傅貴林

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永定莊煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 大同 037000）

0 引言

大同礦區(qū)為侏羅系、石炭系兩系煤炭資源開(kāi)采礦區(qū)，開(kāi)采時(shí)間久，面積廣，層位多?，F(xiàn)階段侏羅系資源枯竭，下組石炭系3-5#層埋深大，上覆采空區(qū)層數(shù)多，導(dǎo)致地表裂縫發(fā)育強(qiáng)，因采掘影響產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)井下安全采掘作業(yè)及地表生態(tài)產(chǎn)生不同影響。永煤公司現(xiàn)采3-5#層盤(pán)區(qū)上覆有侏羅系 8#、9#、11#、14#層及石炭系與山西組4#層共計(jì)五層采空區(qū)。地表裂縫等地質(zhì)災(zāi)害是導(dǎo)致采空區(qū)充水，井下采掘巷道漏風(fēng)的主要原因，由于地表溝谷發(fā)育，排查難度大，精度低；進(jìn)行大規(guī)模專項(xiàng)排查又耗費(fèi)人力物力，且人員安全得不到保障。

采用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，生成地表DEM 模型后，將無(wú)人機(jī)航拍的裂縫等繪制在相關(guān)三維正攝影像圖紙，同時(shí)可以立體直觀的分析地形因素，對(duì)后期地災(zāi)治理提供技術(shù)依據(jù)[1]。既提高了地表排查的效率，又可以對(duì)人力無(wú)法涉及的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行精確排查。同時(shí)提高我公司地災(zāi)治理能力，節(jié)省人力物力。本文以晉控煤業(yè)永定莊煤業(yè)公司石炭系3-5#層北盤(pán)區(qū)8106 工作面對(duì)應(yīng)地表觀測(cè)，研究了無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量的DSM在礦山地災(zāi)治理的應(yīng)用。

1 測(cè)區(qū)概況

本文研究航測(cè)區(qū)域?yàn)闀x控煤業(yè)永定莊煤業(yè)公司石炭系3-5#層北盤(pán)區(qū)對(duì)應(yīng)地表，地面地形已丘陵溝谷為主，由于受地下采煤采動(dòng)影響，地表裂隙發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。采用無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合內(nèi)業(yè)DSM模型，對(duì)地表產(chǎn)生的裂隙、塌陷，以及溝谷匯水區(qū)域進(jìn)行分析，為礦山治理相關(guān)災(zāi)害提供技術(shù)依據(jù)。

2 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量及DSM生成與應(yīng)用

2.1 設(shè)備采用

本次航測(cè)任務(wù)采用大疆精靈Phantom 4 RTK，該機(jī)型是一款小型多旋翼高精度航測(cè)無(wú)人機(jī)，面向低空攝影測(cè)量應(yīng)用，具備厘米級(jí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)。其集成全新RTK 模塊，擁有強(qiáng)大的抗磁干擾能力與精準(zhǔn)定位能力，提供實(shí)時(shí)厘米級(jí)定位數(shù)據(jù)，顯著提升圖像元數(shù)據(jù)的絕對(duì)精度。支持PPK 后處理。

2.2 無(wú)人機(jī)攝影設(shè)備及相關(guān)測(cè)量精度參數(shù)

本次航測(cè)使用的大疆精靈Phantom 4 RTK 配備1英寸2 000 萬(wàn)像素CMOS 傳感器捕捉高清影像。機(jī)械快門(mén)支持高速飛行拍攝，消除果凍效應(yīng)，有效避免建圖精度降低。其在100 m 飛行高度中的地面采樣距離(GSD)可達(dá) 27.4 mm。

本次無(wú)人機(jī)航測(cè)時(shí)在地表溝谷等高差較大區(qū)域平面精度達(dá)到50 mm，RTK 水平定位精度 10 mm+1 ppm，RTK垂直定位精度 15 mm+1 ppm。

2.3 技術(shù)規(guī)范[2]

無(wú)人機(jī)航測(cè)要求在天氣晴朗、低空（1 000 m 以下），無(wú)云霧時(shí)執(zhí)飛。風(fēng)速8 m/s 以下，能見(jiàn)度大于5 km，太陽(yáng)高度角大于45°。地面分辨率要求0.1 m～0.2 m，旁向重疊不低于50%。

2.4 攝影測(cè)量建立DSM模型過(guò)程（外業(yè)及內(nèi)業(yè)處理）

2.4.1 外業(yè)部分

航測(cè)面積1.156 km2，航高100 m，航線重疊75%，旁向重疊65%，需6 個(gè)步驟，規(guī)劃航測(cè)飛行區(qū)域（8102工作面、8106工作）。[3][4]

