張敏

摘 ?要：隨著礦區(qū)開采范圍及采深的增加，露天礦山邊坡整體高度及裸露面積增大，若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)裸露高陡邊坡的變形區(qū)域，未對(duì)其做出相應(yīng)整治措施，便會(huì)出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)、滑坡、塌方等問題，進(jìn)而引發(fā)各類災(zāi)害。文章分析了近景攝影測(cè)量研究現(xiàn)狀，概述了近景影像技術(shù)理論基礎(chǔ)，提出了近景攝影技術(shù)在露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：近景攝影技術(shù);露天礦山;邊坡變形監(jiān)測(cè);應(yīng)用初探

中圖分類號(hào)：TD80 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）20-0171-02

Abstract： With the increase of mining scope and mining depth in the mining area， the overall height and exposed area of the open-pit slope increase. If the deformation area of the exposed high and steep slope is not found in time， and the corresponding treatment measures are not taken， there will be slope instability， landslides， landslides and other problems， and then lead to all kinds of disasters. This paper analyzes the research status of close-range photogrammetry， summarizes the theoretical basis of close-range image technology， and puts forward the specific application of close-range photography in slope deformation monitoring of open-pit mines.

Keywords： close-range photography; open-pit mine; slope deformation monitoring; preliminary application

近景攝影測(cè)量技術(shù)主要是指在不接觸目標(biāo)物的前提下，迅速獲取精準(zhǔn)的影像數(shù)據(jù)，進(jìn)而建立高精準(zhǔn)的三維模型，通過對(duì)數(shù)據(jù)的一系列處理，來獲得所需的各種測(cè)量資料，近年來，近景攝影測(cè)量技術(shù)已逐漸應(yīng)用在露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中。滑坡是影響露天礦山安全的主要災(zāi)害之一，通常情況下，在發(fā)生滑坡災(zāi)害之前會(huì)出現(xiàn)某些征兆，這時(shí)便可以使用近景攝影測(cè)量技術(shù)做好邊坡數(shù)據(jù)的采集工作，進(jìn)而得到礦山邊坡整體的變形量以及變形趨勢(shì)，便于礦山對(duì)邊坡變形進(jìn)行下一步科學(xué)、合理的整治工作部署。除此之外，近景攝影測(cè)量技術(shù)能有效地解決快速拍攝存在的問題，降低運(yùn)作成本，全面提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。該技術(shù)能對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，對(duì)于邊坡變形的分析至關(guān)重要。因此，現(xiàn)階段對(duì)于近景攝影測(cè)量技術(shù)在露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行探究，具有極其深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 近景攝影測(cè)量研究現(xiàn)狀

近景攝影技術(shù)主要是指在300米的范圍之內(nèi)，能夠?qū)δ繕?biāo)待測(cè)物體進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的收集，進(jìn)而能夠準(zhǔn)確地得到被測(cè)物體的形狀大小坐標(biāo)信息，它能夠在不接觸目標(biāo)物體的前提之下得到更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近景攝影技術(shù)也得到顯著提升，不僅使得近景攝影測(cè)量基礎(chǔ)理論得到補(bǔ)充，近景攝影測(cè)量技術(shù)配套軟件質(zhì)量也顯著增強(qiáng)，數(shù)據(jù)結(jié)果處理及分析精準(zhǔn)度也明顯提高。目前它已被廣泛使用在4D產(chǎn)品的檢測(cè)中，尤其是在2000年以后，近景攝影技術(shù)實(shí)現(xiàn)空前發(fā)展，被廣泛使用在目標(biāo)物的變形監(jiān)測(cè)中。發(fā)展到2010年，人們將改造后的相機(jī)融入到近景攝影技術(shù)中后，能對(duì)建筑外墻進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)探究，全面確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠滿足測(cè)量精度的需求。發(fā)展到2013年，近景攝影技術(shù)使用到山谷的測(cè)量中，能夠有效地得到冰川的活躍程度，也可以分析下雨對(duì)邊坡表面產(chǎn)生的影響。

