劉夢(mèng)亮，左三勝

（成都理工大學(xué)，四川 成都 610059）

危巖體是指受多組巖體結(jié)構(gòu)面切割，并位于礦山陡崖上的穩(wěn)定性較差的巖體塊體及其組合[1]。危巖體往往具有突發(fā)性、隨機(jī)性和難預(yù)測(cè)等特點(diǎn)[2]，危巖體多發(fā)生于深切礦山兩側(cè)邊坡、道路邊坡和礦山邊坡，其危害性與破壞性極大，如位于長(zhǎng)江西陵峽西段兵書(shū)寶劍峽出口處的鏈子崖危巖體，是一處典型的危巖體，歷史上曾發(fā)生多次大規(guī)模的崩滑，造成堵江斷航的嚴(yán)重災(zāi)害。因此對(duì)大型礦山危巖體的勘查與防治是非常有必要的。

無(wú)人機(jī)三維建模技術(shù)是近年來(lái)興起的礦山地質(zhì)災(zāi)害研究技術(shù)手段[3，4]，具有快捷、高效和低成本等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)調(diào)查和數(shù)據(jù)處理，不僅提高了效率而且成果準(zhǔn)確可靠，并多次危巖體災(zāi)害調(diào)查中應(yīng)用。無(wú)人機(jī)三維建模技術(shù)結(jié)合影像數(shù)據(jù)處理、三維建模和數(shù)據(jù)分析技術(shù)方法，能夠完成邊坡危礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作；也可完成危礦體的判別、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及卸荷帶走向、寬度的識(shí)別，是傳統(tǒng)衛(wèi)片和航片遙感方式的極大突破[5]。無(wú)人機(jī)三維建模技術(shù)在快速獲取高分辨率三維模型方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，可以極大提高復(fù)雜礦區(qū)邊坡危巖體勘查的效率和精度。

1 無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)采集與處理

1.1 危巖體影像數(shù)據(jù)采集

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)桑坪礦區(qū)邊坡勘查，邊坡高差在120m左右，長(zhǎng)度約為180m，邊坡坡度近垂直。本次飛行采用的無(wú)人機(jī)為大疆INSPIRE 1四旋翼無(wú)人機(jī)，對(duì)邊坡危礦體進(jìn)行了正射航拍和傾斜航拍。

共布置了7飛行架次（圖1），首先進(jìn)行了對(duì)邊坡所在礦區(qū)進(jìn)行的正射航拍，然后按照15°、30°、45°、60°、75°和90°傾角[6]，邊坡的危巖體的立面影像數(shù)據(jù)，對(duì)需要重點(diǎn)研究的范圍，即危巖體發(fā)育的高陡斜坡、裂縫發(fā)育部位等，進(jìn)行懸停精細(xì)拍攝，獲取更為精細(xì)的數(shù)據(jù)，最終共獲取582張航拍照片。

圖1 無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃圖

1.2 影像數(shù)據(jù)處理

桑坪礦區(qū)危巖體影像數(shù)據(jù)處理選用了Acute3D Context Capture Center處理軟件。Acute3D Context Capture Center，該軟件自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快以及處理容量大的優(yōu)點(diǎn)。

Acute3D Context Capture Center將數(shù)據(jù)處理過(guò)程分為以下四個(gè)步驟。

（1）初始化處理。將帶有POS照片數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件后，軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)相機(jī)參數(shù)進(jìn)行校正，提交空中三角測(cè)量，這個(gè)過(guò)程同時(shí)會(huì)對(duì)飛行照片的參數(shù)進(jìn)行一個(gè)快速檢測(cè)，如地面分辨率（GSD）和影像信息完整性等。

（2）任務(wù)分配。在初始化處理完成后，被提交的任務(wù)會(huì)被Context Capture Master自動(dòng)分解成幾個(gè)不同的小任務(wù)，即形成多個(gè)Job queue。

（3）生產(chǎn)三維模型。在這個(gè)步驟中可選擇三維網(wǎng)格參數(shù)選擇高分辨率模式，其具體分辨率根據(jù)計(jì)算機(jī)性能和照片數(shù)量的大小決定。

（4）生產(chǎn)正射影像圖和DSM。通過(guò)得到的三維模型可以生產(chǎn)出相應(yīng)的正射影像以及DSM。

2 三維模型在邊坡危巖體勘查中的應(yīng)用

2.1 危巖體的判別與分類(lèi)

研究人員以深入的野外地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，借助先進(jìn)的無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)得到的三維模型等成果進(jìn)行分析，從各角度對(duì)邊坡危巖體進(jìn)行細(xì)致的分析與測(cè)量，完成了對(duì)邊坡危巖體的判別、定位與幾何特征信息的提取，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查確定了桑坪礦區(qū)邊坡發(fā)育危巖體69塊。

（1）危巖體破壞形式分類(lèi)

