無人機傾斜攝影技術在礦山地質(zhì)災害調(diào)查與治理中的應用

鄧志強

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

傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)災害調(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；同時給野外技術人員帶來嚴重的安全問題。②治理設計階段：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)災害治理設計工作的相對盲目，無法有的放矢[1]。近幾年來，低空無人機技術日新月異地發(fā)展，無人機的傾斜攝影技術也日趨占領了攝影測量的主流。其在礦山地質(zhì)災害調(diào)查與治理方面凸顯出其他技術手段無法比擬的優(yōu)勢。

1 傾斜攝影相對于傳統(tǒng)正射攝影的技術優(yōu)勢

（1）反應礦山周邊地質(zhì)災害區(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。。通過配套軟件的應用，可直接基于成果影像進行裂縫、危巖和陡坡等地質(zhì)災害點寬度、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、結構特征、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，并和慣導系統(tǒng)結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)災害調(diào)查傾斜攝影測量流程

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

（2）在踏勘的基礎上設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)域布設像控點。像控點的布設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，對測圖精度這個關鍵環(huán)節(jié)進行分析比較。比較結果足見合理布置像控點的重要性。

表1 礦山詆毀災害誤差測量

（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?？杖用芸梢詫χ脖桓采w、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)整理的基礎上進行三維建模和真正射影像（TDOM）生成，最終結合三維模型和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)災害調(diào)查與治理在三維模型上的實現(xiàn)

礦山地質(zhì)災害是指在礦山生產(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)災害區(qū)域的相關地質(zhì)資料，結合現(xiàn)場踏勘初步確定地質(zhì)災害點。通過Arcgis等地理信息軟件將相關地質(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)災害區(qū)周邊確有地下開采金屬礦山。為了調(diào)查地質(zhì)災害的形成是否與礦山生產(chǎn)作業(yè)有關聯(lián)，地質(zhì)工作者在實際踏勘走訪的基礎上，制定以下作業(yè)方案。①首先收集相關礦山地質(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建立地質(zhì)災害區(qū)三維模型。②將預處理好的地質(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)災害區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災害發(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采集建模，準確比較和預測地質(zhì)災害動向。

5 結語

綜上，無人機傾斜攝影測量可以獲取地質(zhì)災害點的精確位置、幾何特征、結構特征、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)災害的防治提供技術支持。三維模型通過Acgis等地理信息軟件的聯(lián)合應用，更是為地質(zhì)災害的調(diào)查和防治提供方便和技術支持。