无人机倾斜摄影技术在矿山地质灾害调查与治理中的应用

邓志强

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质勘测设计院，贵州 贵阳 550000）

传统的矿山地质灾害调查与治理方法工作效率低下，工作难度大，主要表现在以下两个方面：①实地踏勘阶段：很多陡崖危险区域造成踏勘人员无法到及，不能直观准确地掌握第一手现场资料；同时给野外技术人员带来严重的安全问题。②治理设计阶段：通常采用传统的1：500实测地形图作为工作底图，由于DLG表达侧重点的不同和采集数据的不全面性，造成地质灾害治理设计工作的相对盲目，无法有的放矢[1]。近几年来，低空无人机技术日新月异地发展，无人机的倾斜摄影技术也日趋占领了摄影测量的主流。其在矿山地质灾害调查与治理方面凸显出其他技术手段无法比拟的优势。

1 倾斜摄影相对于传统正射摄影的技术优势

（1）反应矿山周边地质灾害区的真实三维景观。相对于正射影像，倾斜影像能从一个垂直、多个倾斜角度同时采集影像，可以采集周边地物真实三维景观，像地质裂缝、危岩和周边的灾害影响区都能直观而且具体地反映。这是正射影像和DLG无法实现的[2]。

（2）倾斜摄影可以直接基于成果影像量测。。通过配套软件的应用，可直接基于成果影像进行裂缝、危岩和陡坡等地质灾害点宽度、高度、长度、面积、角度、坡度等的量测。

（3）周边实景特征可采集。地质灾害区域植被覆盖茂盛程度、植被大小、土质和岩体的几何特征、结构特征、边界条件等信息均可通过三维实景判别，提高了工作效率和准确性。

2 倾斜摄影的基本原理

所谓倾斜摄影，主要是使用倾斜航空相机来获得地物信息的一种新的航空摄影方法，它和传统的垂直航空摄影方法有很多的不同之处，倾斜相机通过5个角度来采集数据，即正面、前方、左边、右边，并和惯导系统结合起来得到精确的位置与信息，然后用数据处理软件来处理数据，把全部影像放置到坐标系统中。

3 基于矿山地质灾害调查倾斜摄影测量流程

（1）需要现场踏勘，收集相关资料，确定矿山地质灾害影响区域。

（2）在踏勘的基础上设计航摄飞行路线和航高，通过测绘范围和无人机的性能确定航摄飞行架次。实践经验要求旁向重叠不低于60%，航向重叠不低于65%。

（3）需要通过地形地貌分区域布设像控点。像控点的布设合理与否很大程度影响到倾斜摄影成果精度。笔者曾以0.3平方公里的平原丘陵测区作为实验区，以相同分cm作为前提，对测图精度这个关键环节进行分析比较。比较结果足见合理布置像控点的重要性。

表1 矿山诋毁灾害误差测量

（4）利用GPS-RTK进行像控点实测，而后进行倾斜摄影空三加密。空中三角测量是利用航摄像片与所摄目标之间的空间几何关系，根据少量像片控制点，计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。空三加密可以对植被覆盖、水域等控制点存储盲区进行计算处理，提高测绘精度。

（5）在数据整理的基础上进行三维建模和真正射影像（TDOM）生成，最终结合三维模型和TDOM利用航天远景或EPS（清华山维）等平台软件进行成图。

4 矿山地质灾害调查与治理在三维模型上的实现

矿山地质灾害是指在矿山生产作业的作用下形成的，对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用（现象）。主要包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝。低空无人机倾斜摄影技术生产的高分辨率三维立体模型，如同实景重现，可以很清楚地从三维模型里解译出地质灾害点。例如：地面塌陷主要分布在旱地、居民地和沟渠内，形成塌陷坑，明显低于周边地形；地裂缝处造成局部土壤含水量增加导致裂缝里杂草丛生，或导致山体或者旱地形成一定落差的陡坎和建筑物产生裂缝。

研究矿山地质灾害区域的相关地质资料，结合现场踏勘初步确定地质灾害点。通过Arcgis等地理信息软件将相关地质资料、矿山地质图和倾斜摄影测量生成的三维模型进行叠加分析，可以很直观地进行地质灾害评价与三维演化分析。

图1 叠加地质图的三维模型图

图2 地质灾害全域三维模型（局部）

例如某地方出现地质裂缝，居民区房屋开裂，地质灾害区周边确有地下开采金属矿山。为了调查地质灾害的形成是否与矿山生产作业有关联，地质工作者在实际踏勘走访的基础上，制定以下作业方案。①首先收集相关矿山地质、水文资料，统一坐标系统、格式，实际测绘矿山开拓工程平面图；通过无人机倾斜摄影技术建立地质灾害区三维模型。②将预处理好的地质、水文数据，实测的矿山开拓工程数据和三维模型通过Acgis软件叠合，生成全域的三维模型（地上、地下）。③对裂缝分布情况进行综合分析研究，确定地质灾害区域内地质灾害发生的基本因素和诱发因素。

又例如，某露天矿山开采，可以通过三维模型对开采边坡的稳定性进行评价。通过三维模型可以清晰反映边坡的各项特征数据，譬如平台坡面倾向、坡面倾角、高差、长度，是否有开裂等，甚至可以通过露头影像测量对节理走向及长度进行分析。还可以通过一定时间段的重复采集建模，准确比较和预测地质灾害动向。

5 结语

综上，无人机倾斜摄影测量可以获取地质灾害点的精确位置、几何特征、结构特征、边界条件等信息，通过对岩体的类型、发育分布规律进行研究，可以为矿山地质灾害的防治提供技术支持。三维模型通过Acgis等地理信息软件的联合应用，更是为地质灾害的调查和防治提供方便和技术支持。