影像定位技術(shù)在礦山地質(zhì)測繪中的應用實踐研究

蘇艷民

（黑龍江省地質(zhì)科學研究所，黑龍江 哈爾濱 150036）

隨著計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)代影像定位技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，在高分辨率的作用下礦山地質(zhì)測繪能夠?qū)崿F(xiàn)多重信息的獲取，完成精準定位的最終目標。進入21世紀以來各類影響傳感器不斷更新?lián)Q代，一系列高分辨率的影響遙感系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，促進了影像空間分辨率的進一步提升，以發(fā)達的西方國家為例，美國和法國等國家早已實現(xiàn)了高精準的地理數(shù)據(jù)測繪。我國在近些年來也通過發(fā)射衛(wèi)星一號和資源三號衛(wèi)星，完成了影像定位技術(shù)的成熟發(fā)展，在無法進行光束定位的區(qū)域能夠克服多種因素，完成立體測繪和地質(zhì)勘察的任務。影像定位技術(shù)主要是以通信技術(shù)為基礎(chǔ)，利用全球定位衛(wèi)星在選定區(qū)域，建立多個永久性的連續(xù)運行基站，完成現(xiàn)代通訊接受數(shù)據(jù)的處理過程，為地質(zhì)勘察工作者提供多元和高精準的信息服務，能夠統(tǒng)一區(qū)域內(nèi)的測繪標準，避免多個測量標志的重復建設(shè)。本文以此為基礎(chǔ)研究影像定位技術(shù)，在礦山地質(zhì)測繪中的應用方法，為實際的礦山勘察提供理論依據(jù)，促進礦山的合理開發(fā)和利用。

1 影像定位技術(shù)在礦山地質(zhì)測繪中的應用方法

1.1 構(gòu)建幾何定位成像模型

在涉及到理論數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換參數(shù)的界定下，將影像投射點和投影中心連成共線，在相互關(guān)聯(lián)的坐標系中建立一個幾何定位的成像模型，在其中能夠?qū)﹃P(guān)鍵傳感器類型投射的畫面完成轉(zhuǎn)不按，和需要建立的安置數(shù)據(jù)格式想匹配。按照影像能夠成行的公布坐標系中，分別將橫縱坐標的坐落點以三角的類似形式完成布置，在相機主距離不斷偏移過程中，將對應的相位中心坐標加以移動，參照橫坐標和縱坐標旋轉(zhuǎn)矩陣的排列順序，將能夠個接受數(shù)據(jù)的固定機位放置在中心位置。由于幾何模型定位效果中存在的參數(shù)集合較多，組成的線性結(jié)構(gòu)較為復雜，在實際的應用過程中需要將較小的參數(shù)，或者具有相同影響價值的參數(shù)進行合并出路，結(jié)合模型中等量轉(zhuǎn)換原則達到較為精簡的成像模塊，分別采用點位坐標橫向平移和縮放的功能，將地表的坐標系周圍按照矩陣形式進行放置。

1.2 影像定位技術(shù)獲取遙感圖像

在利用影像定位技術(shù)獲取相應圖片后，對多個圖片的信息進行特征分析，整理出相類似的波段信號，在逐一排查過程中對極小的變化點作出標注，完成圖像加強校正的全過程。根據(jù)可見的全程照射波段，將獲取過程分為可見光和紅外光以及短波外射三個類型，在可見光的波段能夠直接反應出礦山巖石層面中金屬物質(zhì)疊加光反應的管溝，出現(xiàn)不同層級級別的地質(zhì)樣貌。在紅外遠光波段可以根據(jù)地表的溫度變化和發(fā)射頻率，掌握地面內(nèi)部水和物質(zhì)的運動效果，繪制出地熱反應制度，能夠用于地質(zhì)構(gòu)造和巖性以及儲量的信息解讀。短波外射主要用于地表植被的反射區(qū)域，在不同植被含水量的作用下，能夠形成不同程度的光譜成像，在每種含水結(jié)構(gòu)不同的植物表葉和根莖中，用于隱藏地質(zhì)的地下水識別，較為清晰的展現(xiàn)植被覆蓋下的地貌細節(jié)。

1.3 處理觀察數(shù)據(jù)實現(xiàn)測繪

將遙感圖像完成獲取應用前，必須選擇適當?shù)姆绞竭M行觀測數(shù)據(jù)的處理，在光譜信息增強和空間信息增強相結(jié)合的手段下，及時對圖像中的有用信息進行提取，擴大不同成像之間的特征差別，提高不同畫面中區(qū)域地貌的信息準確度。遙感圖像作為空間地理信息的標志數(shù)據(jù)之一，能夠在不同的光學角度和繪制階段提供準確的數(shù)字化資料，可以將手工繪制的階段直接過渡到數(shù)字處理階段，強化不用物體之間的空間位置變化程度，用以識別地表物體等量變化的全過程。其中在多組數(shù)據(jù)接受過程中，若轉(zhuǎn)化的成像時刻存在外方位原色波段，可以根據(jù)同名屬性的點位坐標，利用兩個以上的影像合成交匯確定對應的地面位置。一般情況會在ERDAS軟件中反復調(diào)整圖像的亮度和對比度，使得相類似的圖像在色調(diào)基本達到一致是，將最高分辨率的數(shù)據(jù)進行圖像的鑲嵌，在前后鑲嵌的過程中第一次校正的圖像顏色需較比后面的圖像飽和度低，以滿足相鄰接邊過渡時邊界的自然度。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 實驗準備

