王昆等：无人机遥感在矿业领域应用现状及发展态势 ·1089· 溃坝事故往往造成惨重人员伤亡、巨额经济损失 作具有示范指导意义 与难以修复的环境污染u叨，RiCo等201统计分析全 在应急测绘与灾区调查方面，Chiabrando等27先 球尾矿库溃坝事故案例.指出最常见灾害诱因是 后借助固定翼无人机eBee、四旋翼无人机Phantom4、 极端天气，其次是人为安全管理疏漏.由于尾矿库 地面近距离摄影测量及Zbl手持激光雷达对 溃坝灾害诱发因素多、成因复杂、后果严重，其运 2016年6月意大利中部一处地震受灾村庄开展了 行情况的实时监测对于安全管理实践至关重要 遥感勘测工作，固定翼与旋翼型无人机所获取成 地表布设传感器的传统监测方式在实践中暴露出 果地面分辨率分别达到每像素5和2.18cm,可基 视角单一、造价与维护成本高、长期稳定性差等 本满足灾情调查及情势研判需求；Mavroulis等P! 问题例如，2019年1月巴西Brumadinho尾矿 基于WebGIS应用与无人机遥感提出地震灾害损 坝溃决事故酿成249人丧生、21人失踪的惨重后 失的快速评估技术框架，并在2017年6月希腊莱 果，经调查尾矿库安装多达94个孔隙水压计和 斯沃斯岛地震早期应急响应中发挥重要作用； 41个水位监测传感器，而在事故发生前未监测到 Yamazaki等2采用运动恢复结构算法处理地表与 任何数据异常四运用无人机遥感技术作为尾矿 无人机采集影像资料，分别获取日本、尼泊尔两处 库传统地表监测系统的有力补充，突破地表的点 地震灾区建筑物模型，以快速评估灾区整体概况 位监测局限实现尾矿库及其周边区域的整体全局 与建筑物受损情况：杨燕等0使用4架无人机对 监测，是当前尾矿库防灾减灾领域的研究热点之 2016年浙江丽水928滑坡事故开展了无人机摄影 一2-2].Rauhala等m]尝试利用该技术对芬兰极地 测量应急测绘，快速获取的正射影像图、三维模型 区域一处已暂停使用的金矿尾矿库开展年沉降量 及视频图像数据为现场数灾提供了地理信息数据 监测.验证结果表明测量成果分辨率可达到dm级别， 支持：臧克等B]在2008年汶川地震救援工作中使 能够快速为尾矿库生产运营管理与位移监测提供 用无人机勘察北川县南部受灾地区，快速评估受 连续、低成本的支撑数据；巴西Samarco铁矿自 灾区域整体状况，用以指导制定次生灾害预防措 2013年开始实施以月度为周期的无人机影像巡查 施与抢险救灾方案；黄瑞金等提出以异构无人 及地形监测工作，积累影像资料与遥感数据成为 机集群灾情地理信息为核心的灾害监测数据协同 2015年溃坝事故调查的重要证据2，贾虎军等 采集及处理方法，在88九寨沟地震与624茂县 提取无人机遥感航测三维结果实时掌控尾矿库基 山体垮塌的应急处置和灾情掌控中发挥出关键作 础参数、堆排量与下游情况等，从而评估分析尾矿 用.在应急救援搜寻方面，李明龙等]针对地震 库安全状态与灾害风险；马国超等以四川省某 灾害救援场景提出无人机集群空地协同搜救框 尾矿库为研究对象，探索研究无人机摄影测量技 架，搭载红外、声呐、雷达等生命探测装置，探获 术在尾矿库建设规划中的适用性与应用场景，得 受灾人群位置密度分布信息，为应急救援工作开 到水平和高程误差分别为0.311与0.304m,可用 展提供参考.然而，当前无人机遥感作为新兴技术 于辅助尾矿库建设规划与安全风险评价，克服矿区 在应急救援领域应用仍处于探索阶段，存在诸多 复杂地形限制与劳动作业强度高等难题：王昆2) 难题限制该技术大规模推广应用，Boccardo等B 将无人机摄影测量成果与数值模拟方法结合，超 分析总结出以下3项技术应用难点：1)配套装备 前预测正常运行尾矿库发生溃坝事故情形下泄露 需预先部署在高风险区域，以保障应急救援响应 泥浆在真实地形上的演进过程，提取出泥浆流速、 效率；2)低能见度、暴雨、大风等极端天气条件将 淹没深度、波及范围等关键数据，为尾矿库应急管 制约无人机作业：3)灾害应急工作分秒必争，采集 理提供参考，如何进一步提高监测精度、简化工 影像处理时长与成果质量难以平衡 作流程、提高工作效率、拓展成果应用场景是该 2.4矿区环境监测 技术进一步推广需要着重改进的方向 随着生态文明建设、矿山可持续发展战略全 2.3灾害应急救援 面推进，矿山环境保护、复垦复绿工作受到监管部 先进配套装备是矿山灾害应急救援工作的制 门与矿山企业的高度重视.而无人机遥感技术可 胜法宝.充分发挥作业机动性强、不受地形限制 大大降低环境监测人力劳动强度，杨海军等阿举 等优势，国内外学者探索无人机遥感技术在滑坡、 例阐述了无人机遥感技术在矿山环境风险评估、 地震等灾害应急救援中的应用场景，积累了大量 突发环境事件、污染调查等领域的应用价值，如张 成功案例.对于该技术服务支持矿山应急数援工 家口520座尾矿库环境风险调查、2012年贵州万溃坝事故往往造成惨重人员伤亡、巨额经济损失 与难以修复的环境污染[19] . Rico 等[20] 统计分析全 球尾矿库溃坝事故案例，指出最常见灾害诱因是 极端天气，其次是人为安全管理疏漏. 