数字近景摄影测量在边坡稳定性监测中的应用

王玉良

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

数字近景摄影测量在边坡稳定性监测中的应用

王玉良

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

我国经济的高速稳定发展，带动了矿产资源开采速度的不断加快。我国是露天矿山开采较多的国家之一，矿山高边坡失稳引发的事故也时有发生，高陡边坡所存在的稳定性问题，严重威胁着矿山的安全生产和经济效益，因此，加强对高陡边坡的稳定性监测就显得尤为重要。数字近景摄影测量是一种非接触测量方式，具有设备简单、自动化程度高等优点，其中基于数字近景摄影测量技术对边坡进行稳定性监测，为露天矿山安全生产和边坡治理提供科学的依据。

露天矿山；高陡边坡；数字近景摄影测量；稳定性监测；应用

1 引言

露天矿山开采规模的加大、加深及开采范围的限制，经常需在复杂地质环境条件下，层层剥离，人为开挖各种各样的高陡边坡，所有这些边坡的稳定情况，事关矿山的安全生产和经济效益。边坡失稳产生的滑坡现象已变成同地震和火山相并列的全球性三大地质灾害之一。目前进行边坡稳定性监测的方法很多，有大地观测法、基准线测量法、测量机器人技术、仪表观测法、GPS观测法、近景摄影测量技术等［5］。随着计算机技术和摄影测量技术的快速发展，摄影测量已从解析发展到数字化阶段，并且以其速度快、周期短、效率高、精度好、现势性强、自动化程度高、使用方便等优点，在高精度三维测量以及变形监测等领域得到了广泛应用。本文基于张祖勋院士研制的数字近景摄影测量软件lensphoto, 介绍数字近景摄影测量在采区边坡稳定性监测中的应用。

2 数字近景摄影测量技术

近景摄影测量是摄影测量与遥感学科的一个分支［3］。通过摄影手段以确定（地形以外）目标的外形和运动状态的学科分支称为近景摄影测量（Close-range Photogrammetry）。近景摄影测量属于地面摄影测量，所以也有人这样定义它：摄影距离大约小于300m的摄影测量称之为近景摄影测量。随着数码相机技术的发展和应用，基于数字信息和数字影像技术的近景摄影测量，通过将影片转换成数字影像或用特殊摄像机（CCD相机）直接获取被摄物体的“数字影像”，然后利用数字近景摄影测量软件lensphoto获得同名像点的坐标，进而计算对应物点的空间三维坐标。数字近景摄影测量方法能够快速、经济地获取整个被摄物体的空间三维信息，己经应用在高陡边坡、地貌变化、生物医学、汽车制造、建筑等相关领域。数字化近景摄影测量系统的构成见下图1。

图1 数字化近景摄影测量系统（PHOTO）系统构成

3 数字影像获取

在数字近景摄影测量中，第一步工作是对被测物体的周围实施控制，控制点含有三维坐标。在对边坡进行稳定性监测时，边坡稳定性监测点包括基准点和监测点。基准点分为稳定基准点和工作基点，它们在监测中各自作用不同。基准点的布设主要考虑稳定性，不受干扰，且要考虑测量技术，一般埋设在基岩上。控制点标示牌中心要有十字丝，以中心位置作为控制点量测位置。标示牌最好在影像上占10个像素为佳，用地面分辨率（GSD）乘以10个像素大小就等于最低要求的标示牌大小。图2为标示牌样式示意图。

图2 标示牌样式示意图

近景摄影测量的拍摄包含两个主要工作：室内相机检校与外业实地拍摄。室内相机检校主要针对相机、液晶屏幕（LCD）及摄站；外业实地拍摄前要先到拍摄物体周遭环境勘查现场地形，依照现场情况决定拍摄方式。拍摄方式有两种：平行摄影和旋转摄影，平行摄影适用于近距离目标，旋转摄影适用于远距离目标。根据测区的实际概况，本次近景摄影测量采用平行摄影。图3为平行摄影示意图。