為驗證本文設(shè)計的影像定位技術(shù)應用方法具有實際作用，采用實驗測試的方法論證礦山地質(zhì)測繪工作的完成效果，從而證明其在礦山勘測中能夠形成多方位的信息數(shù)據(jù)整合。在選取某省正在作業(yè)的礦井進行實地考察，以全面監(jiān)測礦區(qū)內(nèi)地面沉降量為目的，利用模擬軟件完成為期一年的沉降統(tǒng)計，觀測應用前后的地表沉降量的對比結(jié)果。根據(jù)該礦山周圍區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)存基站，設(shè)置12個觀測點位在不同測試條件進行沉降量獲取，主要測試條件為不同時間的累計成果，按照每天24小時的檢測間隔，以6小時、12小時和24小時為三個時間累計段，具體地標點位參數(shù)如表1所示。

表1 礦山區(qū)域內(nèi)觀測點位標定參數(shù)（mm）

根據(jù)表中點位設(shè)置標準，在滿足觀測時間長度中進行統(tǒng)一影像獲取，其中兩個點位之間的相鄰平均距離不能超過20km，在各個點位之間保證觀測的級別高于項目B類標準。每組圖像的數(shù)據(jù)采樣頻率設(shè)定為40s，在各個點位構(gòu)成同步觀測環(huán)境后，連續(xù)按照時間間隔進行測試。

2.2 點位測繪過程

地表沉降量是由不同時間段內(nèi)大地高位的對比差值獲取而來，在不同觀測時間內(nèi)最后的數(shù)據(jù)結(jié)果，和上一段時間的高值差值，即為該時間段內(nèi)的地表沉降量表示結(jié)果。利用影像定位技術(shù)對設(shè)置好的點位進行觀測后，能夠收集不同時間段內(nèi)的地面高度數(shù)據(jù)，以兩兩對比為對照組，分別整理6小時內(nèi)和12小時內(nèi)以及24小時內(nèi)的大地高度，具體大地高差獲取結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同時間段內(nèi)大地高差值對比結(jié)果

根據(jù)圖中內(nèi)容可知，在相應的觀測時間段內(nèi)大地高之間存在差值，每組差值之間的變化較小，說明本文方法能夠在測繪過程中較為準確的獲取數(shù)據(jù)信息。以6小時和12小時的條件為準，其大地高差部分處于3mm以內(nèi)，極個別會超過5mm，而12小時和24小時之間的大地高差基本處于3mm之內(nèi)，僅有兩處超過3mm。根據(jù)所得數(shù)據(jù)進行沉降量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，完成該礦山區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)測繪。

2.3 測試結(jié)果分析

為進一步驗證影像定位技術(shù)的檢測成果，根據(jù)礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的水準資源，將本次獲取的數(shù)據(jù)與去年的地表水準正常度變化進行對比。水準的正常高度變化為上一年度的高程減去本年度高程的差值，大地高度變化為上年度的大地高度減去本次測得高值，在水準誤差和均方根誤差小于0.9mm標準下，具體沉降量統(tǒng)計結(jié)果如下表2所示。

表2 影像定位與水準沉降量數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果（mm）

根據(jù)表中內(nèi)容可知，在影像定位技術(shù)的應用下，各個定位上的高值變化量有所減少，主要是影響定位不用調(diào)控標點，能夠在點位上下移動過程中，直接獲取定位數(shù)據(jù)，因此所得沉降量數(shù)據(jù)較小，能更加貼近實際地表沉降值。實驗結(jié)果表明：本文方法能夠在影像定位技術(shù)的應用下，對礦山區(qū)域內(nèi)的地表高程進行有效測定，以此確定不同區(qū)域內(nèi)不同時段中的地表沉降量。

3 結(jié)語

本文在幾何成像模型的基礎(chǔ)上，運用影像定位技術(shù)獲取礦山區(qū)域圖像，完成礦山地質(zhì)測繪的應用方法設(shè)計。實驗結(jié)果表明：在影像定位技術(shù)的應用下，對礦山區(qū)域內(nèi)的地表高程進行有效測定，以此在不同時段中確定不同區(qū)域內(nèi)的地表沉降量。但由于時間限制，在沉降量模擬過程中僅采取一年時間間隔，在礦山實際開采過程中對長時間的作用幫助作用不大，在后續(xù)研究中希望可能進行多次反復模擬，完成長時間段內(nèi)的地表沉降測試，具有更加科學的測繪結(jié)果。