試論傾斜攝影測(cè)量在礦山地形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

黃麗霞

（廣西壯族自治區(qū)地理信息測(cè)繪院，廣西 柳州 545006）

在傳統(tǒng)的山體結(jié)構(gòu)和地形監(jiān)測(cè)工作當(dāng)中，通常是采用正面測(cè)量的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集，但在實(shí)際驗(yàn)證的過程中發(fā)現(xiàn)，有時(shí)正面測(cè)量的方式在面對(duì)平整的礦山結(jié)構(gòu)時(shí)存在一定的數(shù)據(jù)偏差，尤其是一些深度、高度的監(jiān)測(cè)管理中無法獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，在對(duì)礦山的開采方案進(jìn)行制定時(shí)也會(huì)出現(xiàn)許多的問題。傾斜攝影測(cè)量的方式一般與無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合，通過高空攝影的方式采集到不同角度的圖片，通過構(gòu)建三維模型的方式能夠更好地判斷礦山實(shí)際結(jié)構(gòu)和具體參數(shù)。

1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)概述

1.1 傾斜測(cè)量概念

常見的礦山傾斜測(cè)量主要是指利用一些無人機(jī)設(shè)備從高空中進(jìn)行礦山的圖片拍攝，獲得更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息。在無人機(jī)進(jìn)行航拍的過程中不僅可以得到正面的攝影圖像，還可以在不同的高度、角度進(jìn)行傾斜化的拍攝，對(duì)于提升礦山表面數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)的有很大幫助。在拍攝一個(gè)表面有許多凸起和下凹結(jié)構(gòu)時(shí)如果只從正面的角度進(jìn)行拍攝可能會(huì)存在一些視覺上的誤差，對(duì)于優(yōu)化礦山的開發(fā)方案會(huì)造成很大影響[1]。而傾斜攝影測(cè)量的方式可以從不同的角度獲取清晰的圖像信息，對(duì)于恢復(fù)和構(gòu)建礦山結(jié)構(gòu)的三維模型也有很大幫助，是一種能夠借助現(xiàn)代化拍攝手段獲得更加精準(zhǔn)的地表信息的一種手段。在進(jìn)行傾斜拍攝測(cè)量的過程中對(duì)于礦山表面的一些高度、深度和特殊紋理的測(cè)量與觀測(cè)都有很大幫助，技術(shù)人員要能夠利用這種方式開展更加精準(zhǔn)高效的測(cè)量。

1.2 傾斜測(cè)量優(yōu)勢(shì)

礦山表面的傾斜攝影測(cè)量相較于傳統(tǒng)的正面拍攝更具有優(yōu)勢(shì)，不僅可以構(gòu)建更加立體化、精準(zhǔn)化的地表數(shù)據(jù)信息，還可以反映出礦山結(jié)構(gòu)側(cè)表面上的一些紋理特征。在傾斜拍攝的圖片中可以反映出拍攝的角度和觀測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用傾角的計(jì)算方式就可以較為精準(zhǔn)地得到礦山表面的相關(guān)參數(shù)，避免了多張照片在進(jìn)行通訊傳輸過程中出現(xiàn)的容量過大問題，單張圖片蘊(yùn)含的實(shí)際數(shù)據(jù)內(nèi)容更多，能夠提升拍攝采集的工作效率[2]。結(jié)合對(duì)礦山的實(shí)際開發(fā)來看，其側(cè)面上的一些特殊紋理對(duì)于判斷后續(xù)的開發(fā)情況、礦儲(chǔ)含量等都有重要意義，利用攝影的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集可以更好地還原礦山表面的實(shí)際情況，有利于提升數(shù)據(jù)采集的精度和有效性。

2 礦山監(jiān)測(cè)工作的分析

2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)

在進(jìn)行礦山的地形監(jiān)測(cè)當(dāng)中，必須要重視周邊的環(huán)境及礦山表面的實(shí)際環(huán)境，詳細(xì)掌握這些地理數(shù)據(jù)信息能夠?yàn)楹罄m(xù)的礦山開采、工程建設(shè)等提供重要的數(shù)據(jù)支撐，在進(jìn)行礦山模型建立和方案優(yōu)化時(shí)也能形成重要的參考。環(huán)境監(jiān)測(cè)不僅要詳細(xì)掌握礦山區(qū)域的地理信息，包括周邊區(qū)域的環(huán)境和氣候條件等也要有較為精準(zhǔn)的反應(yīng)，包括一些周邊河流分布等都會(huì)對(duì)實(shí)際的建設(shè)方案產(chǎn)生較大影響。作為技術(shù)人員，在地形監(jiān)測(cè)的過程當(dāng)中必須要把所需要的實(shí)際信息通過模型建立的方式予以反映，充分保障實(shí)操作業(yè)過程中的安全性。