图3 平行摄影示意图

4 影像处理

多基线数字近景摄影测量系统（Lensphoto）采用普通定焦单反数码相机对高陡边坡拍摄几组相片，将全站仪测量所得的少量高精度点位三维坐标与摄影测量获取的丰富的影像信息相结合建立空间关系，通过近景摄影测量软件lensphoto，自动生成高陡边坡的精确DEM及基于影像的密集点云DSM，从而建立高精度的、三维的数字边坡模型。

多基线数字近景摄影测量作业分外业数据采集和内业数据处理。外业测量精度和拍摄效果是获得高质量的测量成果的关键，检查拍摄的全部影像，保证影像分辨清晰且有60%的重叠。所有的外业工作结束后，对数据和影像进行内业处理，主要流程包括：建立工程文件、导入像片数据、空三匹配、控制点量测、区域网平差、立体编辑、DEM编辑，最后进行立体测图［1］。作业流程见图4。

图4 多基线数字近景摄影测量作业流程图

首先对拍摄的影像进行批量命名，命名的原则是影像顺序要和摄站顺序一致［4］。其次运行Lensphoto软件，建立工程文件，将外业采集的数据导入计算机，读取影像并进行空三匹配和空三量测，等这两项工作完了之后，进行区域网光束法平差并自动匹配，经过空三加密后就可以形成密集点云DSM。最后对影像进行畸变差纠正以消除影像畸变差，经立体编辑后生成三角网、建立三维模型、自动生成DEM，最终形成三维边坡模型［3］。

5 影像分析

成果精度采用两种方法评定，一种是检查控制点个数对平差结果的影响及平差后的精度，一种是检查Lensphoto软件处理后的所测边坡精度。

（1）外业测量36个控制点，分别取8个、16个、32个控制点进行整体平差处理，结果显示控制点越多，精度越好［7］。以32个控制点的平差结果作为依据，与精度要求作比较，其精度满足要求。

（2）为了满足采区日常生产测量需要，采区拥有一套完整的D级GPS控制网，控制网中的好几个点分布在最终边坡的台阶上，如“水龙坡”等，其余控制点分布在境界外稳定的山头上，如“西源岭”、“新黄坑”等。以水龙山边坡变形监测为例，检查Lensphoto软件处理后的所测边坡精度。首先检查控制点“水龙坡”的坐标，精度满足要求。然后以“水龙坡”作为设站点在其上架设全站仪，“新黄坑”作为后视点，按测图精度要求对部分边坡进行实测，与Lensphoto软件处理后的所测边坡套合比较，吻合较好。

6 结语

在数字近景摄影测量技术应用于边坡稳定性监测过程中，标示牌设计、安放方式合理，监测过程严谨有序，解算精度符合要求，具有高精度、高自动化、高效率等特点。利用不同时期拍摄的影像，通过数据和影像处理便可解算出边坡变形量。采用数字近景摄影测量能出色完成边坡稳定性监测任务，可以大大减少外业工作，降低了劳动强度，提高生产效率，同时为露天矿山安全生产、边坡治理和边坡设计提供科学的依据。

［1］张祖勋, 张剑清. 数字摄影测量学[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2002:16-22.

［2］张祖勋. 数字摄影测量与计算机视觉[J]. 武汉大学学报, 2004, 29(12):1035-1039.

［3］林君建, 苍桂华. 摄影测量学[M]. 北京: 国防工业出版社, 2005:60-66.

［4］刘楚乔. 边坡稳定性摄影监测分析系统研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2008:56-59.

［5］项鑫, 王艳利. 近景摄影测量在边坡变形监测中的应用[J]. 中国煤炭地质, 2010, 22(6):66-69.

［6］吴超超, 赵欣, 王涛. 变形监测点三维坐标获取系统[J]. 地理空间信息, 2009(6):141-144.

［7］杜小宇. 数字近景摄影测量系统精度分析和控制[D]. 南京: 南京航空航天大学, 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，大学本科，主要从事矿山测量技术工作。E-mail: 80831881@qq.com