根據(jù)礦山危巖體破壞的類(lèi)型將邊坡危巖體分為四類(lèi)，即孤立式、墜落式、滑移式、傾倒式。

邊坡危巖體數(shù)量最多的類(lèi)型為墜落式危巖體，占總量的42.0%，滑移式、傾倒式和孤立式危巖體分別占26.1%、24.6%和7.3%。

邊坡巖性主要為絹云母千枚巖，河谷下蝕速度快，卸荷強(qiáng)烈，因此容易形成高陡斜坡，加之差異風(fēng)化、地震、人類(lèi)工程開(kāi)挖的作用，邊坡凹腔發(fā)育，因此，墜落式危巖體發(fā)育最為廣泛。

（2）危巖體危害性分類(lèi)

危巖體危害性分類(lèi)由危巖體的穩(wěn)定性、威脅對(duì)象重要性和可能造成的經(jīng)濟(jì)損失決定，將危巖體危害性分為Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)。

其中危害性大的Ⅰ類(lèi)危巖35塊、危害性中等的Ⅱ類(lèi)危巖19塊、危害性小的Ⅲ類(lèi)危巖15塊。

2.2 危巖體特征的提取

通過(guò)使用軟件Acute 3D Viewer模塊，在三維模型上對(duì)每個(gè)危巖體的尺寸及體積進(jìn)行量取，并根據(jù)礦產(chǎn)體積大小對(duì)危巖體的規(guī)模進(jìn)行劃分，大型危巖體（≥100m3）為6塊，占8.7%；中性危巖體（20m3＜V＜100m3）為29塊，占42.0%；小型危巖體（≤20m3）為34塊，占49.3%。

在PolyWorks軟件中導(dǎo)入obj格式的三維網(wǎng)格，在危巖體結(jié)構(gòu)面上構(gòu)建平面，對(duì)危巖體的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行產(chǎn)狀的提取。

3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）監(jiān)測(cè)效率高

在無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)中，最核心的問(wèn)題就是監(jiān)測(cè)效率。例如，在礦山勘查過(guò)程中，出現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)等緊急事件，如果采用監(jiān)測(cè)效率低的技術(shù)手段，肯定會(huì)延誤礦山勘查的最佳處理時(shí)間，并造成巨大損失。而無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是監(jiān)測(cè)效率高，所以，在礦山復(fù)雜地質(zhì)勘查過(guò)程中，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以在無(wú)人的情況下進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，并且可以更加高效率的解決問(wèn)題。

（2）監(jiān)測(cè)尺度大

如果想要獲得良好的礦山地質(zhì)監(jiān)測(cè)效果，就要求能夠?qū)嵤┬》秶鷥?nèi)的監(jiān)測(cè)，無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)現(xiàn)在以及可以完成對(duì)小范圍物體的監(jiān)測(cè)。該項(xiàng)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，使得無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)的監(jiān)測(cè)尺度得到了很大的擴(kuò)展，大大增加了礦山地質(zhì)工程測(cè)繪范圍的伸縮性。另一方面，應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)，可以通過(guò)三維形式將目標(biāo)地區(qū)的實(shí)際情況反應(yīng)在相應(yīng)設(shè)備當(dāng)中，提高測(cè)繪的直觀度。

（3）信息處理速度快

在進(jìn)行礦山地質(zhì)目標(biāo)區(qū)域監(jiān)測(cè)中，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠快速處理各方面的信息，同時(shí)具有較高的分辨力，提高了礦山地質(zhì)信息采集效率，也提高了信息的精確度，保證測(cè)繪質(zhì)量。

（4）與其他系統(tǒng)結(jié)合程度高

如果在礦山地質(zhì)測(cè)繪工程中使用單一的遙感技術(shù)，有可能出現(xiàn)一些漏洞，即使是無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)也同樣具有該項(xiàng)缺陷，所以，為了提高遙感技術(shù)使用的效果，可以將不同的遙感系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，各個(gè)系統(tǒng)之間優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)，解決單一系統(tǒng)中的漏洞。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠與其他系統(tǒng)充分結(jié)合，提升遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)效果。

4 結(jié)論

通過(guò)利用無(wú)人機(jī)三維建模技術(shù)對(duì)桑坪礦區(qū)邊坡進(jìn)行勘查研究，主要得到結(jié)論：

（1）經(jīng)過(guò)對(duì)勘查資料的整理與分析，共確定了桑坪礦區(qū)邊坡危巖體69塊，按照危巖體破壞形式分類(lèi)，其中墜落式29塊、滑移式18塊、傾倒式17塊、孤立式5塊；按照危巖體危害性分類(lèi)，其中危害性大的危巖體為35塊，危害性中等的危巖體為19塊，危害性小的危巖體為15塊。

（2）無(wú)人機(jī)三維建模技術(shù)在邊坡危巖體災(zāi)害勘查中，可以獲取邊坡危巖體的精確位置、幾何特征、巖體結(jié)構(gòu)特征、邊界條件等信息，對(duì)邊坡危巖體的類(lèi)型、發(fā)育分布規(guī)律進(jìn)行了研究，為邊坡危巖體的防治提供了技術(shù)支持。

（3）利用無(wú)人機(jī)對(duì)桑坪礦區(qū)邊坡危巖體勘查的技術(shù)方法，查明了邊坡危巖體災(zāi)害，其結(jié)果準(zhǔn)確可靠，使得該勘查研究技術(shù)方法為無(wú)人機(jī)在礦山邊坡勘查等方面應(yīng)用提供了依據(jù)。