿山测量、土地整治、山区道路勘测、地质灾害调查、森林资源调查等各个领域。无人机平台搭载的各类设备可提供多层次、多维度的测量数据，可为铝土矿开采管理提供有效数据保障。在堆积型铝土矿这种矿区范围大，地形地貌复杂多变，测量工作量大的矿山，无人机航测技术可大幅提高工作效率，缩短开采现状数据、图形更新周期，在紧急任务或突发事件的情况下，可快速响应获取数据，具有非常明显的优势［1-5］。

1 堆积型铝土矿开采管理问题

1.1 开采特点

堆积型铝土矿矿区范围面积大，矿体大小相差悬殊，以广西华银铝有限公司为例，其4个铝土矿矿区总面积达440.25 km2，共有矿体262个，保有净矿石量约为1.72亿t。其矿区内矿体大小相差悬殊，矿体面积最大为2.513 5 km2，最小为0.006 7 km2。矿体平均厚度为1.13～10.73 m，一般为3～9 m，矿体含矿率为472～1 251 kg/m3。矿区内各矿体自然封闭互不连接，分别采用单独的露天坑开采，其露天坑的平面尺寸和形态随矿体赋存面积和形态而定。设计开采矿体呈平面型分布，分布面积广，矿体多，厚度不大，埋藏浅，覆盖层薄，开采时平面推进速度快，雨季时采场作业条件差，主要采用公路开拓—铰接式汽车运输方式进行开采。平面推进型露天矿山，平均运距大，其中首采矿段平均运距约为5.5 km，往后逐年增加。矿山生产干线道路、支线道路修筑量大，道路使用期短。

1.2 传统开采管理主要问题

堆积型铝土矿特殊的赋存方式，决定了其矿山生产特点：采区面积大而分散，开采平面推进速度快，采场地形变化快，导致测绘工作任务量大。其需要测绘的内容包括采场地形测绘、采矿用地权属划分、矿山开采现状测绘、矿山各堆场盘存测量、尾矿库大坝变形观测、残矿回收土方测量等测量工作，工作任务繁重。此外，原有的测量手段效率低，无法及时更新生产数据，对矿山精准配矿有直接影响。

2 无人机航测技术技术特点

2.1 无人机航测作业流程

无人机航测作业按图1所示流程完成航摄影像数据的采集。

2.2 数据类型及技术优势

无人机航测主要由地面控制系统、飞行平台、高清摄像机及任务模块组成。地面控制系统操控无人机飞行状态、高度等，高清摄像机及任务模块则及时获取地面被测对象的高清影像，对飞行路线进行测绘数据的采集。

（1）航拍视频数据。无人机主要提供航测可生成航拍视频，视频可清晰、全局地了解矿区范围内的各类要素，如厂区道路，周边村屯，建筑物，地面作物类型等。

（2）正射影像数据。无人机航测可通过空三加密、数字表面模型（DSM）构建、镶嵌匀光等生成的正射影像。

（3）三维点数据。通过在无人机平台上挂载激光雷达，可以获取地物空间三维坐标信息的三维点数据，经过数据处理后实现点云分类，实现地表特征提取，可获得剔除植被之后的地面点，构建准确的数字地表高程模型（DEM）。

（4）三维实景模型数据。无人机倾斜摄影技术获取描述地物表面和侧面纹理信息可生成三维实景模型数据。

无人机航测具有操作简便，数据分辨率、准确性高，飞行测量期间基本不受地形影响、一次性测量面积大、立体直观地展示地形地貌等特点，无人机航测技术大大提高了测量效率。一次测量面积大，且可以获得正射影像图、三维模型，可以大幅减少测量人员的投入。由于测量效率的大幅度提高，也可以缩短现状测量的周期，为矿山生产配矿提供更为及时准确的数据支撑。

通过专用软件处理，可生成3mx、s3c、obj、osgb等格式的多视角三维模型，利用Acute3D Viewer等专业软件可以查看相关数据，同时做点云数据和正摄影像图。利用专业软件可查看三维模型，可初步计算任意对象的长度、高差、表面积、填挖量等。

3 无人机航测技术在堆积型铝土矿开采管理中的应用

3.1 在矿山采剥进度计划编制阶段的应用

矿山的采剥进度计划主要包括编制长远规划和年度采剥计划，根据年度采剥计划编制季、月、旬计划，生产过程中以日或班为周期编制生产配矿计划。

3.1.1 编制长远规划

华银铝矿区范围大，矿区内各矿体大小相差悬殊，分布分散。在编制长远规划时，了解各矿体以及矿体之间的现场环境对于编制规划非常重要。

目前编制规划主要依靠比例尺为1∶5 000、1∶10 000的地形图以及少量的外业调查了解现状，因此，各矿体之间的开拓线路选择、矿体之间开采顺序编制合理性较差。

传统地形图测量方法主要采用全站仪测量、GNSS-RTK测量，矿区范围大时，矿区范围内的地形更新慢。无人机航测工作速度快、成本低，能减少人力物力，可以机动灵活地进行采集地理信息，影像遥感信息等，同时形成比例尺为1∶1 000高精度地形图，让编制人员更直观、全面地了解规划编制时期矿区地形、地貌，能更好地根据实际情况进行规划编制。同时，也便于规划审查人员通过可视化模型进行开拓线路设计及矿体开采顺序合理性验证与评估。

