王玉良

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

數(shù)字近景攝影測量在邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測中的應(yīng)用

王玉良

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

我國經(jīng)濟(jì)的高速穩(wěn)定發(fā)展，帶動了礦產(chǎn)資源開采速度的不斷加快。我國是露天礦山開采較多的國家之一，礦山高邊坡失穩(wěn)引發(fā)的事故也時有發(fā)生，高陡邊坡所存在的穩(wěn)定性問題，嚴(yán)重威脅著礦山的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，因此，加強(qiáng)對高陡邊坡的穩(wěn)定性監(jiān)測就顯得尤為重要。數(shù)字近景攝影測量是一種非接觸測量方式，具有設(shè)備簡單、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，其中基于數(shù)字近景攝影測量技術(shù)對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測，為露天礦山安全生產(chǎn)和邊坡治理提供科學(xué)的依據(jù)。

露天礦山；高陡邊坡；數(shù)字近景攝影測量；穩(wěn)定性監(jiān)測；應(yīng)用

1 引言

露天礦山開采規(guī)模的加大、加深及開采范圍的限制，經(jīng)常需在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下，層層剝離，人為開挖各種各樣的高陡邊坡，所有這些邊坡的穩(wěn)定情況，事關(guān)礦山的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生的滑坡現(xiàn)象已變成同地震和火山相并列的全球性三大地質(zhì)災(zāi)害之一。目前進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測的方法很多，有大地觀測法、基準(zhǔn)線測量法、測量機(jī)器人技術(shù)、儀表觀測法、GPS觀測法、近景攝影測量技術(shù)等［5］。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和攝影測量技術(shù)的快速發(fā)展，攝影測量已從解析發(fā)展到數(shù)字化階段，并且以其速度快、周期短、效率高、精度好、現(xiàn)勢性強(qiáng)、自動化程度高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在高精度三維測量以及變形監(jiān)測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文基于張祖勛院士研制的數(shù)字近景攝影測量軟件lensphoto, 介紹數(shù)字近景攝影測量在采區(qū)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測中的應(yīng)用。

2 數(shù)字近景攝影測量技術(shù)

近景攝影測量是攝影測量與遙感學(xué)科的一個分支［3］。通過攝影手段以確定（地形以外）目標(biāo)的外形和運(yùn)動狀態(tài)的學(xué)科分支稱為近景攝影測量（Close-range Photogrammetry）。近景攝影測量屬于地面攝影測量，所以也有人這樣定義它：攝影距離大約小于300m的攝影測量稱之為近景攝影測量。隨著數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于數(shù)字信息和數(shù)字影像技術(shù)的近景攝影測量，通過將影片轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像或用特殊攝像機(jī)（CCD相機(jī)）直接獲取被攝物體的“數(shù)字影像”，然后利用數(shù)字近景攝影測量軟件lensphoto獲得同名像點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算對應(yīng)物點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。數(shù)字近景攝影測量方法能夠快速、經(jīng)濟(jì)地獲取整個被攝物體的空間三維信息，己經(jīng)應(yīng)用在高陡邊坡、地貌變化、生物醫(yī)學(xué)、汽車制造、建筑等相關(guān)領(lǐng)域。數(shù)字化近景攝影測量系統(tǒng)的構(gòu)成見下圖1。

圖1 數(shù)字化近景攝影測量系統(tǒng)（PHOTO）系統(tǒng)構(gòu)成

3 數(shù)字影像獲取

在數(shù)字近景攝影測量中，第一步工作是對被測物體的周圍實(shí)施控制，控制點(diǎn)含有三維坐標(biāo)。在對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測時，邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測點(diǎn)包括基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)。基準(zhǔn)點(diǎn)分為穩(wěn)定基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)，它們在監(jiān)測中各自作用不同?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)主要考慮穩(wěn)定性，不受干擾，且要考慮測量技術(shù)，一般埋設(shè)在基巖上。控制點(diǎn)標(biāo)示牌中心要有十字絲，以中心位置作為控制點(diǎn)量測位置。標(biāo)示牌最好在影像上占10個像素為佳，用地面分辨率（GSD）乘以10個像素大小就等于最低要求的標(biāo)示牌大小。圖2為標(biāo)示牌樣式示意圖。

圖2 標(biāo)示牌樣式示意圖

近景攝影測量的拍攝包含兩個主要工作：室內(nèi)相機(jī)檢校與外業(yè)實(shí)地拍攝。室內(nèi)相機(jī)檢校主要針對相機(jī)、液晶屏幕（LCD）及攝站；外業(yè)實(shí)地拍攝前要先到拍攝物體周遭環(huán)境勘查現(xiàn)場地形，依照現(xiàn)場情況決定拍攝方式。拍攝方式有兩種：平行攝影和旋轉(zhuǎn)攝影，平行攝影適用于近距離目標(biāo)，旋轉(zhuǎn)攝影適用于遠(yuǎn)距離目標(biāo)。根據(jù)測區(qū)的實(shí)際概況，本次近景攝影測量采用平行攝影。圖3為平行攝影示意圖。

圖3 平行攝影示意圖

4 影像處理

多基線數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)（Lensphoto）采用普通定焦單反數(shù)碼相機(jī)對高陡邊坡拍攝幾組相片，將全站儀測量所得的少量高精度點(diǎn)位三維坐標(biāo)與攝影測量獲取的豐富的影像信息相結(jié)合建立空間關(guān)系，通過近景攝影測量軟件lensphoto，自動生成高陡邊坡的精確DEM及基于影像的密集點(diǎn)云DSM，從而建立高精度的、三維的數(shù)字邊坡模型。