和國(guó)外相比，我國(guó)的近景攝影技術(shù)起步較晚，然而經(jīng)過十多年的發(fā)展，近景攝影技術(shù)，無論是在理論還是實(shí)踐等層面都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，我國(guó)很多學(xué)者都將近景攝影技術(shù)使用在邊坡變形數(shù)據(jù)的采集過程中。邊坡變形監(jiān)測(cè)是測(cè)繪的主要內(nèi)容，目前，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)的邊坡變形監(jiān)測(cè)也有了一套較為完整的理論基礎(chǔ)。在2016年，謝冬冬，楊德宏通過近景攝影技術(shù)在露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，能夠得到大量的峽谷信息，這就驗(yàn)證了邊坡近景攝影技術(shù)能夠更好地使用在復(fù)雜地形測(cè)量中。2017年，武漢大學(xué)李林等學(xué)者使用近景攝影測(cè)量技術(shù)在滑坡的監(jiān)測(cè)中，得到更加精準(zhǔn)的邊坡整體變形量。在2018年，學(xué)者李天等人對(duì)近景攝影測(cè)量技術(shù)及數(shù)據(jù)處理量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)具有較高的實(shí)時(shí)預(yù)警功能，制定了一種能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)方案，不僅能夠在模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下驗(yàn)證，而且能廣泛使用在實(shí)際邊坡變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用中。綜上所述，在邊坡變形監(jiān)測(cè)中能夠有效地解讀數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)分析精準(zhǔn)度的近景攝影技術(shù)已被廣泛使用。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中也可能存在著各種各樣的不足，無論是山坡露天礦還是凹陷露天礦，在開采過程中，由于礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，攝影設(shè)備易受氣候及粉塵影響，這也就意味著，近景攝影技術(shù)在實(shí)際使用時(shí)還需對(duì)其可行性進(jìn)行合理分析，因地制宜[1]。

2 近景攝影技術(shù)理論基礎(chǔ)

2.1 近景攝影測(cè)量坐標(biāo)系

通常情況下，近景攝影技術(shù)在使用時(shí)需要對(duì)近景攝影測(cè)量坐標(biāo)系進(jìn)行分析，該坐標(biāo)系主要是解讀同名坐標(biāo)點(diǎn)以及控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，它能夠有效地得到目標(biāo)物的地理坐標(biāo)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)不同地理坐標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)換。一般情況下，在露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，近景攝影技術(shù)的測(cè)量坐標(biāo)系主要有以下幾種：第一，平面坐標(biāo)系，能夠有效地描述二維坐標(biāo)點(diǎn)在相片上的具體坐標(biāo);第二，物方空間坐標(biāo)系，它是為了明確被測(cè)物體的空間坐標(biāo)系而設(shè)立的;第三，空間坐標(biāo)系，它主要是用來描述點(diǎn)空間的地址，能夠及時(shí)到獲取圖片的位置和姿態(tài)，不同影像之間的坐標(biāo)系是不斷變化，相互之間的影響也是不同的;第四，輔助空間坐標(biāo)系，在某種程度上它具備過渡的性質(zhì)，可能由于相片和姿態(tài)發(fā)生變化，能夠給數(shù)據(jù)解析產(chǎn)生一定的困難。因此，在構(gòu)建輔助空間坐標(biāo)系時(shí)，應(yīng)該將第一張相片作為像空間坐標(biāo)系[2]。

2.2 內(nèi)方位素

為了在一定范圍內(nèi)明確近影攝影技術(shù)得到的目標(biāo)物體影像數(shù)據(jù)，需要考慮到物體和相片之間的聯(lián)系。對(duì)于內(nèi)方位元素來說，它主要是進(jìn)行明確影像中心和相片的相對(duì)位置，在某種程度上，內(nèi)方位元素，它是近景攝影測(cè)量技術(shù)，建立目標(biāo)物的三維模型基礎(chǔ)，它能有效地提高目標(biāo)物三維模型的準(zhǔn)確性。一般情況下，在相機(jī)購(gòu)買完成以后，內(nèi)方位元素都是已知的，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要對(duì)內(nèi)方位的各元素進(jìn)行校對(duì)，全面確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]。

2.3 外方位素

外方位元素，它主要是用來確定光速在物方空間坐標(biāo)系的中間位置和姿態(tài)的要素，主要包括直線元素和角元素，直線元素主要是為了確定攝影中心在物體空間坐標(biāo)系中的具體位置，而角元素主要是為了確定相片在物方空間坐標(biāo)系的空間動(dòng)態(tài)[4]。

