利用激光測距儀對采空區快速地形測量方法

孫濤

摘要： 介紹一種利用激光測距儀和RTK定位技術對采空區快速地形測量方法，并通過一些算法校正采空區的地形數據以及對比該算法與RTK實測的差值。結果表明，其差值的數量最大為1.5673m。

Abstract： This paper introduces a rapid topography measurement method of mined-out area using laser range finder and RTK positioning technology， and corrects the topographic data of mined-out area through some algorithms and compares the difference between the algorithm and RTK. The results show that the maximum difference is 1.5673m.

關鍵詞： 激光測距儀；RTK；采空區

Key words： laser range finder；RTK；mined-out area

中圖分類號：P631.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）08-0188-02

0 引言

有用礦體被采出以后，開采區域周圍的巖體原始應力平衡受到破壞，應力重新分布，影響如果發展到地表，將產生連續或非連續的地表變形[1]。顯然采空區發生地表變形之前的DEM數據存在一定的偏差，基于此，本文介紹一種利用激光測距儀和RTK定位技術對采空區快速地形測量方法，為了更快地完成采空區的高程數據校正，利用MATLAB語言編制計算程序，該程序可以一次性完成全區的高程數據校正。在獲取高程數據時先將校正之前的地形圖數字化，然后利用插值方法計算所需校正的DEM結點高程數據，并且可根據重力地形改正的精度要求來加大高程數據的采樣密度，并通過會理天寶山鉛鋅礦區10個算例對比對計算精度進行分析。

1 采空區DEM數據存在的問題

地下礦層采空后形成的空間稱為采空區。出現采空區后，其上覆蓋的巖層將失去支撐，原來的應力平衡條件被破壞，使得上覆巖層產生移動變形，直到破壞塌落，最后導致地表變形破壞，地表大面積滑坡、下沉、凹陷[2]。以會理天寶山鉛鋅礦區采空區為例，如圖1所示，在會理天寶山鉛鋅礦區采空區的地表發生了大面積的滑坡、下沉、凹陷，導致在地表變形之前的高程數據存在一定的偏差，不利于用來進行重力近區地改，由于再次進行遙感測繪，工作量大，效率低，不能滿足當前重力地改工作的需要，因此采用一種利用激光測距儀和RTK定位技術對采空區快速地形測量方法，校正采空區高程數據。

2 工作流程

2.1 在采空區選取固定測點

以在會理天寶山鉛鋅礦區的采空區實際工作為例，在采空區上選取10個測點。為了更加精確個測點的高程數據，在礦區地形標定點和測點各放置一臺RTK，并利用激光測距儀測量固定測點某些方位延伸的散裂點到固定測點的水平距離和垂直距離，并標記測點延伸的散裂點是否是邊界點，本次工作獲得25個邊界點。

2.2 數字地形圖的準備

①將地形圖掃描到計算機中，對掃描圖進行配準，采用Autocad與MAPGIS等軟件將地形圖數字化，得到北京54坐標系下地形圖的橫坐標、縱坐標、高程值。

②根據地形標定點的RTK獲取10個測點地形數據，以及測點延伸的140個散裂點地形數據。

2.3 選取出數字地形圖中需要修改的地形數據

利用matlab繪制出各邊界點圖像，將邊界點用2條線相連，分為上下兩個部分，如圖2所示，然后選取出數字地形圖中在兩邊界線之內的網格節點數據，本次工作共選取出172個網格節點數據。

2.4 使用Matlab語言編制程序計算結點高程值

將一些散裂點的高程數據利用數學中的插值方法（雙線性插值方法、最近鄰插值）轉換成一定的網格間距的結點高程值，插值出待校正各網格結點的高程值，并依此校正采空區的高程數據庫。

3 計算結果的精度分析

準確值x與其測量值x*之差稱為近似值x*的絕對誤差[3]。在數值計算中，記為e（x*）=x*-x，簡記為e*。以10固定測點的高程數據作為準確值，以插值計算出10個固定點的高程數據作為測量值，得到10個測點的絕對誤差，其絕對誤差如表1所示。

4 結語

本文詳細介紹了一種利用激光測距儀和RTK定位技術對采空區快速地形測量方法，利用MAPGIS等軟件將地形圖數字化，通過MATLAB選取出待校正的地形網格節點并插值出待校正的地形網格節點高程數據。

由表1各測點精度對比發現，有測點的絕對誤差絕對值達到1.5673m。誤差還是較大，我們可以根據重力地形改正的精度要求來加大散裂點的采樣密度，減小誤差。因此建議在采空區等地表地形發生改變的地區采用本文的快速地形測量方法。

參考文獻：

[1]孫超，薄景山，劉紅帥，齊文浩.采空區地表沉降影響因素研究[J].吉林大學學報，2009，39（3）：498-502.

[2]吳兆營，薄景山，杜國林，劉德東，劉紅帥.采空區對地表穩定性的影響[J].自然災害學報，2004，13（2）：140-144.

[3]黃明游，劉播，徐濤.數值計算方法[M].科學出版社，2005.