2.2 生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

積極開展礦山附近的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)是為了更好地掌握周邊環(huán)境的實(shí)際情況，如對(duì)于一些有眾多樹木生長和河流分布的區(qū)域，在進(jìn)行開采建設(shè)方案設(shè)計(jì)時(shí)必須要對(duì)該范圍予以規(guī)避，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞的同時(shí)，更好的保障實(shí)操作業(yè)人員的安全和建設(shè)方案的科學(xué)性。在進(jìn)行生態(tài)監(jiān)測(cè)的過程中要詳細(xì)記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，為基礎(chǔ)建設(shè)工作完成后的生態(tài)性恢復(fù)予以數(shù)據(jù)上的參考。常見的礦山區(qū)域生態(tài)監(jiān)測(cè)還包括了圖像信息，能夠從不同的角度維護(hù)好生態(tài)環(huán)境，合理平衡能源開采和環(huán)境保護(hù)等問題。

2.3 施工監(jiān)測(cè)技術(shù)

在進(jìn)行礦區(qū)作業(yè)的過程中也要及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理，不僅可以更加詳細(xì)地掌握建設(shè)工作的進(jìn)度，還可以更好地維護(hù)建設(shè)安全。由于礦山監(jiān)測(cè)工作得到的數(shù)據(jù)信息具有實(shí)時(shí)性，針對(duì)一些建設(shè)過程中產(chǎn)生的安全隱患和破壞性問題可以及早發(fā)現(xiàn)，并通過技術(shù)手段進(jìn)行規(guī)避或修復(fù)處理。在礦山的施工監(jiān)測(cè)中能夠形成動(dòng)態(tài)化的管理模式，具有更加靈活的管理特點(diǎn)，也可以從工程建設(shè)過程中進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)管，確保了礦山基本開采建設(shè)工作的順利推進(jìn)。

3 傾斜攝影測(cè)量的主要應(yīng)用

3.1 需求調(diào)研分析

在進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量之前，必須要對(duì)礦山開采的實(shí)際需求和對(duì)攝影測(cè)量的實(shí)際需求展開詳細(xì)的分析，并根據(jù)礦山的實(shí)際范圍和區(qū)域進(jìn)行有效的調(diào)研，確保攝影工作能夠有序開展。首先，結(jié)合礦山占據(jù)的地理環(huán)境實(shí)際面積，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展和延伸，在進(jìn)行無人機(jī)拍攝時(shí)的覆蓋范圍要更加廣泛，能夠滿足礦山區(qū)域的傾斜拍攝。在選擇無人機(jī)和拍攝的設(shè)備時(shí)必須要對(duì)其分辨率和數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性進(jìn)行校驗(yàn)，一般的DOM 分辨率為0.1m，若需要對(duì)礦山進(jìn)行3D 模型的建立則需要達(dá)到0.2m 的分辨率，針對(duì)一些面積小且有較多起伏的區(qū)域則應(yīng)該適當(dāng)提升圖片的拍攝精度，獲得更加精確的數(shù)據(jù)[3]。其次，根據(jù)對(duì)礦山開發(fā)的需求可以要求傾斜測(cè)量中采集到具體的圖像數(shù)據(jù)內(nèi)容，包括了礦山的側(cè)面紋理，周邊實(shí)貌和其他的數(shù)據(jù)參數(shù)，對(duì)于詳細(xì)掌握礦區(qū)儲(chǔ)礦實(shí)況和制定開采方案等都有很大參考價(jià)值。

3.2 測(cè)量線路設(shè)計(jì)

在制定無人機(jī)的航拍線路時(shí)必須要結(jié)合拍攝設(shè)備的精度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保能夠完全覆蓋礦山區(qū)域的每一個(gè)位置。在進(jìn)行航拍的過程中需要將獲取到的圖片和相關(guān)參數(shù)繪制成地理信息數(shù)據(jù)，并將多個(gè)角度得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析。當(dāng)無人機(jī)在同一個(gè)位置時(shí)可以分別向不同的角度發(fā)出圖像采集，可以包括正面位置和傾斜位置，在這個(gè)過程中需要將無人機(jī)的實(shí)際飛行高度、飛行速度、飛行方位等數(shù)據(jù)壓縮在圖片當(dāng)中統(tǒng)一傳輸?shù)焦芸仄脚_(tái)。一般在設(shè)計(jì)拍攝的線路時(shí)都是按照Z 字型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行遍歷，但要注意在拍攝的末端位置時(shí)需要再次和起點(diǎn)進(jìn)行傾斜性的連接，這樣能夠?qū)υ械臄?shù)據(jù)參數(shù)形成更好地校驗(yàn)，充分保障的數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)度和有效性[4]。有一些拍攝設(shè)備中還集成了數(shù)據(jù)分析和整理的軟件系統(tǒng)，能夠直接進(jìn)行定位和校驗(yàn)，并在圖像信息中直接嵌入地理數(shù)據(jù)，提升了后續(xù)數(shù)據(jù)整理分析的效率。

