一种基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法

摘要

本发明公开了一种基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法，属于矿山监测技术领域，其中，如下步骤：(1)制定矿山修复治理方案，并整理矿政数据；(2)通过无人机采集矿山三维无人机影像，制作矿山三维实景模型；该基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法，本平台拟利用地理信息系统、物联网、三维仿真、视频监控等技术手段，以矿山专题数据为核心，结合基础地理信息，通过集成矿山三维成果、监测成果及其评价模型，在对矿山全方位的三维呈现的基础上通过对矿山的开采及生态修复活动进行动态监测及评价，开发矿山企业系统的共享接口，完成矿山企业已有系统数据的对接，最终完成三维监管平台的建设，实现矿山全周期的动态监管。

说明书

技术领域

本发明涉及矿山监测技术领域，更具体地说，它涉及一种基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法。

背景技术

现有的矿山展示系统，一般基于物联网、互联网进行矿山地质环境数据的采集后，传统的方法都是采用表格与图形进行数据展示，信息量大，数据间的关系不直观，并且需要大量的人力物力，而且在数据的展示过程中并不灵活，采用传统的手工操作，效率低，容易出错，浪费大量的人力资源，资料数据不易查询，不利于矿山地质环境治理工作的总体布局和统筹安排。

发明内容

(1)要解决的技术问题

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法，其具有便捷高效的特点。

(2)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法，包括如下步骤：

(1)制定矿山修复治理方案，并整理矿政数据；

(2)通过无人机采集矿山三维无人机影像，制作矿山三维实景模型，收集整合矿区地下矿体等三维模型；

(3)利用激光点云技术对地下井巷工程建模，收集矿山调查相关专题矢量；

(4)将以上多源三维模型成果进行融合叠加相关专题矢量成果，最终实现矿山的地上地下一体的可视化；

(5)以矿山基础数据库为核心，集成矿山三维模型数据(包括矿区地表三维模型、地下矿体模型、地下采空区模型、地下巷道模型、地下设备模型等)、遥感影像数据、DEM数据等，按照统一的标准，建立矿产资源数据库的管理、维护和实时更新体系，构建矿山开采预警分析模型、超层越界开采预警分析模型，对矿山储量进行变化分析，并发现矿山修复未按照设计要求施工的行为，最终达到矿山的开采和修复的双重监管。

优选的，所述步骤(2)中，以开采前矿山的三维呈现成果为基础，在地上空间，定期对整个开采过程中每年定期对露天矿山进行监测，然后通过矿山开采边界线自动提取得到每一个监测周期矿山开采范围及开采量变化和矿山储量变化，开采是否越界、开采边坡是否按设计要求开采、边坡是否稳定等进行监测。

优选的，所述步骤(3)中，在地下空间，可以定期通过激光点云技术对巷道进行扫描，获取矿山地下开采情况，通过地上地下的全方位的监测，就能够直观发现是否存在超层越界开采，监测矿山修复治理工程，在修复治理过程中对露天矿山环境进行周期监测，查看矿山修复过程是否符合规划和设计要求，最终对矿山复绿效果进行评价。

优选的，所述步骤(4)中，将各种视频设备获取的视频通过后台视频配准，然后进行前端视频融合显示，将摄像头实时画面投射到三维实景模型上，可以有效整合分析处理海量视频监控数据。

优选的，所述步骤(5)中，三维矿山动态监管平台建设集成矿山展示和查询统计、矿山开采监管、矿山修复监管、储量变化分析、违规事件监管和平台管理等功能，完善矿山数据采集与动态更新功能，基于动态监测提炼各个指标，形成专题的数据大屏，用于日常监控和领导决策，另外平台还保留平台接口，满足矿山企业自建系统的接入，集成已有矿山系统资源，从中提取相关数据，实现矿山监测、治理及相关业务的信息化、集成化、网络化和智能化，支撑服务矿山开采监管工作。

优选的，所述步骤(2)中，通过倾斜摄影生产的正射影像检测整个影像的所有像素点，通过图像AI技术自动获得开采边界线，自动提取后与矿区设定范围进行空间分析，分析是否越界。