3 近景攝影技術(shù)在露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)獲取

邊坡穩(wěn)定性和礦山的安全生產(chǎn)有著密切的聯(lián)系，為了加強(qiáng)高陡邊坡變形監(jiān)測(cè)，需要對(duì)近景攝影技術(shù)進(jìn)行全面探究，提高高陡邊坡變形監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性和科學(xué)性，在對(duì)滑坡監(jiān)測(cè)時(shí)可以使用全站儀測(cè)量、GPS變形監(jiān)測(cè)等不同方法。然而，以上技術(shù)在使用時(shí)操作復(fù)雜，成本較高，最為重要的是其測(cè)量時(shí)需要人員接觸目標(biāo)物，這在邊坡形變較為嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量工作是極其危險(xiǎn)的，而使用近景攝影測(cè)量技術(shù)，它能夠通過非接觸進(jìn)行測(cè)量，得到數(shù)據(jù)的速度快、成本低，能夠在保證測(cè)量安全的前提下，全面提高測(cè)量精度。一般情況下，在進(jìn)行露天礦邊坡影像數(shù)據(jù)采集時(shí)，使用的是旋轉(zhuǎn)多基線交相攝影的方式，需要在露天礦邊坡上均勻分布一些標(biāo)志點(diǎn)，然后對(duì)邊坡使用平行攝影的方式做好影像數(shù)據(jù)的采集，拍攝平均距離大約為80厘米左右，而影像的重疊度在80%以上，為了確保影像重疊，部分有監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為后續(xù)數(shù)據(jù)的處理建立模型奠定基礎(chǔ)。這就意味著，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，應(yīng)該在最大范圍內(nèi)正對(duì)邊坡，才能有效地降低幾何變形發(fā)生的概率。尤其是近景攝影測(cè)量技術(shù)在使用時(shí)，它的拍攝仰角不能高于45度，在拍攝時(shí)也不能隨意的調(diào)整相機(jī)焦距，確保相機(jī)焦距保持不變[5]。

3.2 影像數(shù)據(jù)處理

在露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中，使用近景攝影技術(shù)需要做好影像數(shù)據(jù)的處理工作，必須要建立完善的測(cè)區(qū)工程文件，輸入相關(guān)的影像數(shù)據(jù)，針對(duì)控制點(diǎn)坐標(biāo)和相機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在人工匹配完成之后需要進(jìn)行空三測(cè)量。在此之后，可以使用區(qū)域網(wǎng)光束法進(jìn)行加密匹配，然后將編輯好的模型點(diǎn)建立三角網(wǎng)，需要進(jìn)行影像匹配，在進(jìn)行影像數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要對(duì)影像進(jìn)行空三匹配，通過影像匹配找到不同攝像區(qū)域上的同名點(diǎn)相片，得到之后找到相鄰相片之間的重疊，確保相鄰相片具有一定的重疊度，然后將相片重疊的區(qū)域找到匹配點(diǎn)，對(duì)每張照片需要做好每張照片的全自動(dòng)匹配。

3.3 點(diǎn)云融合

使用點(diǎn)云融合能夠?qū)?shù)據(jù)空洞進(jìn)行修補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的融合，能夠確保兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，精準(zhǔn)匹配修補(bǔ)邊坡模型空洞。此外，控制點(diǎn)需要對(duì)影像各控制點(diǎn)進(jìn)行分析，尤其是得到稀疏的點(diǎn)云坐標(biāo)，它更是屬于獨(dú)立坐標(biāo)系的范疇，需要將控制點(diǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為方空間坐標(biāo)系，然后使用光束法進(jìn)行平差，找到人工標(biāo)志點(diǎn)的影像數(shù)據(jù)，解算控制點(diǎn)，為了確保檢查精準(zhǔn)度的要求，還需要對(duì)檢驗(yàn)點(diǎn)的空間位置誤差和坐標(biāo)系中的誤差進(jìn)行測(cè)量精度分析。

4 結(jié)束語

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)之下，邊坡變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方法更加先進(jìn)、精準(zhǔn)。近景攝影測(cè)量技術(shù)能有效地縮短監(jiān)測(cè)時(shí)間并獲取更多、更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以便于人們更好地判斷邊坡整體的變形趨勢(shì)，更好地進(jìn)行露天礦山邊坡安全管理工作，近景攝影測(cè)量技術(shù)在露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中大有可為。

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