浅谈无人机在矿山地质灾害中应用

2022-12-16张强

世界有色金属 2022年17期

张强

（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林长春 130000）

矿区地质构造复杂。由于矿区交通基础设施相对落后，区域气候问题较为极端，矿区经常发生大中型地质灾害。随着相关地质调查工作的深入，发现矿区灾害将在很大程度上干扰我们的日常生活，甚至对市场经济体制的基本建设造成不利影响。因此，如何利用智能化高科技技术开展测绘工程，对矿山地质灾害进行预测和分析，已成为矿山工作者关注的热点。此时，无人机被明确提出。这种高空自动监控设备也被称为“无人机”。

在具体应用中，采用无线和终端设备互联网连接，在远程控制机器设备进行无人机导航的远程控制。同时，无人机集成了无线通信设备，可以将高空获取的图像、视频和照片传输到地面。与传统方式相比，无人机更适合承担具有一定风险的日常任务。现阶段，我国无人机领域的分析已逐步达到阶段，相关应用在市场上也取得了独特的成果。其中，民用无人机设备主要用于高清航空摄影，军用无人机设备主要用于灾害现场地质调查、电力安装工程检查等领域，货物的短途运输等。

1 防治矿山地质灾害的重要性

住在矿山的人没法预测分析地质灾害。当矿山产生地质灾害时，可以利用学得的安全常识，降低灾难引起的伤亡人数和财产损失。洪涝灾害引起的矿山地质灾害危害着人们的生存条件，必须加强我国地质环境机构的密切关注，全力以赴进行矿山地质灾害预防工作中。地质环境是一项比较复杂的工作，经常造成矿山地质灾害。

除此之外，矿山地质灾害抗力强，难易度大，严重阻碍着我们的生活和生产制造。

2 无人机航拍技术在矿山灾害应急保障中的应用方法

2.1 影像快拼技术

因为每幅图像具备一定的局限，难以根据一幅图像展现全部矿山开采，这就要在矿山开采测绘工程中运用无人机图像解决技术，收集更全方位、更确切的信息。在矿山事故应急解决中，无人机高清航拍通常存有拍照时长紧、图像歪斜不科学、图像水准叠加不规律等问题。并且无人机上的摄像机是非精确测量相机，画面质量低，非常容易出差错。信息解决和传统式三维成像技术中间也是有一些差别。根据这样的事情，有关工作人员解决无人机图像处理技术的使用过程开展整体规划，保证其可以在要求时间段内为应急工作人员给予精确的信息，及其应急工作中的效果和品质。应急信息解决技术主要包含信息品质评定、数据信息场形成、总体校准、拼凑和色相饱和度。融合无人机高清航拍技术的特性，查询应急信息时，要留意图像和曝光点的解决、赤纬角的调节及其能否有石块遮盖。无人机在高清航拍中的使用也许会造成影象曝光不匀称。因而，必须确定曝光点与图像信息中间的配对，以保证图像可以为空三计算给予依据，并达到应急信息解决的规定。

2.2 应急专题影像图制作

应急专题影像图可以为应急管理决策的核心提供管理决策参考，是一种常用的应急信息提供方法。一般来说，专题影像图的制作有两种主要方式：应急影像图和专题影像解译。两种影像地图所提供信息的时效性存在一定差异。应急影像地图的主要特点是能够快速标注地名，并能立即向相关人员提供矿区地貌信息。它是应急准备阶段的重要信息材料，也是应急指导和管理决策的主要依据。应急指挥中心可根据判读专题图上的标志、颜色等信息，分析图像各因素的中间相关性。应急无人机航拍技术性质可用于收集和确定土地资源破坏和河流堵塞等信息。这是救援、救灾和防灾的关键技术。

3 无人机航拍技术在矿山地质灾害应急测绘应用分析

3.1 矿山灾情信息提取

矿山的工程地质标准较为极端，一旦产生地质环境灾害，杀伤力也特别大。并且灾害检测工作量大，会出现大范畴的山体崩塌，数据信号收取和发送不畅。无人机根据智能化、系统化的信息采集机器设备，可以采集一定精度的信息数据信息，拼凑矿井每个一部分，为有关员工给予详细的矿井信息。与此同时，该工艺可以对平面图上确认的坐标值开展斜角校准，将矿山的三维模型详细地展现在专业技术人员眼前，有益于矿山的进一步地质环境还原。无人飞机可以将无人机采集的矿山图象与复原的矿山实体模型开展仔细全方位的比照，对矿井受灾地区采用细节的处置方式。依据纹理重叠，可以了解到主要地质环境信息，用文字和符号标明灾害信息，整体规划矿区灾害信息的采集计划方案。

