基于地表變形的攝影測量方法研究

蔡軍

摘 要：開采礦山會(huì)破壞巖層內(nèi)部的應(yīng)力平衡狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致地表產(chǎn)生滑坡或移動(dòng)等變形。因此，安全監(jiān)視礦區(qū)可能產(chǎn)生的地表變形尤為重要。攝影測量技術(shù)是一種非接觸的測量手段，利用該技術(shù)不僅能有效監(jiān)測地形情況，還能隨意定向，瞬間獲取地表信息。就攝影測量技術(shù)在地表變形監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：地表變形；攝影測量；滑坡；位移值

中圖分類號：P234.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.099

1 實(shí)施地表變形測量的意義

地表變形會(huì)導(dǎo)致地表和巖層出現(xiàn)移動(dòng)或滑坡現(xiàn)象，這主要與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，同時(shí)，也與外界因素有一定的聯(lián)系，比如在風(fēng)化、雨水沖擊和地殼運(yùn)動(dòng)等因素的作用下，地表會(huì)加速變形，進(jìn)而危及人身安全，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，對礦山內(nèi)的地表變形實(shí)施常規(guī)測量，可為工程地表變形提供可靠的數(shù)據(jù)和地形資料，從而為研究防范地表變形措施提供依據(jù)。采用攝影測量方法分析地表變形，具有拍照速率快、影像生動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)，也可以得到較為豐富的地表變形測量信息，且資料可保存很長時(shí)間。應(yīng)用地面攝影測量方法時(shí)，可根據(jù)局部地域的地表變形環(huán)境，也可以應(yīng)用地面拍照與航空拍照結(jié)合的方法，研究產(chǎn)生大面積地表變形的原因。

2 地面攝影測量方法的應(yīng)用

利用地面攝影測量方法，可有效分析地表變形，精準(zhǔn)測量地表滑坡、地表移動(dòng)、地面侵蝕等現(xiàn)象的相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，地面攝影測量方法還具有精度高、設(shè)備操作簡單和作業(yè)靈活的優(yōu)點(diǎn)。

2.1 解析法

基于攝影技術(shù)，在地表移動(dòng)前和地表移動(dòng)后多次拍攝移動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，根據(jù)在地表移動(dòng)范疇內(nèi)測量的人工標(biāo)記點(diǎn)的自然特性，分析這些點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化。可計(jì)算移動(dòng)前、后統(tǒng)點(diǎn)的坐標(biāo)差值，最終得出這些點(diǎn)的位移值，并可用曲線表現(xiàn)出這些點(diǎn)的位移情況。比如，在解析法中，應(yīng)用剖析法觀察測點(diǎn)發(fā)生的變化，其精度輔導(dǎo)位偏差與拍照間隔的比值可達(dá)1∶100 000～1∶40 000.

2.2 模擬測圖法

圖1 數(shù)據(jù)采集

在地表變形測量中，模仿測圖法即為正直攝影與等偏攝影方法的組合。通過拍照攝影獲取立體圖像，采用萬能測圖儀測繪地表地形圖，從而繪制地表縱斷面圖和斷面圖；通過不同時(shí)間測量的攝影圖像展示地表變形情況，反映地表等高線、標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)志物的位移軌跡，從而求得土方量。數(shù)據(jù)采集方法如圖1所示。

模擬測圖法檢測地表變形具有直觀、易于復(fù)制的特點(diǎn)，可通過測點(diǎn)的高程變化測量地表變形。在地表變形測量中，由于其測圖精度取決于拍照間隔和基線問題，因此，對于難以靠近的地區(qū)而言，采用該方法就會(huì)存在一定的弊端，無法有效顯示該讀取的地表變形情況。采用模仿測圖方法測定測點(diǎn)的位置變化時(shí)，需要將人工標(biāo)記點(diǎn)作為特定的點(diǎn)后，再測定這些點(diǎn)發(fā)生的位移變化。通常可根據(jù)位移量表現(xiàn)地面平面位置的變化，比如高程變化可用數(shù)字標(biāo)記，從而表現(xiàn)地表的變形態(tài)勢。在攝影測量方法的地表變形測量中，測圖精度主要取決于攝基線與待定點(diǎn)標(biāo)記位置的距離。如果距離較近，則誤差較小。此外，照明、陰影等因素會(huì)降低測圖精度。

2.3 攝影法

可將拍攝的地表相片編制為平面圖和攝像片，這樣呈現(xiàn)多信息的地表變形數(shù)據(jù)，但精度較低。因此，該方法只能用于定性闡發(fā)的地表變形測量。儀器自動(dòng)化水平的不斷提高（比如剖析測圖儀等）可使地表的平面位置、地表變形中的等高線和地表縱橫斷面測量圖等數(shù)據(jù)數(shù)字化，并根據(jù)地表移動(dòng)的土方量和速率繪制等值線，最終得到地表變形數(shù)據(jù)。在拍攝時(shí)，對地表距離有一定的要求，應(yīng)在相機(jī)的超焦點(diǎn)距離外拍攝，這樣影像的清晰度高，像點(diǎn)坐標(biāo)的自動(dòng)量測精度高。在實(shí)際的地表變形測量中，可根據(jù)要求拍攝24張攝影圖像，并應(yīng)用Australis軟件操作，從而降低檢校的工作量。同時(shí)，應(yīng)采用專業(yè)的攝影測量相機(jī)，并應(yīng)用數(shù)字近景攝影測量技術(shù)，監(jiān)測大壩等地區(qū)的地表變形。采用未經(jīng)標(biāo)定的非測量相機(jī)時(shí)，也可以利用攝影測量技術(shù)，監(jiān)測礦山等地區(qū)的地表塌陷活動(dòng)，但需要滿足相應(yīng)的精度需求，比如，確保攝影目標(biāo)在豎直平面內(nèi)、影像傾角ω較小和滿足影像的自動(dòng)匹配，從而得到理想的地表變形測量結(jié)果。

3 結(jié)束語

綜上所述，在地表變形測量中，應(yīng)用攝影測量的方法可有效降低地表發(fā)生沉降現(xiàn)象的概率。因此，應(yīng)有效應(yīng)用攝影測量方法獲取變形信息，并分析、解釋變形信息，做好施工中的變形預(yù)報(bào)，從而確保地表項(xiàng)目的施工安全，提升災(zāi)害防治水平。

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