無人機傾斜攝影技術在礦山地質災害調查與治理中的應用

鄧志強

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

傳統的礦山地質災害調查與治理方法工作效率低下，工作難度大，主要表現在以下兩個方面：①實地踏勘階段：很多陡崖危險區域造成踏勘人員無法到及，不能直觀準確地掌握第一手現場資料；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：通常采用傳統的1：500實測地形圖作為工作底圖，由于DLG表達側重點的不同和采集數據的不全面性，造成地質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。其在礦山地質災害調查與治理方面凸顯出其他技術手段無法比擬的優勢。

1 傾斜攝影相對于傳統正射攝影的技術優勢

（1）反應礦山周邊地質災害區的真實三維景觀。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，像地質裂縫、危巖和周邊的災害影響區都能直觀而且具體地反映。這是正射影像和DLG無法實現的[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。地質災害區域植被覆蓋茂盛程度、植被大小、土質和巖體的幾何特征、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個角度來采集數據，即正面、前方、左邊、右邊，并和慣導系統結合起來得到精確的位置與信息，然后用數據處理軟件來處理數據，把全部影像放置到坐標系統中。

3 基于礦山地質災害調查傾斜攝影測量流程

（1）需要現場踏勘，收集相關資料，確定礦山地質災害影響區域。

（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作為實驗區，以相同分cm作為前提，對測圖精度這個關鍵環節進行分析比較。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。空中三角測量是利用航攝像片與所攝目標之間的空間幾何關系，根據少量像片控制點，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進行計算處理，提高測繪精度。

（5）在數據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 礦山地質災害調查與治理在三維模型上的實現

礦山地質災害是指在礦山生產作業的作用下形成的，對人類生命財產、環境造成破壞和損失的地質作用（現象）。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的高分辨率三維立體模型，如同實景重現，可以很清楚地從三維模型里解譯出地質災害點。例如：地面塌陷主要分布在旱地、居民地和溝渠內，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，或導致山體或者旱地形成一定落差的陡坎和建筑物產生裂縫。

研究礦山地質災害區域的相關地質資料，結合現場踏勘初步確定地質災害點。通過Arcgis等地理信息軟件將相關地質資料、礦山地質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災害評價與三維演化分析。

圖1 疊加地質圖的三維模型圖

圖2 地質災害全域三維模型（局部）

例如某地方出現地質裂縫，居民區房屋開裂，地質災害區周邊確有地下開采金屬礦山。為了調查地質災害的形成是否與礦山生產作業有關聯，地質工作者在實際踏勘走訪的基礎上，制定以下作業方案。①首先收集相關礦山地質、水文資料，統一坐標系統、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災害區三維模型。②將預處理好的地質、水文數據，實測的礦山開拓工程數據和三維模型通過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，確定地質災害區域內地質災害發生的基本因素和誘發因素。

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據，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災害動向。

5 結語

綜上，無人機傾斜攝影測量可以獲取地質災害點的精確位置、幾何特征、結構特征、邊界條件等信息，通過對巖體的類型、發育分布規律進行研究，可以為礦山地質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合應用，更是為地質災害的調查和防治提供方便和技術支持。