近景攝影技術在露天礦山邊坡變形監測中的應用初探

張敏

摘 ?要：隨著礦區開采范圍及采深的增加，露天礦山邊坡整體高度及裸露面積增大，若未及時發現裸露高陡邊坡的變形區域，未對其做出相應整治措施，便會出現邊坡失穩、滑坡、塌方等問題，進而引發各類災害。文章分析了近景攝影測量研究現狀，概述了近景影像技術理論基礎，提出了近景攝影技術在露天礦山邊坡變形監測中的具體應用。

關鍵詞：近景攝影技術;露天礦山;邊坡變形監測;應用初探

中圖分類號：TD80 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）20-0171-02

Abstract： With the increase of mining scope and mining depth in the mining area， the overall height and exposed area of the open-pit slope increase. If the deformation area of the exposed high and steep slope is not found in time， and the corresponding treatment measures are not taken， there will be slope instability， landslides， landslides and other problems， and then lead to all kinds of disasters. This paper analyzes the research status of close-range photogrammetry， summarizes the theoretical basis of close-range image technology， and puts forward the specific application of close-range photography in slope deformation monitoring of open-pit mines.

Keywords： close-range photography; open-pit mine; slope deformation monitoring; preliminary application

近景攝影測量技術主要是指在不接觸目標物的前提下，迅速獲取精準的影像數據，進而建立高精準的三維模型，通過對數據的一系列處理，來獲得所需的各種測量資料，近年來，近景攝影測量技術已逐漸應用在露天礦山邊坡變形監測中?；率怯绊懧短斓V山安全的主要災害之一，通常情況下，在發生滑坡災害之前會出現某些征兆，這時便可以使用近景攝影測量技術做好邊坡數據的采集工作，進而得到礦山邊坡整體的變形量以及變形趨勢，便于礦山對邊坡變形進行下一步科學、合理的整治工作部署。除此之外，近景攝影測量技術能有效地解決快速拍攝存在的問題，降低運作成本，全面提高數據質量。該技術能對數據信息進行有效處理，實現數據融合，對于邊坡變形的分析至關重要。因此，現階段對于近景攝影測量技術在露天礦山邊坡變形監測中的應用進行探究，具有極其深遠的現實意義。

1 近景攝影測量研究現狀

近景攝影技術主要是指在300米的范圍之內，能夠對目標待測物體進行影像數據的收集，進而能夠準確地得到被測物體的形狀大小坐標信息，它能夠在不接觸目標物體的前提之下得到更加精準的數據。近年來，隨著科學技術的發展，近景攝影技術也得到顯著提升，不僅使得近景攝影測量基礎理論得到補充，近景攝影測量技術配套軟件質量也顯著增強，數據結果處理及分析精準度也明顯提高。目前它已被廣泛使用在4D產品的檢測中，尤其是在2000年以后，近景攝影技術實現空前發展，被廣泛使用在目標物的變形監測中。發展到2010年，人們將改造后的相機融入到近景攝影技術中后，能對建筑外墻進行變形監測探究，全面確保實驗結果能夠滿足測量精度的需求。發展到2013年，近景攝影技術使用到山谷的測量中，能夠有效地得到冰川的活躍程度，也可以分析下雨對邊坡表面產生的影響。

和國外相比，我國的近景攝影技術起步較晚，然而經過十多年的發展，近景攝影技術，無論是在理論還是實踐等層面都取得了突飛猛進的發展，我國很多學者都將近景攝影技術使用在邊坡變形數據的采集過程中。邊坡變形監測是測繪的主要內容，目前，隨著科學技術的快速發展，我國的邊坡變形監測也有了一套較為完整的理論基礎。在2016年，謝冬冬，楊德宏通過近景攝影技術在露天礦山邊坡變形監測中的應用，對影像數據進行解讀，能夠得到大量的峽谷信息，這就驗證了邊坡近景攝影技術能夠更好地使用在復雜地形測量中。2017年，武漢大學李林等學者使用近景攝影測量技術在滑坡的監測中，得到更加精準的邊坡整體變形量。在2018年，學者李天等人對近景攝影測量技術及數據處理量進行分析，發現該技術具有較高的實時預警功能，制定了一種能夠進行遠程傳輸的監測方案，不僅能夠在模擬實驗環境下驗證，而且能廣泛使用在實際邊坡變形監測應用中。綜上所述，在邊坡變形監測中能夠有效地解讀數據，提高數據分析精準度的近景攝影技術已被廣泛使用。當然，在實際應用中也可能存在著各種各樣的不足，無論是山坡露天礦還是凹陷露天礦，在開采過程中，由于礦區地質環境復雜，攝影設備易受氣候及粉塵影響，這也就意味著，近景攝影技術在實際使用時還需對其可行性進行合理分析，因地制宜[1]。