多基線數(shù)字近景攝影測量作業(yè)分外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。外業(yè)測量精度和拍攝效果是獲得高質(zhì)量的測量成果的關(guān)鍵，檢查拍攝的全部影像，保證影像分辨清晰且有60%的重疊。所有的外業(yè)工作結(jié)束后，對數(shù)據(jù)和影像進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，主要流程包括：建立工程文件、導(dǎo)入像片數(shù)據(jù)、空三匹配、控制點(diǎn)量測、區(qū)域網(wǎng)平差、立體編輯、DEM編輯，最后進(jìn)行立體測圖［1］。作業(yè)流程見圖4。

圖4 多基線數(shù)字近景攝影測量作業(yè)流程圖

首先對拍攝的影像進(jìn)行批量命名，命名的原則是影像順序要和攝站順序一致［4］。其次運(yùn)行Lensphoto軟件，建立工程文件，將外業(yè)采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，讀取影像并進(jìn)行空三匹配和空三量測，等這兩項(xiàng)工作完了之后，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)光束法平差并自動匹配，經(jīng)過空三加密后就可以形成密集點(diǎn)云DSM。最后對影像進(jìn)行畸變差糾正以消除影像畸變差，經(jīng)立體編輯后生成三角網(wǎng)、建立三維模型、自動生成DEM，最終形成三維邊坡模型［3］。

5 影像分析

成果精度采用兩種方法評定，一種是檢查控制點(diǎn)個數(shù)對平差結(jié)果的影響及平差后的精度，一種是檢查Lensphoto軟件處理后的所測邊坡精度。

（1）外業(yè)測量36個控制點(diǎn)，分別取8個、16個、32個控制點(diǎn)進(jìn)行整體平差處理，結(jié)果顯示控制點(diǎn)越多，精度越好［7］。以32個控制點(diǎn)的平差結(jié)果作為依據(jù)，與精度要求作比較，其精度滿足要求。

（2）為了滿足采區(qū)日常生產(chǎn)測量需要，采區(qū)擁有一套完整的D級GPS控制網(wǎng)，控制網(wǎng)中的好幾個點(diǎn)分布在最終邊坡的臺階上，如“水龍坡”等，其余控制點(diǎn)分布在境界外穩(wěn)定的山頭上，如“西源嶺”、“新黃坑”等。以水龍山邊坡變形監(jiān)測為例，檢查Lensphoto軟件處理后的所測邊坡精度。首先檢查控制點(diǎn)“水龍坡”的坐標(biāo)，精度滿足要求。然后以“水龍坡”作為設(shè)站點(diǎn)在其上架設(shè)全站儀，“新黃坑”作為后視點(diǎn)，按測圖精度要求對部分邊坡進(jìn)行實(shí)測，與Lensphoto軟件處理后的所測邊坡套合比較，吻合較好。

6 結(jié)語

在數(shù)字近景攝影測量技術(shù)應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測過程中，標(biāo)示牌設(shè)計(jì)、安放方式合理，監(jiān)測過程嚴(yán)謹(jǐn)有序，解算精度符合要求，具有高精度、高自動化、高效率等特點(diǎn)。利用不同時期拍攝的影像，通過數(shù)據(jù)和影像處理便可解算出邊坡變形量。采用數(shù)字近景攝影測量能出色完成邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測任務(wù)，可以大大減少外業(yè)工作，降低了勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，同時為露天礦山安全生產(chǎn)、邊坡治理和邊坡設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。

［1］張祖勛, 張劍清. 數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)[M]. 武漢: 武漢大學(xué)出版社, 2002:16-22.

［2］張祖勛. 數(shù)字?jǐn)z影測量與計(jì)算機(jī)視覺[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 29(12):1035-1039.

［3］林君建, 蒼桂華. 攝影測量學(xué)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2005:60-66.

［4］劉楚喬. 邊坡穩(wěn)定性攝影監(jiān)測分析系統(tǒng)研究[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2008:56-59.

［5］項(xiàng)鑫, 王艷利. 近景攝影測量在邊坡變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 中國煤炭地質(zhì), 2010, 22(6):66-69.

［6］吳超超, 趙欣, 王濤. 變形監(jiān)測點(diǎn)三維坐標(biāo)獲取系統(tǒng)[J]. 地理空間信息, 2009(6):141-144.

［7］杜小宇. 數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)精度分析和控制[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué), 2008:32-37.

The Application of Digital Close-range Photogrammetry in Monitoring of Slope’s Stability

WANG Yu-liang
（Dexing Copper Mine of Jiangxi Copper Corporation, Dexing, Jiangxi 334224, China）

With the rapid and stable development of China's economy, the extraction of mineral resources has been accelerated. China has many open pit mining. The mine accident caused by high slope's instability occurred sometime, and the problem of existing steep slope's instability seriously threatened the safety and economic benefits of mining. Therefore, it is particularly important to strengthen the monitoring of high slope's stability. Digital close-range photogrammetry is a non-contact measurement method, which has many advantages, such as simple equipment and high degree of automation, and the monitoring of high slope' stability based on digital close-range photogrammetric technique provided scientific basis for safety production and side slope's management of open pit mine.

open pit mining; high and steep slope; digital close-range photogrammetry; stability monitoring; application

TD854+.6

B

1009-3842（2015）01-0053-03

2014-09-12

王玉良（1985-），男，安徽亳州人，大學(xué)本科，主要從事礦山測量技術(shù)工作。E-mail: 80831881@qq.com