比照无人机航拍技术采集的矿井灾害信息数据信息域DEM(如下图1)，北方位为正方向，变换数据信息域座标，比照矿山灾害信息，运用矿井影象在信息中的具体地址，依据比例尺精度寻找灾害的准确座标。特别注意的是，无人机航拍关键技术环节中，信息采集很有可能并不彻底依照路线开展。这就必须专业技术人员在获取信息时考虑到信息的误差偏差，将信息获取与专业的信息解决技术相结合，明确误差精度，根据三维拍照技术对矿井信息开展二次仿真模拟三维成像，做到动态性检测矿山、精确获取矿井地质环境灾害信息的目地。

图1 矿山灾害信息数据域DEM

3.2 快速处理矿山地质灾害信息

充分考虑无人飞机获得的矿山地质灾害影像信息很有可能遭受外部众多要素的影响，存有影像重合、影像内部有黑影、影像不清楚等问题。因而，在采集到持续信号后，必须应用DPGrid导航栏专用工具对采集到的信号和持续信息开展迅速解决和拼凑，以确保采集到的信息可以达到终端设备对矿山地质灾害管理方法、预测分析、测绘工程等领域的要求。

图2 矿山地质灾害基础信息处理流程

依照图中1所显示的步骤对矿山地质灾害信息开展解决，但因部分收集信息的多元性，信息解决步骤仍无法达到终端设备对持续图像收集的要求。因而，在进行图1中的图像解决以后，可以依照下列流程对得到的信息开展深层解决。如下所示。

第一步，在与无人飞机通讯的智能终端上创建一个新的文件夹，在文件夹中构建一个ContextCapture文件，设置图像信息和持续数据信号的定向导入路径。

第二步，将无人飞机的当地照片和图像导到这一文件夹名称中，调节文件夹名称的主要参数，设置一个有效的图像采样频率。与此同时，查验捕获的图像和照片的一致性。针对在同一地区拍摄的图像，将他们归类到一个照片组里，并为他们设置相机参数。设置主要参数时，可以点鼠标右键，在工具栏中导进前期为无人飞机设置的调整主要参数。

第三步：为每一个照片组设置一个名字，可以依照“无人飞机拍摄时长-拍摄地区-拍摄具体内容”来取名。在这个基础上，依据空三角度测算照片图像，挑选默认设置方式，挑选全部图像，参照图像的精准定位信息，重设图像文件夹名称的参照信息。设置好相关的技术参数后，查找室内空间信息，精准定位全部影象基准点是不是与高清航拍照片中选定的拍摄点比较应。

第四步：为矿山创建3D地质模型。挑选地质灾害的导进文件格式和放缩占比，明确矿山地质灾害的纵坐标和平移量，进行相应实际操作后将三维建模结论递交给卫星通讯终端设备。

第五步：开启无人飞机搜索引擎，对配置的文件中的传输路径进行定位，查验途径是不是与预置途径配对或一致，将终端设备储存的OSDB数据信息与拍摄的正射影像结合，将融合后的影象导进EPS 3D三维绘图软件，进行矿山开采地质灾害地区绘图，进行矿山开采地质灾害信息的迅速解决。

3.3 矿区灾害测绘图像显示与分析

根据以上矿山灾害信息，以下将结合无人机航拍技术，完成矿山灾害测绘工程图像的显示和分析。首先，对上述处理信息的比例尺精度进行反复标定，生成相应的数据信息，如数字高程模型的热红外感应等，为矿区中后期的三维成像提供了多样化的数据库。通过集成使用图像显示设备，可以将数字高程模型数据信息放在匹配的显示屏上，并可以使用手动翻译技术进行灾害类型的分类。其次，整合一些不确定的灾害体，对各种灾害体进行识别，根据三维成像结论对受灾区域类型进行分区，利用精确定位的方法对图像结论进行分析，同时明确提出相应的支持方案，为创新提供具体指导，避免二次灾害的发生。最后，采用了信息环境下为矿区提供的保障服务项目。利用无人机摄影技术进行矿区三维建模，完成位置的二次应用登记，并基于无人机航空摄影技术完成矿山地质环境灾害测绘工程图像的展示和分析。

