影像定位技术在矿山地质测绘中的应用实践研究

苏艳民

（黑龙江省地质科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150036）

随着计算机技术和传感器技术的不断进步，现代影像定位技术得到了前所未有的发展，在高分辨率的作用下矿山地质测绘能够实现多重信息的获取，完成精准定位的最终目标。进入21世纪以来各类影响传感器不断更新换代，一系列高分辨率的影响遥感系统不断出现，促进了影像空间分辨率的进一步提升，以发达的西方国家为例，美国和法国等国家早已实现了高精准的地理数据测绘。我国在近些年来也通过发射卫星一号和资源三号卫星，完成了影像定位技术的成熟发展，在无法进行光束定位的区域能够克服多种因素，完成立体测绘和地质勘察的任务。影像定位技术主要是以通信技术为基础，利用全球定位卫星在选定区域，建立多个永久性的连续运行基站，完成现代通讯接受数据的处理过程，为地质勘察工作者提供多元和高精准的信息服务，能够统一区域内的测绘标准，避免多个测量标志的重复建设。本文以此为基础研究影像定位技术，在矿山地质测绘中的应用方法，为实际的矿山勘察提供理论依据，促进矿山的合理开发和利用。

1 影像定位技术在矿山地质测绘中的应用方法

1.1 构建几何定位成像模型

在涉及到理论数据和转换参数的界定下，将影像投射点和投影中心连成共线，在相互关联的坐标系中建立一个几何定位的成像模型，在其中能够对关键传感器类型投射的画面完成转不按，和需要建立的安置数据格式想匹配。按照影像能够成行的公布坐标系中，分别将横纵坐标的坐落点以三角的类似形式完成布置，在相机主距离不断偏移过程中，将对应的相位中心坐标加以移动，参照横坐标和纵坐标旋转矩阵的排列顺序，将能够个接受数据的固定机位放置在中心位置。由于几何模型定位效果中存在的参数集合较多，组成的线性结构较为复杂，在实际的应用过程中需要将较小的参数，或者具有相同影响价值的参数进行合并出路，结合模型中等量转换原则达到较为精简的成像模块，分别采用点位坐标横向平移和缩放的功能，将地表的坐标系周围按照矩阵形式进行放置。

1.2 影像定位技术获取遥感图像

在利用影像定位技术获取相应图片后，对多个图片的信息进行特征分析，整理出相类似的波段信号，在逐一排查过程中对极小的变化点作出标注，完成图像加强校正的全过程。根据可见的全程照射波段，将获取过程分为可见光和红外光以及短波外射三个类型，在可见光的波段能够直接反应出矿山岩石层面中金属物质叠加光反应的管沟，出现不同层级级别的地质样貌。在红外远光波段可以根据地表的温度变化和发射频率，掌握地面内部水和物质的运动效果，绘制出地热反应制度，能够用于地质构造和岩性以及储量的信息解读。短波外射主要用于地表植被的反射区域，在不同植被含水量的作用下，能够形成不同程度的光谱成像，在每种含水结构不同的植物表叶和根茎中，用于隐藏地质的地下水识别，较为清晰的展现植被覆盖下的地貌细节。

1.3 处理观察数据实现测绘

将遥感图像完成获取应用前，必须选择适当的方式进行观测数据的处理，在光谱信息增强和空间信息增强相结合的手段下，及时对图像中的有用信息进行提取，扩大不同成像之间的特征差别，提高不同画面中区域地貌的信息准确度。遥感图像作为空间地理信息的标志数据之一，能够在不同的光学角度和绘制阶段提供准确的数字化资料，可以将手工绘制的阶段直接过渡到数字处理阶段，强化不用物体之间的空间位置变化程度，用以识别地表物体等量变化的全过程。其中在多组数据接受过程中，若转化的成像时刻存在外方位原色波段，可以根据同名属性的点位坐标，利用两个以上的影像合成交汇确定对应的地面位置。一般情况会在ERDAS软件中反复调整图像的亮度和对比度，使得相类似的图像在色调基本达到一致是，将最高分辨率的数据进行图像的镶嵌，在前后镶嵌的过程中第一次校正的图像颜色需较比后面的图像饱和度低，以满足相邻接边过渡时边界的自然度。

2 实验结果分析

2.1 实验准备

为验证本文设计的影像定位技术应用方法具有实际作用，采用实验测试的方法论证矿山地质测绘工作的完成效果，从而证明其在矿山勘测中能够形成多方位的信息数据整合。在选取某省正在作业的矿井进行实地考察，以全面监测矿区内地面沉降量为目的，利用模拟软件完成为期一年的沉降统计，观测应用前后的地表沉降量的对比结果。根据该矿山周围区域内的现存基站，设置12个观测点位在不同测试条件进行沉降量获取，主要测试条件为不同时间的累计成果，按照每天24小时的检测间隔，以6小时、12小时和24小时为三个时间累计段，具体地标点位参数如表1所示。

表1 矿山区域内观测点位标定参数（mm）

根据表中点位设置标准，在满足观测时间长度中进行统一影像获取，其中两个点位之间的相邻平均距离不能超过20km，在各个点位之间保证观测的级别高于项目B类标准。每组图像的数据采样频率设定为40s，在各个点位构成同步观测环境后，连续按照时间间隔进行测试。

2.2 点位测绘过程

地表沉降量是由不同时间段内大地高位的对比差值获取而来，在不同观测时间内最后的数据结果，和上一段时间的高值差值，即为该时间段内的地表沉降量表示结果。利用影像定位技术对设置好的点位进行观测后，能够收集不同时间段内的地面高度数据，以两两对比为对照组，分别整理6小时内和12小时内以及24小时内的大地高度，具体大地高差获取结果如图1所示。

图1 不同时间段内大地高差值对比结果

根据图中内容可知，在相应的观测时间段内大地高之间存在差值，每组差值之间的变化较小，说明本文方法能够在测绘过程中较为准确的获取数据信息。以6小时和12小时的条件为准，其大地高差部分处于3mm以内，极个别会超过5mm，而12小时和24小时之间的大地高差基本处于3mm之内，仅有两处超过3mm。根据所得数据进行沉降量的数据统计，完成该矿山区域内的地质测绘。

2.3 测试结果分析

为进一步验证影像定位技术的检测成果，根据矿区内现有的水准资源，将本次获取的数据与去年的地表水准正常度变化进行对比。水准的正常高度变化为上一年度的高程减去本年度高程的差值，大地高度变化为上年度的大地高度减去本次测得高值，在水准误差和均方根误差小于0.9mm标准下，具体沉降量统计结果如下表2所示。

表2 影像定位与水准沉降量数据统计结果（mm）

根据表中内容可知，在影像定位技术的应用下，各个定位上的高值变化量有所减少，主要是影响定位不用调控标点，能够在点位上下移动过程中，直接获取定位数据，因此所得沉降量数据较小，能更加贴近实际地表沉降值。实验结果表明：本文方法能够在影像定位技术的应用下，对矿山区域内的地表高程进行有效测定，以此确定不同区域内不同时段中的地表沉降量。

3 结语

本文在几何成像模型的基础上，运用影像定位技术获取矿山区域图像，完成矿山地质测绘的应用方法设计。实验结果表明：在影像定位技术的应用下，对矿山区域内的地表高程进行有效测定，以此在不同时段中确定不同区域内的地表沉降量。但由于时间限制，在沉降量模拟过程中仅采取一年时间间隔，在矿山实际开采过程中对长时间的作用帮助作用不大，在后续研究中希望可能进行多次反复模拟，完成长时间段内的地表沉降测试，具有更加科学的测绘结果。