（1）啟動(dòng)

啟動(dòng)飛行器和遙控器，確保飛行器4G網(wǎng)絡(luò)正常連接。

（2）打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)RTK

打開(kāi)RTK 模塊，選擇“網(wǎng)絡(luò)RTK”，確保飛行器進(jìn)入RTK定位狀態(tài)。

（3）選定區(qū)域

點(diǎn)擊“攝影測(cè)量”，屏幕將顯示飛行器當(dāng)前位置的地圖，選定并調(diào)整測(cè)繪區(qū)域。

自2009年開(kāi)始，財(cái)政部、水利部在繼續(xù)組織開(kāi)展面上小型農(nóng)田水利建設(shè)的同時(shí)，決定啟動(dòng)小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣建設(shè)工作，年投入超過(guò)50億元。全國(guó)各地以小農(nóng)水重點(diǎn)縣建設(shè)為平臺(tái)，開(kāi)展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利工程建設(shè)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于地域差異，各地區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利基本建設(shè)發(fā)展?fàn)顩r參差不齊，既有共性的問(wèn)題，也有典型的值得相互借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)。

（4）設(shè)置飛行參數(shù)

調(diào)整高度、速度、重疊率、邊距。

（5）設(shè)置云臺(tái)相機(jī)參數(shù)

調(diào)整照片比例，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境光線調(diào)整白平衡；設(shè)置云臺(tái)角度，默認(rèn)-90°為正射影像拍攝。

（6）確定執(zhí)行

保存設(shè)置后，閱讀注意事項(xiàng)并點(diǎn)擊“確定”，右滑開(kāi)始作業(yè)滑塊。

2.4.2 內(nèi)業(yè)部分（P4D等內(nèi)業(yè)軟件）

（1）整理外業(yè)8106 工作面航攝照片，本次外業(yè)共采集403張照片，建立新項(xiàng)目名稱“8106工作面”。

（2）本次項(xiàng)目?jī)?nèi)業(yè)采用P4DMapper 進(jìn)行空三數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)。

（3）調(diào)整內(nèi)業(yè)參數(shù)進(jìn)行跑圖，對(duì)含有CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)及參數(shù)信息的照片進(jìn)行處理，生成DSM 以及8106 工作面的正攝影像，將TIFF 格式的文件導(dǎo)出至PhontoShop 軟件中更改數(shù)據(jù)大小，便于現(xiàn)場(chǎng)直觀對(duì)比地形。8106工作面航片拼接生成的正射影像見(jiàn)圖1。

圖1 8106工作面拼接航片（正攝影像，治理前）

（4）將8106 工作面采掘區(qū)域與DSM 模型進(jìn)行對(duì)比，便于直觀分析地表裂縫、塌陷以及溝谷匯水區(qū)域的判別。由Pix4D軟件生成的8106工作面DSM見(jiàn)圖2。

圖2 8106工作面地表三維模型

（5）整理8106工作面空三報(bào)告，對(duì)比數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)8106 工作面地表地貌情況，確定地災(zāi)區(qū)域，制定治理方案，見(jiàn)圖3、圖4。依據(jù)空三檢測(cè)報(bào)告，本次航測(cè)滿足相關(guān)技術(shù)要求，取得航片及正射影像滿足測(cè)量精度。

圖3 8106工作面地表裂縫（治理前）

圖4 8106工作面地表裂縫（治理后）

3 結(jié)論

（1）對(duì)比航測(cè)所得DSM 文件，發(fā)現(xiàn)地表獲取的地形起伏較原有平面紙質(zhì)圖紙立體感更強(qiáng)，更直觀地反映出8102工作面及8106工作面地表地貌地形，切對(duì)于寬度在100 mm以上的裂縫可以較為清晰的體現(xiàn)。

（2）通過(guò)航拍獲取的數(shù)字影像可以將地表實(shí)況，尤其是在地災(zāi)治理前期較為準(zhǔn)確的計(jì)算工程量,治理后也可更加便捷地進(jìn)行復(fù)查與檢驗(yàn)。

（3）相較以往采用大量人力現(xiàn)場(chǎng)排查，其安全成本及人力物力成本更低，且在后續(xù)改進(jìn)過(guò)程，期望達(dá)到小范圍作業(yè)場(chǎng)所全程無(wú)人機(jī)航拍作業(yè)加內(nèi)業(yè)處理實(shí)現(xiàn)地表地質(zhì)災(zāi)害普查。