优选的，接入矿山企业已有的GNSS定位装置的采矿设备的实时定位数据、视频监控数据流等成果。

优选的，针对露天开采的矿山，采用无人机倾斜摄影获取矿山影像及空间数据，对各期DOM、实景三维模型进行叠加分析，可直观看出开采变化情况，分析超出采矿许可证载明的坐标控制范围开采的行为，借助相应软件可在DOM、实景三维模型上进行变化位置、面积、深度、长度等要素量测，针对地下开采的矿山，采用非接触、感应式震源定位及无源定位监测手段获取地下矿山采掘的位置信息，将安装GNSS定位装置的采矿设备的实时定位数据接入平台中，可以实时监控采矿设备，根据三维采矿权包围盒，平台自动判别采矿设备是否超层、越界开采，当采矿设备位于包围盒外作业，系统将自动警报，并记录越界次数以及时间信息，并进行越界开采量计算。

优选的，核查矿山是否按照开发利用指标进行开采，如通过三维场景可以获取开采台段、最终边坡、安全平台、爆破边界、台阶高度等指标，查看是否符合要求，例如露天矿山开采需要及时监测和确定开采边坡角度稳定性，评估边坡稳定性，确保矿山安全施工，根据岩体的稳定性，设计一般要求开采边坡在40°～60°间，若以断裂带作为矿山边界，其边坡角须经边坡稳定性论证后确定。

优选的，所述步骤(5)中，向下联通矿山企业自建系统，平台建设的基础上开放平台接口，面向矿山企业集成已有矿山应用系统，实现系统的和数据的充分共享，避免重复建设，使得全部矿产企业信息化系统接入本平台，如生产调度系统、安全监控系统等系统，通过数据共享接口，平台可获取矿山企业的图片、文档、视频、监控数据、物联网数据、定位数据等非结构化数据成果和结构化的数据库成果，针对矿山企业各类数据接口制定具体的数据转换标准来满足数据应用交换的需要，向上接入甘肃省自然资源厅信息化平台，为了更大限度的与厅业务处室做到协调办公，避免本平台形成信息孤岛，根据厅信息化要求的接口规范接入厅信息化平台，能够为上下级自然资源主管部门提供数据、服务共享，实现数据联动。

(3)有益效果

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、该基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法，本平台拟利用地理信息系统、物联网、三维仿真、视频监控等技术手段，以矿山专题数据为核心，结合基础地理信息，通过集成矿山三维成果、监测成果及其评价模型，在对矿山全方位的三维呈现的基础上通过对矿山的开采及生态修复活动进行动态监测及评价，开发矿山企业系统的共享接口，完成矿山企业已有系统数据的对接，最终完成三维监管平台的建设，实现矿山全周期的动态监管；

2、该基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法，平台接入矿山企业系统和电子政务系统提供接口整合已有矿山企业信息化系统和各类共享数据资源的基础上进行三维监管平台的建设，与电子政务系统集成，为矿政的批、采、探、储、查等审批过程提供数据服务，实现数据的集成共享；

3、该基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法，矿山三维基底的构建，采集矿山三维无人机影像，生产矿山三维实景模型，收集整合矿区地下矿体等三维模型成果；利用激光点云技术对地下井巷工程建模，收集矿山调查相关专题矢量成果，将以上多源三维模型成果进行融合叠加相关专题矢量成果，最终实现矿山的地上地下一体的可视化。

附图说明

为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术中描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统框架结构示意图；

图2为本发明三维矿山动态监管平台框架结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本发明，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的样式。

实施例：

以下结合附图1-2对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于无人机遥感技术的矿山监测装置及监测方法，包括如下步骤：

(1)制定矿山修复治理方案，并整理矿政数据；

(2)通过无人机采集矿山三维无人机影像，制作矿山三维实景模型，收集整合矿区地下矿体等三维模型；

(3)利用激光点云技术对地下井巷工程建模，收集矿山调查相关专题矢量；

(4)将以上多源三维模型成果进行融合叠加相关专题矢量成果，最终实现矿山的地上地下一体的可视化；

(5)以矿山基础数据库为核心，集成矿山三维模型数据(包括矿区地表三维模型、地下矿体模型、地下采空区模型、地下巷道模型、地下设备模型等)、遥感影像数据、DEM数据等，按照统一的标准，建立矿产资源数据库的管理、维护和实时更新体系，构建矿山开采预警分析模型、超层越界开采预警分析模型，对矿山储量进行变化分析，并发现矿山修复未按照设计要求施工的行为，最终达到矿山的开采和修复的双重监管。