4 矿山地质灾害的成因

4.1 地下水位变化

如果矿区地下水的波动过大，也会导致矿坑突然涌水等自然灾害。因此，为了进一步提高采矿安全系数，有必要对矿坑下沉进行预测和评估。此外，如果地下水突然变化，也会导致矿坑内的涌砂涌泥灾害。因此，如果在矿山开采期间发现储水溶洞，其内部结构不仅会有大量的水，还会有大量的土壤和砾石，这些将被添加到矿坑中，造成大量细砂堵塞，安全风险巨大。更严重的是，可能会出现矿山开采破坏的问题。

4.2 岩体变形

在矿山开采期间，很容易受到外界影响的危害，导致岩层变形，从而引发自然灾害。例如，从崩塌灾害的角度来看，如果矿山采空区的剩余矿柱受到破坏或无法达到实际承载力，则很容易崩塌，尤其是在矿体埋藏较浅的区域。对于埋藏较深的区域，如果塌陷的空区不能尽快有效地解决，也容易发生明显的塌陷。如果矿坑的围岩地层受到极强的板块构造内应力，它们也会相对较大。在整个开采过程中，矿井周围的岩石会造成较大的室内空间，导致原岩层迅速坍塌，内部应力释放，最终导致岩石开裂，极易造成人员伤亡事故。此外，在采矿期间，还可能发生边坡失衡和滑坡等灾害，尤其是在采矿过程中。

4.3 矿体内部因素的

除上述原因外，矿体内部结构因素的危害也会引发自然灾害，在实际开采工作中，如果没有良好的自然通风标准和对策，煤层气极有可能积聚。一旦超过标准值，极有可能引发爆炸，最终可能造成重大人员伤亡和煤矿破坏。一般来说，大多数矿山火灾事故发生在硫化橡胶矿化区。由于化学危害，硫酸盐会产生大量热量。当这些热量无法合理排出时，很容易在煤矿内部结构中引发火灾，从而对自然资源和员工安全造成明显损害。

5 矿山地质灾害的防治

5.1 建立地质灾害防控机制

有关部门和政府应建立地面沉降防治联合责任制，完善地面沉降监测互联网。推进地面沉降和地表水开采联合防治。政府部门应限制一些地质灾害严重的矿山开采，禁止地表水开采，进一步抵制地面沉降和地面沉降。开采前，应提前对矿山进行检查。在滑坡、泥石流等地质灾害高发地区，加强防护措施，制定地下防水工程管理规定，严格审批程序，避免过度开采。

5.2 绿色矿山基础建设

采矿产生的废石和污水必须经过处理后才能排放，并应增加矿山健康植物群落的范围。必要时，还可以移植植物群落，以避免滑坡和滑坡。根据矿山的自然地理条件，在裸露的山体人工种植植物群落，从总体上改善矿山的地质环境。从现行政策、环境保护、绿色生态等方面，逐步推进露天采矿企业的重组、整合、转型升级，督促具体指导矿业企业规范开采、灵活利用资源，并注重采矿的专业化、资源的高效利用、生产过程的环保化，建设具有标准化企业经营管理和矿山自然环境特色的绿色矿山。

5.3 资源的二次利用

矿产资源是大自然赐予我们的礼物。人们在开发、设计和利用矿产资源时，会产生大量的废石和其他废弃物。现阶段，不仅造成资源消耗，而且长期积累将占用大量土地资源，堵塞河堤，污染农田水体，破坏生态环境保护。因此，公司应综合利用固体废物。废石是一种不确定的二次资源。随着社会、经济和技术水平的提高，这些废物可以得到充分利用。公司应根据中下游整个产业链的基本建设，树立资源二次利用意识，完成资源二次利用。

5.4 采矿期间的有效总体规划

采矿前，应选用高精度仪器测量矿山倾角，确保采矿成功。还需要从多方面掌握地质构造，在整个开采过程中预防滑坡、地面沉降、崩塌等地质灾害。必须提前做好准备和应急措施。加强各施工队的安全意识，对他们进行学习和培训，让他们了解地质灾害的危险因素。此外，还必须严格执行采矿规范进行采矿。不允许过度开采造成环境污染，并将整个开采过程中的风险率降至最低。