3.1.2 短周期配矿计划编制

华银铝矿山短周期配矿计划主要是对长远规划、年度采剥计划等进行分解。

华银铝土矿开采为平面推进型，矿体厚度不大，采场推进速度快，开采现状变化快。另外，矿山生产规模大，矿山雨季采场出矿能力、运矿道路情况、难洗胶泥矿占比、生产数据采集时效等均是影响配矿工作的主要因素。综上，配矿指令编制人员需要快速、准确、全面地了解作业时间的各生产要素方可编制准确、可操作的配矿作业指令。根据旧有的生产组织流程，由于测量任务重，采场现状图均以月为周期进行更新，采场出矿能力、运矿道路情况等采用电话问询或是现场了解，所需时间长，导致配矿作业指令编制、调整滞后于现状。无人机航测可快速动态提供作业期内的采场开采现状、运矿道路等多维数据信息，技术员可根据三维模型，快速编制出符合现状的配矿作业指令，也可根据快速更新的信息判断原有配矿作业指令是否能有效执行等。

3.1.3 在开拓道路勘测及选线中应用

矿山平面推进速度快，平均运距大，矿山生产干线道路、支线道路修筑量大，道路使用期短。矿区开采范围内矿区地形地貌复杂，为中、低山碳酸盐岩溶地貌，矿体一般赋存在洼地和缓坡地。矿区内地形条件复杂，采用传统道路勘测手段非常艰难，部分区域由于地形坡度大、植被密集无法到达。无人机航测技术所提供的多维数据，使得矿山开拓道路选线上可以结合地形图、影像视频、三维模型等进行选线，可大大提高开拓道路选线的准确性和可靠性，提高作业效率。图2为矿区采场道路选线图。

3.2 在矿山采矿用地中的应用

采场用地涉及地类调查、权属划分等工作，利用无人机航测可以识别田坎、道路，能够划分土地、地类，通过搭载多光谱摄像头，将测绘、地类调查、植被情况等信息可以一次性收集，除减少人工实地调查工作量外，其正射影像还可做为用地前土地利用情况记录，以便采矿复垦后开展对比，图3为矿区地类调查正影像+地形图。

3.3 在矿山日常生产监管阶段的应用

矿山开采活动是一个动态、连续过程，采矿作业制度为每天三班制。生产作业指令需要各班能准确交接、严格执行。现阶段生产调度、采矿技术员、生产班组长在进行采场采运作业交接班时，多采用口述或是在二维的月末实测图进行交接，交接过程容易出现信息传递过程中的变形。

无人机航测技术可及时生成所需要的三维模型、正射影像图。采用无人机航测技术所取得的三维模型进行作业任务交底更直观，可提高信息传递质量。另外，借助于三维模型、图像数据等，也可快速、更好地对生产计划执行情况进行监管。图4为矿区工作面日常巡视图。

此外，无人机航测技术可检测开采范围，防范越界开采。堆积型铝土矿区范围内矿体数量多、厚度小，矿体服务年限短，中夜班光线不足时，容易出现越界开采。无人机航测所得到的三维实景模型数据，通过专用的设计软件，可以生成正射影像图，通过对比用地红线（设计开采范围），可以监测是否越界开采。

3.4 在矿山隐患排查和应急保障时期的应用

一方面，无人机航测可对矿山地质隐患点开展排查，对采场及其周边的高陡边坡、易发生滑坡点等高危区域开展定期和不定期排查，防范矿山地质灾害发生（图5为矿山边坡巡视效果图）；二是在排泥库泄漏等应急情况下，可以使用无人机航测及时开展情况排查，为应急情况处置提供第一手的现场情况。

3.5 在矿区巡视看护中的应用

华银铝土矿属于露天开采矿山，矿区面积大，矿体多且分散，各矿体间基本上都有乡村道路通达，矿区内矿体大部分直接裸露，开采技术条件简单，近些年来，矿区内发现有盗采矿行为。盗采矿采用小型液压挖掘机+自卸式汽车的方式，机动性强，日常矿区巡视看护工作需要投入大量的人力物力。以往的巡视看护主要是看护人员驾车定点巡视，要巡视完全矿区矿体所需周期长。

无人机航测技术操作简单，成本低，一次航测面积大，可快速响应获取数据，缩短全矿区矿体巡视周期。无人机航测数据，通过Acute3D Viewer等专业软件可生成正射影像图、三维模型，结合矿区范围、矿体范围线等，可快速判断是否存在盗采，通过软件的土方计算等功能，可快速了解盗采区被动用面积以及被盗采资源量。无人机航测技术的应用，大幅提高铝土矿矿区巡视看护工作效率以及响应时间。

4 结 语

相对于传统测绘方式作业效率低、人工成本高，无人机航测技术作业效率高，可提供航拍视频、正射影像、三维点、三维实景模型等数据。通过应用表明，利用无人机航测技术提供的丰富、直观数据，能在铝土矿开采的采剥进度计划编制、矿山日常生产监管、矿山隐患排查和应急保障、矿区巡视看护等方面提高开采管理效率。在未来实践与研究中，应更进一步深挖无人机航测技术的价值，扩展应用面。