具体的，所述步骤(2)中，以开采前矿山的三维呈现成果为基础，在地上空间，定期对整个开采过程中每年定期对露天矿山进行监测，然后通过矿山开采边界线自动提取得到每一个监测周期矿山开采范围及开采量变化和矿山储量变化，开采是否越界、开采边坡是否按设计要求开采、边坡是否稳定等进行监测。

具体的，所述步骤(3)中，在地下空间，可以定期通过激光点云技术对巷道进行扫描，获取矿山地下开采情况，通过地上地下的全方位的监测，就能够直观发现是否存在超层越界开采，监测矿山修复治理工程，在修复治理过程中对露天矿山环境进行周期监测，查看矿山修复过程是否符合规划和设计要求，最终对矿山复绿效果进行评价。

具体的，所述步骤(4)中，将各种视频设备获取的视频通过后台视频配准，然后进行前端视频融合显示，将摄像头实时画面投射到三维实景模型上，可以有效整合分析处理海量视频监控数据。

具体的，所述步骤(5)中，三维矿山动态监管平台建设集成矿山展示和查询统计、矿山开采监管、矿山修复监管、储量变化分析、违规事件监管和平台管理等功能，完善矿山数据采集与动态更新功能，基于动态监测提炼各个指标，形成专题的数据大屏，用于日常监控和领导决策，另外平台还保留平台接口，满足矿山企业自建系统的接入，集成已有矿山系统资源，从中提取相关数据，实现矿山监测、治理及相关业务的信息化、集成化、网络化和智能化，支撑服务矿山开采监管工作。

具体的，所述步骤(2)中，通过倾斜摄影生产的正射影像检测整个影像的所有像素点，通过图像AI技术自动获得开采边界线，自动提取后与矿区设定范围进行空间分析，分析是否越界。

具体的，接入矿山企业已有的GNSS定位装置的采矿设备的实时定位数据、视频监控数据流等成果。

具体的，针对露天开采的矿山，采用无人机倾斜摄影获取矿山影像及空间数据，对各期DOM、实景三维模型进行叠加分析，可直观看出开采变化情况，分析超出采矿许可证载明的坐标控制范围开采的行为，借助相应软件可在DOM、实景三维模型上进行变化位置、面积、深度、长度等要素量测，针对地下开采的矿山，采用非接触、感应式震源定位及无源定位监测手段获取地下矿山采掘的位置信息，将安装GNSS定位装置的采矿设备的实时定位数据接入平台中，可以实时监控采矿设备，根据三维采矿权包围盒，平台自动判别采矿设备是否超层、越界开采，当采矿设备位于包围盒外作业，系统将自动警报，并记录越界次数以及时间信息，并进行越界开采量计算。

具体的，核查矿山是否按照开发利用指标进行开采，如通过三维场景可以获取开采台段、最终边坡、安全平台、爆破边界、台阶高度等指标，查看是否符合要求，例如露天矿山开采需要及时监测和确定开采边坡角度稳定性，评估边坡稳定性，确保矿山安全施工，根据岩体的稳定性，设计一般要求开采边坡在40°～60°间，若以断裂带作为矿山边界，其边坡角须经边坡稳定性论证后确定。

具体的，所述步骤(5)中，向下联通矿山企业自建系统，平台建设的基础上开放平台接口，面向矿山企业集成已有矿山应用系统，实现系统的和数据的充分共享，避免重复建设，使得全部矿产企业信息化系统接入本平台，如生产调度系统、安全监控系统等系统，通过数据共享接口，平台可获取矿山企业的图片、文档、视频、监控数据、物联网数据、定位数据等非结构化数据成果和结构化的数据库成果，针对矿山企业各类数据接口制定具体的数据转换标准来满足数据应用交换的需要，向上接入甘肃省自然资源厅信息化平台，为了更大限度的与厅业务处室做到协调办公，避免本平台形成信息孤岛，根据厅信息化要求的接口规范接入厅信息化平台，能够为上下级自然资源主管部门提供数据、服务共享，实现数据联动。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。