2 近景攝影技術理論基礎

2.1 近景攝影測量坐標系

通常情況下，近景攝影技術在使用時需要對近景攝影測量坐標系進行分析，該坐標系主要是解讀同名坐標點以及控制點的三維坐標數據，它能夠有效地得到目標物的地理坐標，而且能夠實現不同地理坐標之間的相互轉換。一般情況下，在露天礦山邊坡變形監測技術應用時，近景攝影技術的測量坐標系主要有以下幾種：第一，平面坐標系，能夠有效地描述二維坐標點在相片上的具體坐標;第二，物方空間坐標系，它是為了明確被測物體的空間坐標系而設立的;第三，空間坐標系，它主要是用來描述點空間的地址，能夠及時到獲取圖片的位置和姿態，不同影像之間的坐標系是不斷變化，相互之間的影響也是不同的;第四，輔助空間坐標系，在某種程度上它具備過渡的性質，可能由于相片和姿態發生變化，能夠給數據解析產生一定的困難。因此，在構建輔助空間坐標系時，應該將第一張相片作為像空間坐標系[2]。

2.2 內方位素

為了在一定范圍內明確近影攝影技術得到的目標物體影像數據，需要考慮到物體和相片之間的聯系。對于內方位元素來說，它主要是進行明確影像中心和相片的相對位置，在某種程度上，內方位元素，它是近景攝影測量技術，建立目標物的三維模型基礎，它能有效地提高目標物三維模型的準確性。一般情況下，在相機購買完成以后，內方位元素都是已知的，在實際應用時，需要對內方位的各元素進行校對，全面確保數據的準確性[3]。

2.3 外方位素

外方位元素，它主要是用來確定光速在物方空間坐標系的中間位置和姿態的要素，主要包括直線元素和角元素，直線元素主要是為了確定攝影中心在物體空間坐標系中的具體位置，而角元素主要是為了確定相片在物方空間坐標系的空間動態[4]。

3 近景攝影技術在露天礦山邊坡變形監測中的應用

3.1 數據獲取

邊坡穩定性和礦山的安全生產有著密切的聯系，為了加強高陡邊坡變形監測，需要對近景攝影技術進行全面探究，提高高陡邊坡變形監測的穩定性和科學性，在對滑坡監測時可以使用全站儀測量、GPS變形監測等不同方法。然而，以上技術在使用時操作復雜，成本較高，最為重要的是其測量時需要人員接觸目標物，這在邊坡形變較為嚴重的區域進行測量工作是極其危險的，而使用近景攝影測量技術，它能夠通過非接觸進行測量，得到數據的速度快、成本低，能夠在保證測量安全的前提下，全面提高測量精度。一般情況下，在進行露天礦邊坡影像數據采集時，使用的是旋轉多基線交相攝影的方式，需要在露天礦邊坡上均勻分布一些標志點，然后對邊坡使用平行攝影的方式做好影像數據的采集，拍攝平均距離大約為80厘米左右，而影像的重疊度在80%以上，為了確保影像重疊，部分有監測點，為后續數據的處理建立模型奠定基礎。這就意味著，在進行數據采集時，應該在最大范圍內正對邊坡，才能有效地降低幾何變形發生的概率。尤其是近景攝影測量技術在使用時，它的拍攝仰角不能高于45度，在拍攝時也不能隨意的調整相機焦距，確保相機焦距保持不變[5]。

3.2 影像數據處理

在露天礦山邊坡變形監測中，使用近景攝影技術需要做好影像數據的處理工作，必須要建立完善的測區工程文件，輸入相關的影像數據，針對控制點坐標和相機參數進行設定，在人工匹配完成之后需要進行空三測量。在此之后，可以使用區域網光束法進行加密匹配，然后將編輯好的模型點建立三角網，需要進行影像匹配，在進行影像數據處理時，需要對影像進行空三匹配，通過影像匹配找到不同攝像區域上的同名點相片，得到之后找到相鄰相片之間的重疊，確保相鄰相片具有一定的重疊度，然后將相片重疊的區域找到匹配點，對每張照片需要做好每張照片的全自動匹配。

3.3 點云融合

使用點云融合能夠對數據空洞進行修補，實現影像數據和點云數據的融合，能夠確保兩個數據庫，精準匹配修補邊坡模型空洞。此外，控制點需要對影像各控制點進行分析，尤其是得到稀疏的點云坐標，它更是屬于獨立坐標系的范疇，需要將控制點的點云數據轉換為方空間坐標系，然后使用光束法進行平差，找到人工標志點的影像數據，解算控制點，為了確保檢查精準度的要求，還需要對檢驗點的空間位置誤差和坐標系中的誤差進行測量精度分析。

4 結束語

綜上所述，在科學技術的推動之下，邊坡變形監測技術方法更加先進、精準。近景攝影測量技術能有效地縮短監測時間并獲取更多、更準確的數據，以便于人們更好地判斷邊坡整體的變形趨勢，更好地進行露天礦山邊坡安全管理工作，近景攝影測量技術在露天礦山邊坡變形監測中大有可為。

參考文獻：

[1]謝冬冬，楊德宏.近景攝影技術在露天礦山邊坡變形監測中的應用[J].價值工程，2016，35（21）：123-124.

[2]毛斌斌，張強，徐豪，等.利用近景攝影測量技術監測紅旗溝排土場邊坡位移變形[J].現代礦業，2018（5）：151-153.

[3]唐楨，劉斐，王孟穹.由點到面的變形監測技術在露天礦山邊坡中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2019，42（5）：69-72.

[4]賀躍光.工程開挖引起的地表移動與變形模型及監測技術研究[D].湖南：中南大學，2018.

[5]郭明，高楚天，邵天翼，等.利用近景攝影測量技術獲取車載LiDAR測量系統檢校初值[J].工程勘察，2019，47（10）：48-52.