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无人机在矿山、采石场领域中的行业应用

行业资讯 2018-04-19 14:22

  一、无人机在矿业领域的应用


  我国具有范围广,地形地貌多变,地质情况复杂等特点,是世界矿产资源类最为丰富的国家之一,部分矿种储量居世界前茅之一,丰富的矿产资源给国家相关部门的监督、管理带来很大的挑战。存在的无证勘查和开采、乱采滥挖、非法转让探矿权和采矿权、经营粗放造成浪费资源、破坏环境等突出问题,有效保护和合理开发矿产资源,促进经济社会的可持续发展。传统监测管理方法多以野外测绘、手工计算为主,虽有遥感卫星提供影像资料,但也有分辨率低、难以准确的获取矿区的实际情况,对重点区域难以高精度、高频度监测和管理。

无人机矿山石场应用

  石矿开采


  1.1无人机服务于矿业领域中的优势


  近几年,无人机在矿业管理中有了初步的发展,其中关于测量的各种设备以及设备的精准性能都得到了迅速的提升,而且遥测数据时空分辨率的不断提高也为监管技术的不断完善提供了技术支持。但是在利用遥感技术进行测量的过程中容易受到地理位置的影响,尤其是遇到森林茂密的防护区以及多云多雾的高山地区等,都可以造成卫星成像技术的优品率降低。但是这对于无人机来说却没有太大的影响,这是因为无人机遥测技术的遥测设备应用十分的灵活,在起降的过程中不需要太大的面积,而且容易携带,在操作的过程中安全可靠,能够持续工作;而且无人机飞行的高度普遍低于云层,在进行局部信息的采集过程中有着独特的优势。运用无人机进行水土保持监督管理工作,在特定的软件支持下,可以实现数据的自动以及高精确的处理,有效的与无人机航拍技术实现拼接。


  2.1.1进行自动化的处理


  利用无人机遥测系统进行数据获取过程中可以得到最后想要的数据,因为这个系统可以实现对数据的自动化处理,而且具有较高的计算精度,主要是该系统可以对航拍的各项指数以及各项工作器材自动校正,这样就为后续的精度测量和计算提供了可能。在该系统的研究过程中,不需要对飞行的姿态信息进行任何形式的变化,只需要有航拍过程中启动地面的GPS信息系统,操作员就可以根据定位系统及时对航拍后的结果进行处理,最后把获取到的数据转化为能够读取的DOM以及DEM数据,在这样的环境中就可以提供一些可以读出以及识别的文件,与测量软件形成完美的对接。


  2.1.2得到的成果十分全面


  ①利用无人机遥测系统进行监控和研究可以将得到的信息自动生成一种瓦片,而这个瓦片可以将DOM文件进行切割,形成一种可以利用GoogleEarth对切割后的文件进行浏览的成果;②利用该软件还可以对有效信息整合,形成一种具有较好纹理信息的三维模型,这样就可以有效的对三维景观制作提供方便,相比于传统的三维建模方式,该方法在输出成果速度以及保证数据准确性方面都有着十分明显的优势;③该方法可以在得到结果以后将结果进行自动校正,而且在影像上还可以自动分成一片片的色区,这样可以防止视角扭曲,形成一种良好的卫星遥感影像;④在该系统上还具有自动对地形分析的软件,也就是可以有效的形成DSM模型,这样就可以利用标准的GIS软件对某个地形区域的坡度以及距离进行测量,得到相应的等高线。


  


  DOM正射影像图


  DEM


  DSM数字表面模型


  倾斜摄影实景三维模型


  2.1.3较高的空间分辨率


  在利用无人机遥测系统进行数据采集以及计算过程中采用的方法是按照影像的内容并且采用独特的空三算法和优化技术等对区域网的信息进行自动校准,然后将得到的数据等信息以标准化的格式进行输出,完美的结合了摄影和测量工程。在进行测量处理的过程中不需要额外的定位软件,因为自带的GPS系统可以对地理位置进行精确计算,如果在测量过程中对精度有更高的要求,可以随时添加一些控制点,将这些控制点的数值参与到空三计算中来,经过计算可以发现,该方法可以将等高线的比例控制在1:500,大大提高了空间分辨效率。