3.3 開采規(guī)劃應(yīng)用

在進(jìn)行礦山區(qū)域的開采方案設(shè)計(jì)中，可以利用前期采集到的這些圖像信息的地理空間信息進(jìn)行建模，借助計(jì)算機(jī)繪制出3D 的礦山實(shí)際模型，將其中的環(huán)境信息錄入，能夠更好地驗(yàn)證開采方案的科學(xué)。在利用模型進(jìn)行開采規(guī)劃時(shí)要注意結(jié)合環(huán)境等多方面的因素進(jìn)行綜合性規(guī)劃設(shè)計(jì)，如在傾斜拍攝測(cè)量時(shí)的日照量和角度等都會(huì)影響礦山的結(jié)構(gòu)規(guī)劃，尤其是在進(jìn)行定量的模擬設(shè)計(jì)中這些環(huán)境因素的影響十分重要[5]。對(duì)于礦山外部的結(jié)構(gòu)的信息可以利用模型建立的方式尋找拍攝中的盲區(qū)和一些不清晰的位置，需要技術(shù)人員對(duì)由二維向三維的轉(zhuǎn)變更加細(xì)致，在計(jì)算機(jī)中也可以提前預(yù)設(shè)好一些高度參數(shù)，對(duì)模型的建立予以驗(yàn)證，若發(fā)現(xiàn)有誤差可以及時(shí)消除。由直觀的三維模型可以更好地開展開采方案的制定，避免了在實(shí)操過程中出現(xiàn)一些突發(fā)情況或危險(xiǎn)事故。

3.4 礦山施工應(yīng)用

在實(shí)際開采與建設(shè)的過程中借助傾斜航拍的手段可以展開動(dòng)態(tài)化的管理與監(jiān)督，更好地掌握礦山內(nèi)部的作業(yè)進(jìn)度。首先，在三維模型當(dāng)中能夠?qū)ΦV山的實(shí)際開采過程進(jìn)行模型化的驗(yàn)證，利用航拍的和傾斜測(cè)量的方式能夠監(jiān)控到礦山表面的實(shí)際變化，同時(shí)也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患[6]。如在開采作業(yè)中一些礦石堆積在礦山中無法及時(shí)覺察問題，而通過航拍能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些分布上的差異，及時(shí)對(duì)類似情況進(jìn)行處理，有效避免了因?yàn)榈V山表面荷載分布不均勻而出現(xiàn)的塌陷事故。在航拍監(jiān)測(cè)的過程中還能夠通過空氣中的煙塵情況更好地掌握開采作業(yè)的進(jìn)度和實(shí)際情況，在一些雨水等特殊天氣的影響之下，也能夠更好地保障實(shí)際工作的安全性，及時(shí)進(jìn)行撤離等防范。

3.5 竣工驗(yàn)收應(yīng)用

在礦山開采和建設(shè)項(xiàng)目的竣工驗(yàn)收當(dāng)中可以利用航拍和傾斜測(cè)量的方式更好地掌握礦山全貌，并通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集與管理更快地掌握實(shí)際情況，結(jié)合最初的礦山三維模型進(jìn)行對(duì)比和估算，能夠詳細(xì)掌握工程建設(shè)和實(shí)際開采對(duì)礦山結(jié)構(gòu)帶來的影響?？⒐を?yàn)收中不僅要掌握礦山的結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，還需要關(guān)注其中的環(huán)境、生態(tài)問題等，充分保障實(shí)際施工對(duì)周邊環(huán)境造成的影響屬于可控范圍。由于傾斜拍攝測(cè)量的技術(shù)可以較好地反映出拍攝地的地理信息，若驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)礦山地表的實(shí)況和建設(shè)方案之間存在一定的差距就可以結(jié)合地理信息及時(shí)對(duì)其進(jìn)行重建處理，有效避免了對(duì)工程逐步排查過程中造成的延誤和損失，也可以在竣工驗(yàn)收的結(jié)果中提供更多可靠的數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)束語

總之，在進(jìn)行礦山的地形監(jiān)測(cè)與攝影時(shí)需要提前進(jìn)行山體結(jié)構(gòu)的調(diào)查，對(duì)于拍攝的路線等進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，運(yùn)用傾斜的拍攝監(jiān)測(cè)方式能夠更好地形成礦山的三維結(jié)構(gòu)模型，對(duì)于其中的一些山體結(jié)構(gòu)和礦區(qū)儲(chǔ)量等都能夠掌握更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。在礦山進(jìn)行開采前的方案設(shè)計(jì)時(shí)需要利用這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)形成方案，在實(shí)際開采的過程中也可以利用動(dòng)態(tài)化的攝影數(shù)據(jù)形成更加高效的管理，項(xiàng)目竣工時(shí)也可以借助攝影技術(shù)予以驗(yàn)收，在拍攝時(shí)要注意圖片的清晰度和拍攝質(zhì)量，形成有效的參考。