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        無人機傾斜攝影技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與治理中的應(yīng)用

        2020-03-28 05:33:22鄧志強
        世界有色金屬 2020年1期
        關(guān)鍵詞:礦山攝影裂縫

        鄧志強

        (貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘測設(shè)計院,貴州 貴陽 550000)

        傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與治理方法工作效率低下,工作難度大,主要表現(xiàn)在以下兩個方面:①實地踏勘階段:很多陡崖危險區(qū)域造成踏勘人員無法到及,不能直觀準確地掌握第一手現(xiàn)場資料;同時給野外技術(shù)人員帶來嚴重的安全問題。②治理設(shè)計階段:通常采用傳統(tǒng)的1:500實測地形圖作為工作底圖,由于DLG表達側(cè)重點的不同和采集數(shù)據(jù)的不全面性,造成地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計工作的相對盲目,無法有的放矢[1]。近幾年來,低空無人機技術(shù)日新月異地發(fā)展,無人機的傾斜攝影技術(shù)也日趨占領(lǐng)了攝影測量的主流。其在礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與治理方面凸顯出其他技術(shù)手段無法比擬的優(yōu)勢。

        1 傾斜攝影相對于傳統(tǒng)正射攝影的技術(shù)優(yōu)勢

        (1)反應(yīng)礦山周邊地質(zhì)災(zāi)害區(qū)的真實三維景觀。相對于正射影像,傾斜影像能從一個垂直、多個傾斜角度同時采集影像,可以采集周邊地物真實三維景觀,像地質(zhì)裂縫、危巖和周邊的災(zāi)害影響區(qū)都能直觀而且具體地反映。這是正射影像和DLG無法實現(xiàn)的[2]。

        (2)傾斜攝影可以直接基于成果影像量測。。通過配套軟件的應(yīng)用,可直接基于成果影像進行裂縫、危巖和陡坡等地質(zhì)災(zāi)害點寬度、高度、長度、面積、角度、坡度等的量測。

        (3)周邊實景特征可采集。地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域植被覆蓋茂盛程度、植被大小、土質(zhì)和巖體的幾何特征、結(jié)構(gòu)特征、邊界條件等信息均可通過三維實景判別,提高了工作效率和準確性。

        2 傾斜攝影的基本原理

        所謂傾斜攝影,主要是使用傾斜航空相機來獲得地物信息的一種新的航空攝影方法,它和傳統(tǒng)的垂直航空攝影方法有很多的不同之處,傾斜相機通過5個角度來采集數(shù)據(jù),即正面、前方、左邊、右邊,并和慣導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)合起來得到精確的位置與信息,然后用數(shù)據(jù)處理軟件來處理數(shù)據(jù),把全部影像放置到坐標系統(tǒng)中。

        3 基于礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查傾斜攝影測量流程

        (1)需要現(xiàn)場踏勘,收集相關(guān)資料,確定礦山地質(zhì)災(zāi)害影響區(qū)域。

        (2)在踏勘的基礎(chǔ)上設(shè)計航攝飛行路線和航高,通過測繪范圍和無人機的性能確定航攝飛行架次。實踐經(jīng)驗要求旁向重疊不低于60%,航向重疊不低于65%。

        (3)需要通過地形地貌分區(qū)域布設(shè)像控點。像控點的布設(shè)合理與否很大程度影響到傾斜攝影成果精度。筆者曾以0.3平方公里的平原丘陵測區(qū)作為實驗區(qū),以相同分cm作為前提,對測圖精度這個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行分析比較。比較結(jié)果足見合理布置像控點的重要性。

        表1 礦山詆毀災(zāi)害誤差測量

        (4)利用GPS-RTK進行像控點實測,而后進行傾斜攝影空三加密??罩腥菧y量是利用航攝像片與所攝目標之間的空間幾何關(guān)系,根據(jù)少量像片控制點,計算待求點的平面位置、高程和像片外方位元素的測量方法。空三加密可以對植被覆蓋、水域等控制點存儲盲區(qū)進行計算處理,提高測繪精度。

        (5)在數(shù)據(jù)整理的基礎(chǔ)上進行三維建模和真正射影像(TDOM)生成,最終結(jié)合三維模型和TDOM利用航天遠景或EPS(清華山維)等平臺軟件進行成圖。

        4 礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與治理在三維模型上的實現(xiàn)

        礦山地質(zhì)災(zāi)害是指在礦山生產(chǎn)作業(yè)的作用下形成的,對人類生命財產(chǎn)、環(huán)境造成破壞和損失的地質(zhì)作用(現(xiàn)象)。主要包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫。低空無人機傾斜攝影技術(shù)生產(chǎn)的高分辨率三維立體模型,如同實景重現(xiàn),可以很清楚地從三維模型里解譯出地質(zhì)災(zāi)害點。例如:地面塌陷主要分布在旱地、居民地和溝渠內(nèi),形成塌陷坑,明顯低于周邊地形;地裂縫處造成局部土壤含水量增加導(dǎo)致裂縫里雜草叢生,或?qū)е律襟w或者旱地形成一定落差的陡坎和建筑物產(chǎn)生裂縫。

        研究礦山地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的相關(guān)地質(zhì)資料,結(jié)合現(xiàn)場踏勘初步確定地質(zhì)災(zāi)害點。通過Arcgis等地理信息軟件將相關(guān)地質(zhì)資料、礦山地質(zhì)圖和傾斜攝影測量生成的三維模型進行疊加分析,可以很直觀地進行地質(zhì)災(zāi)害評價與三維演化分析。

        圖1 疊加地質(zhì)圖的三維模型圖

        圖2 地質(zhì)災(zāi)害全域三維模型(局部)

        例如某地方出現(xiàn)地質(zhì)裂縫,居民區(qū)房屋開裂,地質(zhì)災(zāi)害區(qū)周邊確有地下開采金屬礦山。為了調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害的形成是否與礦山生產(chǎn)作業(yè)有關(guān)聯(lián),地質(zhì)工作者在實際踏勘走訪的基礎(chǔ)上,制定以下作業(yè)方案。①首先收集相關(guān)礦山地質(zhì)、水文資料,統(tǒng)一坐標系統(tǒng)、格式,實際測繪礦山開拓工程平面圖;通過無人機傾斜攝影技術(shù)建立地質(zhì)災(zāi)害區(qū)三維模型。②將預(yù)處理好的地質(zhì)、水文數(shù)據(jù),實測的礦山開拓工程數(shù)據(jù)和三維模型通過Acgis軟件疊合,生成全域的三維模型(地上、地下)。③對裂縫分布情況進行綜合分析研究,確定地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基本因素和誘發(fā)因素。

        又例如,某露天礦山開采,可以通過三維模型對開采邊坡的穩(wěn)定性進行評價。通過三維模型可以清晰反映邊坡的各項特征數(shù)據(jù),譬如平臺坡面傾向、坡面傾角、高差、長度,是否有開裂等,甚至可以通過露頭影像測量對節(jié)理走向及長度進行分析。還可以通過一定時間段的重復(fù)采集建模,準確比較和預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害動向。

        5 結(jié)語

        綜上,無人機傾斜攝影測量可以獲取地質(zhì)災(zāi)害點的精確位置、幾何特征、結(jié)構(gòu)特征、邊界條件等信息,通過對巖體的類型、發(fā)育分布規(guī)律進行研究,可以為礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治提供技術(shù)支持。三維模型通過Acgis等地理信息軟件的聯(lián)合應(yīng)用,更是為地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查和防治提供方便和技術(shù)支持。

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