  2.1.4三维模型可量测


  利用无人机遥测系统处理得到的三维实景模型成果可量测坐标、距离、面积和体积。


  可量测三维坐标


  可量测距离


  可量测面积


  可量测体积(填挖方)


  2.1.5具有较高的反应速度


  利用无人机遥测技术可以实现对数据的快速收集与处理,因为在这个系统中具有一个高效的处理模式,短短几个小时就可以将采集到的数据进行镶嵌和DEM处理,而且这个快速处理模式需要的硬件配置较低,在普通笔记本上就可以运行,提高了使用的便利性。


  二、无人机在矿业领域中的应用


  3.1矿产资源开发状况调查中的应用:


  由于矿区的分布分散,为了更好的对矿区进行管理调控,准备的获取矿产开采位置,所占地范围、用地类型等是非常重要的。


  以洪山花岗岩矿山为例,由于长年的不合理的开采、甚至偷挖,造成矿区遍布整个洪山山体,没有足够矿区的影像或模型资料对总体进行分析和未来的规划布局。无人机能够获取第一手观测资料,为矿区获取第一手资料,并绘制矿区区遥感图、三维模型。


  3.2矿产资源开发引发的灾害调查中的应用


  在开采矿产的过程中,会引发一些灾害,包括地面沉陷范围、地裂缝长度、塌陷坑位置、山体陷裂(垮塌)范围、崩塌位置、滑坡位置及体积,河道淤塞长度(位置)及煤田(矸石堆自然、尾矿库)范围等。通过模型对矿山进行分析可以及时避免一些灾害风险。


  3.3矿山生态环境信息调查中的应用:


  因为开采矿山被损毁的土地范围、受损植被范围、水体污染范围、荒漠化范围、土地复垦及矿山环境治理效果,数字矿山等。对于长时间未开采的或者开采废弃的土石长管理,采用无人机倾斜摄影三维建模,可以很方便的对采石场的情况进行分析,管理以及回填。准确的在三维立体模型下量测出采石场三维模型的面积、体积、坡度等信息。同时还可以准确的计算出回填的土方量,为采石场的智能化管理提供有准确的数据。


  三、服务于矿山领域无人机的适用选型


  4.1传统摄影测量无人机硬件——天勤


  4.3倾斜摄影无人机硬件——HD1600


  天鹰HD1600六旋翼无人机,采用碳纤复合材,确保强韧、稳固的机身结构,超简约电机系统,高性能处理核心,GNSS定位系统,集多种高性能于一体,可搭载三维激光扫描仪、飞思相机,根据用户航测任务的需求,定制云台系统,可根据不同的测量任务,按照需求搭载不同传感器挂件。


  主要技术指标


  1)类型:六旋翼


  2)轴距:1600mm


  3)机架:碳纤维复合材料一体成型


  4)机臂结构:扭转插臂式快拆


  5)外形尺寸:宽2.3m*高0.55m


  6)存放直径:小于0.8m


  7)电池组:22.2V16000mAH*2


  8)标准载荷重量:3000g


  9)带标准载荷续航时间:50分钟


  10)带载起飞重量:小于18公斤


  11)巡航速度:5m/s


  12)最大平飞速度:8m/s


  13)海平面爬升率:5m/s


  14)最大抗风能力:6m/s(4级风)


  15)海拔升限:4500m


  16)测控链路通讯距离:5Km


  17)最大飞行半径:3Km


  18)安静性:≤75dBA@3m


  19)抗雨:24小时降雨量小于100毫米时可持续安全飞行


  抗强电场干扰能力:距离220kV超高压输电线5米距离时,飞行器控制、通讯线路不受影响




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