基于影像定位技術的礦山不良地質三維測量與修正分析

范湘平，周祁斐

（湖南省地質測繪院，湖南 衡陽 421099）

現如今，隨著大數據時代浪潮的不斷推進和發展，三維技術逐漸被社會各領域廣泛應用。尤其是在礦產開采領域，更是得到了大量運用。這些技術不僅對礦山地質的測量、分析發揮著極大的作用，同時還在一定程度上降低了測量者的工作強度，并且有效地提高了礦山開采工作的效率和質量[1]。其實，礦山開采是一項非常需要專業性和技術性的工作。在礦山開采數據測量的時候，是要求測量者有著深厚的專業知識和技能作為基礎的。除此之外，在測量的過程中，也會用到各種各樣先進的測量儀器和測量技術，如果測量人員不具備獨立操作的能力，那也勢必會對測量結果的可靠性和準確性產生影響，從而打斷礦山的開采進度。其實，礦山的開采可以形成一個較為完整的測量制度，開采人員在施工前可以按照制度中相對應的項目進行測量，可以極大地提高工作質量和效率。影像定位技術是目前最新的定位技術，多用于礦山的開采和區域地質的全面分析上，它可以對某一處的地質環境進行全方位的掃描，獲取相關的數據信息，隨后，根據信息對地質特征進行具體的分析，得出分析結果，為礦山的開采也提供了極大的便利。因此，在影像定位技術的基礎上，利用三維測量與修正方法，對礦山的不良地質情況進行細致分析與研究。以此來推動礦產品以及相關行業的進一步創新與發展。

1 影像定位技術下的礦山地質三維測量與修正方法設計

1.1 對礦山不良地質區域進行全面性三維掃描

近幾年來，三維激光掃描技術日益成熟，逐漸成為地質勘測中的一項重要工具。因此，利用三維掃描技術對礦山的不良地質進行分析。首先，利用GPS對需要測量的礦山進行定位，在確定其具體位置之后，將三維掃描儀安裝在無人機上，操控無人機飛至空中，沿直線向前飛行。此時，打開三維掃描儀，將其設定為全景高清模式，并在系統中添加掃描分析的指令。當無人機飛至礦山正上方時，停留1分鐘，利用掃描儀對整個礦山的相關情況進行復制掃描。將相關地貌特征進行定點，利用感應器在圖上進行標記。隨后，利用控制器將無人機設定為環繞模式，使其繞礦山進行飛行，當飛行至定位點處，降低飛行高度，貼近地面，利用定向遙感器和激光測距功能對地質進行高分辨率掃描[2]。并在系統中依據定位建立三維坐標，將整個礦山的空間位置融入，其原理圖如圖1所示。

圖1 礦山地質測量三維原理圖

圖1為礦山測量的三維原理圖，從圖中可以看出，三維測量的坐標建立是具有層次的，在一定程度上對礦山地質的現狀進行精準還原。另外，在全貌測量完畢之后，還需要對其采空區地質數據進行測量。這一區域主要是利用三維掃描儀，再結合電磁射波技術對礦山區域先進性二維探測，之后，通過預測，大致判斷采空區的三維空間形態、空間體積以及邊界，最后，將掃描儀調至賦存狀態，將無人機飛至采空區上方，對之前的預測區域進行二次掃描，最終確立不良地質的定位，并將獲得的數據信息進行記錄，以作備用。

1.2 利用三維數字測量技術獲取地質數據

對礦山地質進行全面性掃描之后，接下來，利用三維測量技術獲取礦山地質數據，并對其進行分析。首先，利用系統中的三維坐標將礦山中定位的所有不良地質區域劃歸為同一條件。掃描儀在掃描的過程中，會得到地址的應力條件數據，將其帶入坐標軸中，可以得出其步距數值。隨后，可以利用三維激光分析儀對定點的區域做數據提取，并將其縮小比例，建立不良地質區域模型，利用三維遙感技術在系統中呈現。在這個模型中，地質的深度、寬度、礦山周圍的環境情況、土質等都會依照現場實際情況進行復核，呈現的數據也是相對較為準確，可靠的。

