无人机航测技术在智慧矿山建设中的应用

引言

随着信息技术与矿业工程的深度融合，智慧矿山建设已成为提升矿山生产效率、保障作业安全、减少环境影响的必然趋势。智慧矿山依赖全面、实时的空间信息支撑，而传统矿山测绘手段存在效率低、成本高、覆盖范围有限等问题，难以满足智慧矿山对动态化、精细化信息的需求。

一、无人机航测技术的原理与优势

1.1 技术原理

无人机航测技术基于摄影测量与遥感原理，通过无人机平台按预设航线飞行，搭载的传感器同步采集矿山区域的影像或点云数据。数据采集完成后，通过专业软件进行预处理、空中三角测量、三维建模等流程，生成矿山的三维模型、正射影像、等高线图等成果。对于井下环境，可采用小型无人机配合激光雷达或惯性导航系统，在巷道内进行自主飞行测绘，获取井下三维点云数据，弥补传统井下测量的盲区。

1.2 技术优势

无人机航测可在短时间内覆盖大面积矿山区域，例如一架中型无人机单日可完成 5-10 平方公里的航测任务，效率是传统全站仪测量的 10-20 倍，尤其适用于大型露天矿山的周期性监测。搭载实时动态差分或后处理差分系统的无人机，平面精度可达厘米级，高程精度优于 0.5 米，能够满足矿山测绘、储量计算等高精度需求。相比有人机航测或卫星遥感，无人机航测的设备购置与运营成本更低，且无需复杂的场地支持，适合中小型矿山推广应用。无人机可进入矿山高风险区域进行作业，避免人工测量可能面临的塌方、滑坡等安全隐患。无人机航测可灵活安排飞行周期，实现矿山地形、边坡、环境等要素的动态监测，为智慧矿山的实时决策提供数据支撑。

二、无人机航测技术在智慧矿山建设中的具体应用

2.1 矿山地形测绘与三维建模

矿山地测数据是智慧矿山规划设计的前提。无人机航测技术通过获取高分辨率影像，可快速构建矿山区域的DOM、DSM 与三维模型，精度可达1 ：500 至1 ：2000 比例尺，满足矿山总体规划、采场设计和运输道路布置等需求。针对露天矿山，无人机航测可定期更新采场边坡、台阶的三维形态，为爆破设计提供精准地形数据，优化爆破参数、降低矿石损失和贫化。如某露天煤矿定期利用一周一次无人机航测，更新采场三维模型，将爆破效率提高 15% ，吨煤成本节约 8% 。在地下矿山，利用小型无人机可在巷道、采空区进行航测，构建井下三维模型，直观反映巷道的变形和采空区分布情况，为井下支护设计、顶板管理提供服务，降低顶板事故发生概率。

2.2 资源储量估算与动态管理

智慧矿山下实现资源的精细化利用的前提是准确计算出资源的储量，且储量实时化更新。无人机航测与 LiDAR 协同配合，能够获得矿山采场的高精度点云数据，再利用专业软件计算矿石量、剥采比等指标，进而使矿山的储量得到实时化更新。过去的储量估算主要依靠人工采取、测量剖面的方法，估算误差大，利用无人机航测配合三维建模及体积计算，估算误差控制在 5% 之内。

2.3 矿山安全监测与预警

矿山安全是智慧矿山建设的重点，无人机航测应用于边坡监测、采空区监测、尾矿库监测等。露天矿山边坡易发生滑坡、坍塌等事故，无人机航测利用周期性获得边坡三维点云，比较不同时期边坡变形量、位移速度，判别可能发生滑动区域，当变形量达到预警值，则无人机系统自动报警，为边坡治理及人员撤离赢得时间。地下矿山采空区不稳定易造成地表塌陷，无人机航测利用地表沉降监测反演采空区稳定情况。融合 InSAR 技术，无人机可以监测到毫米级地表沉降，为采空区充填方案提供数据支持。

尾矿库监测。

2.4 矿山环境监测与生态恢复

智慧矿山以绿色开采和环境保护为重点，无人机航测可以做到对矿山环境的全视角监测与评价。多光谱相机载机无人机能够检测矿山扬尘、水污染，并通过影像判断污染源头，为粉尘和污水处理提供建议。某煤矿利用无人机检测运输路面扬尘，并调整洒水车行驶路线，粉尘排放降低了 30% 。矿山开采完需要对地面进行生态环境恢复，无人机航测可结合多光谱影像评价植被覆盖率、生长态势，对不同生态恢复方案进行优劣对比，给予生态恢复优化意见。某露天矿闭坑后，采用无人机检测植被恢复进展，适时调整补植方案，植被成活率提高了 20% 。

三、无人机航测技术应用中的问题与优化策略

3.1 存在的主要问题

复杂环境适应性差，矿山多位于山区，地形复杂、电磁干扰强，无人机易出现信号丢失、航线偏差，影响数据采集精度；数据处理难度大，单次航测可产生数十 GB 数据，处理需高性能计算机与专业软件，中小型矿山难以承担；井下应用受限，地下矿山巷道狭窄、光线昏暗，无人机自主导航与避障技术尚不成熟，航测效率低。标准体系不完善：目前矿山无人机航测缺乏统一的技术标准，如飞行参数设置、数据精度要求、成果验收规范等，导致不同项目的成果难以兼容，影响数据共享。人才短缺，无人机航测需要操作人员掌握飞行控制、数据处理、矿山专业知识，复合型人才匮乏，导致部分矿山虽配备设备但应用效果不佳。政策与管理问题，无人机飞行需遵守空域管理规定，部分矿山区域因空域限制无法及时开展航测。

3.2 优化策略

研发适应复杂环境的无人机，提升航测稳定性；引入云计算与人工智能技术，搭建云端数据处理平台，实现数据的快速处理与智能分析，降低中小型矿山的技术门槛；融合无人机航测与物联网、大数据技术，构建 “空 - 地 - 井” 一体化监测网络，提升智慧矿山的协同管理能力。行业协会与主管部门应制定矿山无人机航测的技术标准，明确飞行设计、数据精度、成果格式等要求，推动成果标准化与共享。加强人才培养，高校与矿山企业合作开设无人机航测相关课程，培养既懂无人机技术又熟悉矿山业务的复合型人才；开展在职培训，提升现有技术人员的操作与数据处理能力。政府简化矿山区域无人机飞行审批流程，为紧急监测任务开辟绿色通道。

结论

无人机航测技术以其高效、精准、安全的优势，在智慧矿山建设的地形测绘、资源管理、安全监测、环境评估等方面发挥着不可替代的作用，为矿山数字化转型提供了关键技术支撑。尽管目前存在技术适应性、标准体系、人才等方面的问题，但通过技术创新、标准完善、人才培养与政策支持，这些问题可逐步解决。未来，随着无人机技术与 5G、人工智能、数字孪生等技术的深度融合，无人机航测将实现从 “数据采集” 向 “智能决策” 的升级，成为智慧矿山建设的核心技术之一，推动矿业行业向更高效、更安全、更绿色的方向发展。

参考文献

[1] 陈洁 , 牛然 . 无人机航测技术在智慧矿山建设中的应用 [J]. 能源与环保 ,2025,47(07):67-72.DOI:10.19389/j.cnki.1003-0506.2025.07.011.

[2] 王亚勋 . 无人机航测技术在矿山地质环境监测中的应用分析 [J]. 工程建设与设计 ,2025,(12):105-107.DOI:10.13616/j.cnki.gcjsysj.2025.06.234.