由于尾矿库 溃坝灾害诱发因素多、成因复杂、后果严重，其运 行情况的实时监测对于安全管理实践至关重要. 地表布设传感器的传统监测方式在实践中暴露出 视角单一、造价与维护成本高、长期稳定性差等 问题[19] . 例如，2019 年 1 月巴西 Brumadinho 尾矿 坝溃决事故酿成 249 人丧生、21 人失踪的惨重后 果，经调查尾矿库安装多达 94 个孔隙水压计和 41 个水位监测传感器，而在事故发生前未监测到 任何数据异常[21] . 运用无人机遥感技术作为尾矿 库传统地表监测系统的有力补充，突破地表的点 位监测局限实现尾矿库及其周边区域的整体全局 监测，是当前尾矿库防灾减灾领域的研究热点之 一[22−23] . Rauhala 等[22] 尝试利用该技术对芬兰极地 区域一处已暂停使用的金矿尾矿库开展年沉降量 监测，验证结果表明测量成果分辨率可达到 dm 级别， 能够快速为尾矿库生产运营管理与位移监测提供 连续、低成本的支撑数据；巴西 Samarco 铁矿自 2013 年开始实施以月度为周期的无人机影像巡查 及地形监测工作，积累影像资料与遥感数据成为 2015 年溃坝事故调查的重要证据[24] ；贾虎军等[25] 提取无人机遥感航测三维结果实时掌控尾矿库基 础参数、堆排量与下游情况等，从而评估分析尾矿 库安全状态与灾害风险；马国超等[26] 以四川省某 尾矿库为研究对象，探索研究无人机摄影测量技 术在尾矿库建设规划中的适用性与应用场景，得 到水平和高程误差分别为 0.311 与 0.304 m，可用 于辅助尾矿库建设规划与安全风险评价，克服矿区 复杂地形限制与劳动作业强度高等难题；王昆[23] 将无人机摄影测量成果与数值模拟方法结合，超 前预测正常运行尾矿库发生溃坝事故情形下泄露 泥浆在真实地形上的演进过程，提取出泥浆流速、 淹没深度、波及范围等关键数据，为尾矿库应急管 理提供参考. 如何进一步提高监测精度、简化工 作流程、提高工作效率、拓展成果应用场景是该 技术进一步推广需要着重改进的方向. 2.3    灾害应急救援 先进配套装备是矿山灾害应急救援工作的制 胜法宝. 充分发挥作业机动性强、不受地形限制 等优势，国内外学者探索无人机遥感技术在滑坡、 地震等灾害应急救援中的应用场景，积累了大量 成功案例，对于该技术服务支持矿山应急救援工 作具有示范指导意义. 在应急测绘与灾区调查方面，Chiabrando 等[27] 先 后借助固定翼无人机 eBee、四旋翼无人机 Phantom 4、 地面近距离摄影测量 及 Zeb1 手持激光雷达 对 2016 年 6 月意大利中部一处地震受灾村庄开展了 遥感勘测工作，固定翼与旋翼型无人机所获取成 果地面分辨率分别达到每像素 5 和 2.18 cm，可基 本满足灾情调查及情势研判需求；Mavroulis 等[28] 基于 WebGIS 应用与无人机遥感提出地震灾害损 失的快速评估技术框架，并在 2017 年 6 月希腊莱 斯沃斯岛地震早期应急响应中发挥重要作用 ； Yamazaki 等[29] 采用运动恢复结构算法处理地表与 无人机采集影像资料，分别获取日本、尼泊尔两处 地震灾区建筑物模型，以快速评估灾区整体概况 与建筑物受损情况；杨燕等[30] 使用 4 架无人机对 2016 年浙江丽水 9·28 滑坡事故开展了无人机摄影 测量应急测绘，快速获取的正射影像图、三维模型 及视频图像数据为现场救灾提供了地理信息数据 支持；臧克等[31] 在 2008 年汶川地震救援工作中使 用无人机勘察北川县南部受灾地区，快速评估受 灾区域整体状况，用以指导制定次生灾害预防措 施与抢险救灾方案；黄瑞金等[32] 提出以异构无人 机集群灾情地理信息为核心的灾害监测数据协同 采集及处理方法，在 8·8 九寨沟地震与 6·24 茂县 山体垮塌的应急处置和灾情掌控中发挥出关键作 用. 在应急救援搜寻方面，李明龙等[33] 针对地震 灾害救援场景提出无人机集群空地协同搜救框 架，搭载红外、声呐、雷达等生命探测装置，探获 受灾人群位置密度分布信息，为应急救援工作开 展提供参考. 然而，当前无人机遥感作为新兴技术 在应急救援领域应用仍处于探索阶段，存在诸多 难题限制该技术大规模推广应用，Boccardo 等[34] 分析总结出以下 3 项技术应用难点：1）配套装备 需预先部署在高风险区域，以保障应急救援响应 效率；2）低能见度、暴雨、大风等极端天气条件将 制约无人机作业；3）灾害应急工作分秒必争，采集 影像处理时长与成果质量难以平衡. 2.4    矿区环境监测 随着生态文明建设、矿山可持续发展战略全 面推进，矿山环境保护、复垦复绿工作受到监管部 门与矿山企业的高度重视. 而无人机遥感技术可 大大降低环境监测人力劳动强度，杨海军等[35] 举 例阐述了无人机遥感技术在矿山环境风险评估、 突发环境事件、污染调查等领域的应用价值，如张 家口 520 座尾矿库环境风险调查、2012 年贵州万 王    昆等： 无人机遥感在矿业领域应用现状及发展态势 · 1089 ·