1.3 通過偶距計算對數據進行三維修正與分析

利用三維測量技術獲取到礦山的不良地質數據之后，接下來，對這些數據進行修正計算與分析。先計算出礦山地質的偶距，公式1如下：

公式中，R表示地址的偶距系數，r表示穩態圓周固定值，Δy表示傾力值，a表示偶距，n為力距最大平衡值。所以，通過計算，可以得出礦山地質的不良慣性系數。隨后，通過系數標準，來對礦山不良地質進行分析。如表1所示：

表1 偶距系數標準

通過表1，對礦山的不良地質進行分析，如果計算出來的系數因子在50以下，且傾力值在0.452136以下，那就表明此區域的地質情況十分惡劣，不宜進行礦產資源的開采，應該對其進行三維修正分析，但是，反之不則可以進行開采。

1.4 利用影像定位技術實現礦山不良地質的最終測量

由于礦山的開采對于水文環境的要求是十分嚴苛的。而且，一般情況下，存在礦產資源的礦山水文環境都相對較為復雜，因此，需要先通過紅外線技術和影像定位技術，對礦山的水文環境進行勘察。利用影像定位技術先確定水源的位置，再利用地質測繪還原技術，將所有水源按照比例縮小，添加至三維立體模型之中。通過模型中的其他條件，計算出河流或者水源的深度、長度等數據信息。除此之外，依照當地水文的流向特征和延展方向，利用影像定位技術了解礦山中地下水的位置情況[3]。通過這項技術，可以更好地了解礦山不良地質的實際情況，獲取的數據信息也具有一定的使用價值，為日后礦山工程的建立提供了很大的幫助。

2 方法測試

2.1 測試準備

本次主要對在影像定位技術下的礦山不良地質進行三維測量與修正分析。選取某一處礦山作為本次測試的對象，測試共分為兩組，一組為傳統的礦山地質測量法，將其設定為傳統組，另一組是本文設計的測試方法，將其設定為測試組。另外，還需要準備三維技術掃描儀、紅外線影像定位器等設備，輔助測試。現在開始測試。

2.2 測試過程

首先，對本文設計的方法進行測試。利用GPS對礦山的所在地進行定位。之后，觀察礦山的實際情況，利用三維掃描儀對其進行全面性掃描，排除不良因素。接下來，在確保測量環境穩定之后，將掃描得到的數據記錄下來。利用紅外線影像定位器對礦山地質的情況進行分析。影像定位技術主要是以步距法巷道導線點對地質數據進行測量獲取的，測量標準如下表2所示：

表2 步距法巷道導線點數據測量標準表

公式中：Q表示線性誤差系數數值，X表示最大步距，Y表示最小步距，n表示應力因子數值。通過計算。最終得出測量的誤差值。之后，利用傳統方法對礦山的不良地質進行測量分析，得出最終的誤差系數值。測試共進行3次，將測試數據進行匯總對比，得出測試結果。

2.3 測試結果

通過以上測試，得出兩組數據，現將這兩組數據進行對比，如表3所示：

表3 礦山不良地質測量結果線性誤差系數對比表

從表3中可以得知，傳統的地質測量方法的線性誤差系數相對較高，而測試組的線性誤差系數均在10%以下，證明測試結果相對較為準確、可靠。因此，可以證明本文設計的測量方法更好。

3 結語

目前，在大數據飛速發展的時期，影像定位技術逐漸與三維測量技術相融合，更加凸顯出其高精準性的優勢，這種模式不僅提升了礦山開采行業的經濟效益，同時也在一定程度上保證了相關工作人員的人身安全。另外，近幾年，這項技術在相關行業早已經被普遍地使用，并且為礦山的不良地質測繪工作提供了極大的幫助，也推進了地質測量的發展進程。所以，影像定位技術與三維測量技術的產生與發展，使地質測量朝向科學化、多元化、嚴謹化的方向發展，也逐漸成為地質工程建設的主要技術之一。