基于无人机航摄技术的矿山地质灾害预警模型

高维寅

（甘肃省有色金属地质勘查局天水矿产勘查院，甘肃 天水 741024）

近年来，经济社会的不断发展，对于矿产资源的需求也越来越大，与此同时，矿产开发活动日渐加深，规模也越来越大，为经济社会提供了充足的能源。但是与此同时，也造成了巨大的生态环境破坏，污染环境问题变得越发突出起来，并且还造成各类严重的地质灾害，不仅对人们的生产生活造成很大影响，而且现已成为阻碍经济社会发展的主要因素[1]。下文利用无人机遥感技术对矿区的正射影像及大场景立体正射影像对进行获取的基础上，对矿山开发活动造成的各种影响进行定性和定量分析，并探讨矿山地质灾害的类型即其规模和危害与损失，研究矿山开采活动给工程设施以及建筑物造成的破坏与影响，希望能为相关工作提供一定的参考价值。

1 无人机低空遥感系统

无人机低空遥感系统是基于无人飞行平台基础上，借助其机载的数码摄像设备，对目标实施拍摄与记录，并在相关数据处理技术上，分析处理影像数据，进而实施的监测与调查地面信息。无人机遥感系统主要由空中飞行器以及相应的数据模块以及地面监控模块所构成[2]。无人机的飞行路线以及其平稳运行主要受空中飞行及相关数据模块所控制，同时将获取的飞行数据以及获取的相关数据进行地面传输。无人机飞行系统以及遥感系统和飞行器姿态控制系统和数据传输系统。无人机飞行姿态的调整以及其命令获取和数据接收与监控等，主要通过地面监控模块来实现，其模块组成主要包括飞行器状态监控以及其数据结构和地面控制命令模块等组成。

2 矿山地质灾害无人机航摄技术探测方法和流程

2.1 数据获取与处理

针对研究区，利用无人机飞行平台，搭载数码相机进行数据获取和处理，数字影像优于0.20m，分别达到80%的航向重叠与50%的旁向重叠。针对矿山地质灾害进行详细的探测，在此基础上获得该区的数字正射影像与立体正射影像对。

（1）正射影像。对野外像孔点进行实际监测，通过DPUrid软件来有效处理影像数据，改正畸变，匹配影像以及对空中三角测量进行解析，生成数字高程模型和拼接正射影像，最终将区内分辨率2.20m的正射影像进行获取[3]。

（2）立体正射影像对。是将研究区进行每个航带以及多条航带的各个模型进行一个大场景立体模型的构建，通过斜平行投影手段进行制作，其步骤主要为：①xy平面位置上方形格网呈一定间隔，在数字高程上进行正射投影，将Xi、Yⅰ、Zⅰ坐标进行获取，并利用共线方程对xⅰ，yⅰ坐标上相应的像点进行获取，通过该影像进行正射影像制作；②通过XY平面相同方格网，根据吧格网点在数字高程表面根据平行投影方向进行格网投影，XZ面和此投影呈现平行特点，将DEM表面和此投影相较的X1ⅰ,Y1ⅰ,Z1ⅰ坐标进行获取;③把X1ⅰ,Y1ⅰ,Z1ⅰ等与投影的平行的地表点坐标，依照中心投影方程式在右侧影响上进行改变，获知完善的影像断面数据，通过x1ⅰ,y1ⅰ数据进行立体匹配片制作。通过上面的制作，获取正射影像以及立体匹配片，形成大场景立体正射影像对。能够将地形三维信息全面的获取出来，有效提升地形可视化程度，在立体观察设备下，便能够进行立体测量、浏览以及显示，更好的识别矿山地质灾害。

（3）矿山开发对土地资源的影响与破坏。依照矿区地物的光谱以及纹理和形状等影像在正射影上的特点，开展人工解译，矿区分布着大量的旱地，呈现不均匀的色调特征，表现为土黄色以及深绿色，形状表现为不规则特点以及长方形，有小路与陡坎存在于相邻旱地之间；树木以及水源和交通要道在附近，表现为灰色；在居民以及旱地中穿插公路，表现为灰色和白色，水体表现为带状的青绿色，其间还有小船；农村在基地以及沟渠和河流分布在林地中，表现为均匀色调的白色，有的呈现片状有的呈现为条带状。具有类似特征的地物以及具有较大起伏的区域，利用大场景立体正射影进行观察，对其有效验证，并对结果进行判读。

2.2 矿山地质灾害的类型及影像特征

地裂隙以及地面塌陷是主要的地质灾害类型。地面塌陷是因矿产资源开发过程中，缺少地下支撑，地下水位减低，引发岩土体出现下陷，主要表现为塌陷盆地以及塌陷坑存在。在沟渠以及居民地和旱地区域分布塌陷坑，分布特点多独立存在，表现为长方形，直径大小不一，存在不同的色调，褐色分布在其边缘位置，水在塌陷坑内表现为褐色和深绿色。通过立体大场景正摄像，存在负地形，具有较好的立体效果，相较于正地形，立体效果与之相反，具有非常高的解译性，区内有43处塌陷坑，达到了71.628hm2的面积大小。

2.3 矿业活动对建(构)筑物和主要工程设施的影响与破坏

矿山开采作业，引发地面下沉导致相关工程设施以及建筑物破坏较大。依照矿区的采掘工程平面图以及实测信息，对下沉系数以及水平移动和正切的影响系数等预测，同时对矿区采区矩形工作面以及平原信息，利用矩形工作面开采的平地概率积分法地表移动变形预计数学模型予以预测，对任何点的下沉值进行求得，文中主要通过地表移动变形预计软件开展相应的预测工作，对矿区下沉等值线进行获取，从而知晓该区的下沉情况和其影响范围。

在ArcUIS软件基础上有效叠加正射影像和区内下沉等值线，定性与定量分析工程设施以及建筑物受到地质灾害的影像。通常来说，超过1.5m深度下沉的区域属于严重区，而在0.5m～1.5m范围内属于较严重区，0.01m～0.5m受害情况较轻微，而在0.0lm影响。

矿区地表移动变形受矿区开发活动影响较大，建筑物和地基存在的稳定性被打破，引发建筑物出现歪斜与倒塌，对人们的生活造成很大影响，所以应当对受到影响的建筑物范围位置和影响范围进行及时的进行监测，加强防治。对矿区的正射影像以及大场景立体模型进行运用，可以对矿区中建筑物位置，面积以及其个数进行精细探测，如有积水存在于一些建筑区域，引发开裂倾斜或者倒塌等。

公路以及专用的铁路和电力设施以及河流等受影响较大，引发河堤发生下沉，知致使河流能以进行蓄水，和进行地表排泄等，沟渠受到影响之后，发生塌陷积水发生截断，促进坑塘形成；影响公路及铁路后，引发路面发生沉降，出现开裂。地面沉陷导致地面的电线杆发生倾斜或者倒掉。

3 结论

文中在矿山地质灾害监测过程中，利用低空无人机遥感技术，活得非常好的应用效果，同时进行实地验证，对矿区相关信息的提取准确性进行了验证，结果显示，无人机遥感技术，不仅能够及时的获取相关信息数据，而且精确度非常高，大大提升了探测的精细化程度，具有非常高的数据分析精准性，可以精准的获得矿区的地质灾害信息。相较于其他的遥感探测技术，无人机遥感技术在矿山地质灾害探测过程中应用优势非常突出，具有很好的应用前景。