利用激光測(cè)距儀對(duì)采空區(qū)快速地形測(cè)量方法

孫濤

摘要： 介紹一種利用激光測(cè)距儀和RTK定位技術(shù)對(duì)采空區(qū)快速地形測(cè)量方法，并通過(guò)一些算法校正采空區(qū)的地形數(shù)據(jù)以及對(duì)比該算法與RTK實(shí)測(cè)的差值。結(jié)果表明，其差值的數(shù)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(guān)鍵詞： 激光測(cè)距儀；RTK；采空區(qū)

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

中圖分類號(hào)：P631.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）08-0188-02

0 引言

有用礦體被采出以后，開(kāi)采區(qū)域周圍的巖體原始應(yīng)力平衡受到破壞，應(yīng)力重新分布，影響如果發(fā)展到地表，將產(chǎn)生連續(xù)或非連續(xù)的地表變形[1]。顯然采空區(qū)發(fā)生地表變形之前的DEM數(shù)據(jù)存在一定的偏差，基于此，本文介紹一種利用激光測(cè)距儀和RTK定位技術(shù)對(duì)采空區(qū)快速地形測(cè)量方法，為了更快地完成采空區(qū)的高程數(shù)據(jù)校正，利用MATLAB語(yǔ)言編制計(jì)算程序，該程序可以一次性完成全區(qū)的高程數(shù)據(jù)校正。在獲取高程數(shù)據(jù)時(shí)先將校正之前的地形圖數(shù)字化，然后利用插值方法計(jì)算所需校正的DEM結(jié)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，并且可根據(jù)重力地形改正的精度要求來(lái)加大高程數(shù)據(jù)的采樣密度，并通過(guò)會(huì)理天寶山鉛鋅礦區(qū)10個(gè)算例對(duì)比對(duì)計(jì)算精度進(jìn)行分析。

1 采空區(qū)DEM數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題

地下礦層采空后形成的空間稱為采空區(qū)。出現(xiàn)采空區(qū)后，其上覆蓋的巖層將失去支撐，原來(lái)的應(yīng)力平衡條件被破壞，使得上覆巖層產(chǎn)生移動(dòng)變形，直到破壞塌落，最后導(dǎo)致地表變形破壞，地表大面積滑坡、下沉、凹陷[2]。以會(huì)理天寶山鉛鋅礦區(qū)采空區(qū)為例，如圖1所示，在會(huì)理天寶山鉛鋅礦區(qū)采空區(qū)的地表發(fā)生了大面積的滑坡、下沉、凹陷，導(dǎo)致在地表變形之前的高程數(shù)據(jù)存在一定的偏差，不利于用來(lái)進(jìn)行重力近區(qū)地改，由于再次進(jìn)行遙感測(cè)繪，工作量大，效率低，不能滿足當(dāng)前重力地改工作的需要，因此采用一種利用激光測(cè)距儀和RTK定位技術(shù)對(duì)采空區(qū)快速地形測(cè)量方法，校正采空區(qū)高程數(shù)據(jù)。

2 工作流程

2.1 在采空區(qū)選取固定測(cè)點(diǎn)

以在會(huì)理天寶山鉛鋅礦區(qū)的采空區(qū)實(shí)際工作為例，在采空區(qū)上選取10個(gè)測(cè)點(diǎn)。為了更加精確個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，在礦區(qū)地形標(biāo)定點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)各放置一臺(tái)RTK，并利用激光測(cè)距儀測(cè)量固定測(cè)點(diǎn)某些方位延伸的散裂點(diǎn)到固定測(cè)點(diǎn)的水平距離和垂直距離，并標(biāo)記測(cè)點(diǎn)延伸的散裂點(diǎn)是否是邊界點(diǎn)，本次工作獲得25個(gè)邊界點(diǎn)。

2.2 數(shù)字地形圖的準(zhǔn)備

①將地形圖掃描到計(jì)算機(jī)中，對(duì)掃描圖進(jìn)行配準(zhǔn)，采用Autocad與MAPGIS等軟件將地形圖數(shù)字化，得到北京54坐標(biāo)系下地形圖的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、高程值。

②根據(jù)地形標(biāo)定點(diǎn)的RTK獲取10個(gè)測(cè)點(diǎn)地形數(shù)據(jù)，以及測(cè)點(diǎn)延伸的140個(gè)散裂點(diǎn)地形數(shù)據(jù)。

2.3 選取出數(shù)字地形圖中需要修改的地形數(shù)據(jù)

利用matlab繪制出各邊界點(diǎn)圖像，將邊界點(diǎn)用2條線相連，分為上下兩個(gè)部分，如圖2所示，然后選取出數(shù)字地形圖中在兩邊界線之內(nèi)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，本次工作共選取出172個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

2.4 使用Matlab語(yǔ)言編制程序計(jì)算結(jié)點(diǎn)高程值

將一些散裂點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)利用數(shù)學(xué)中的插值方法（雙線性插值方法、最近鄰插值）轉(zhuǎn)換成一定的網(wǎng)格間距的結(jié)點(diǎn)高程值，插值出待校正各網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的高程值，并依此校正采空區(qū)的高程數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 計(jì)算結(jié)果的精度分析

準(zhǔn)確值x與其測(cè)量值x*之差稱為近似值x*的絕對(duì)誤差[3]。在數(shù)值計(jì)算中，記為e（x*）=x*-x，簡(jiǎn)記為e*。以10固定測(cè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)作為準(zhǔn)確值，以插值計(jì)算出10個(gè)固定點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)作為測(cè)量值，得到10個(gè)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)誤差，其絕對(duì)誤差如表1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了一種利用激光測(cè)距儀和RTK定位技術(shù)對(duì)采空區(qū)快速地形測(cè)量方法，利用MAPGIS等軟件將地形圖數(shù)字化，通過(guò)MATLAB選取出待校正的地形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)并插值出待校正的地形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)。

由表1各測(cè)點(diǎn)精度對(duì)比發(fā)現(xiàn)，有測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)誤差絕對(duì)值達(dá)到1.5673m。誤差還是較大，我們可以根據(jù)重力地形改正的精度要求來(lái)加大散裂點(diǎn)的采樣密度，減小誤差。因此建議在采空區(qū)等地表地形發(fā)生改變的地區(qū)采用本文的快速地形測(cè)量方法。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]吳兆營(yíng)，薄景山，杜國(guó)林，劉德東，劉紅帥.采空區(qū)對(duì)地表穩(wěn)定性的影響[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2004，13（2）：140-144.

[3]黃明游，劉播，徐濤.數(shù)值計(jì)算方法[M].科學(xué)出版社，2005.