礦山地質(zhì)測(cè)繪中影像定位技術(shù)的應(yīng)用

喬轉(zhuǎn)萍

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局張掖礦產(chǎn)勘查院，甘肅 張掖 734000）

地質(zhì)測(cè)繪是一種常用的礦山地質(zhì)勘探方法，涉及地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘查等多項(xiàng)處理技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可幫助施工人員準(zhǔn)確掌握礦區(qū)內(nèi)部的地質(zhì)、地形與地貌情況，從而為后續(xù)測(cè)繪工作的進(jìn)行節(jié)省大量時(shí)間。作為地質(zhì)測(cè)繪工作的關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)，地質(zhì)點(diǎn)測(cè)量是指應(yīng)用特殊測(cè)量方法，確定關(guān)鍵地質(zhì)點(diǎn)實(shí)時(shí)位置的處理手段。由于地質(zhì)工作比例尺、勘探礦種、地形地貌等外界影響條件的不同，可通過儀器法定點(diǎn)、半儀器法定點(diǎn)、目測(cè)法定點(diǎn)三種方法完成礦山地質(zhì)測(cè)繪過程中的關(guān)鍵定位步驟[1]。其中，儀器法定點(diǎn)利用精密儀器測(cè)量地質(zhì)點(diǎn)的施工標(biāo)定位置。半儀器法定點(diǎn)可在地形特點(diǎn)不明顯的情況下，借助羅盤、儀表等器材總結(jié)關(guān)鍵的地質(zhì)點(diǎn)標(biāo)定與測(cè)繪規(guī)則。

目測(cè)法的應(yīng)用過程相對(duì)較為簡單，可用于明顯地形的標(biāo)注與處理情況下，根據(jù)微地貌特征的不同，施工人員可通過眼睛直接確定地質(zhì)點(diǎn)所處位置，再將這些數(shù)據(jù)信息標(biāo)定于航空像片之上，以便于后續(xù)轉(zhuǎn)繪工作的順利進(jìn)行。隨著礦山地質(zhì)測(cè)繪工作的進(jìn)行，傳統(tǒng)地質(zhì)測(cè)繪方法極易出現(xiàn)分析矢量水平過低的問題，從而造成地質(zhì)節(jié)點(diǎn)定位精度水平的嚴(yán)重下降。為解決此問題，在傳統(tǒng)測(cè)繪方法的基礎(chǔ)上，提出全新的影像定位應(yīng)用技術(shù)，在沿用測(cè)繪指標(biāo)參量的同時(shí)，建立影像定位分析矩陣，再通過標(biāo)定測(cè)繪定位角的方式，突出說明該項(xiàng)定位技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 礦山地質(zhì)測(cè)繪中影像定位技術(shù)的應(yīng)用實(shí)效

在礦山地質(zhì)測(cè)繪中影像定位技術(shù)的應(yīng)用主要由測(cè)繪指標(biāo)選取、影像定位分析矩陣建立、測(cè)繪定位角度計(jì)算三個(gè)步驟組成，具體實(shí)用效果分析方法如下。

1.1 測(cè)繪指標(biāo)選取

從字面層次來理解，測(cè)繪處理應(yīng)包含計(jì)算機(jī)光電、測(cè)量繪圖等多項(xiàng)應(yīng)用定位技術(shù)，對(duì)地面上通過對(duì)已有的界線及特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，可準(zhǔn)確反映地面景觀的表現(xiàn)圖形及其所處地域的位置信息，通常情況下，可供工程建設(shè)、施工規(guī)劃設(shè)計(jì)的直接應(yīng)用。

在礦山施工中，地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用范疇極為廣闊，包含自然地理要素、人工地表設(shè)施形狀、空間位置等多種屬性信息，收集多次測(cè)量數(shù)據(jù)，并可聯(lián)合影像定位與施工技術(shù)，繪制完整的礦山地質(zhì)圖像。所謂測(cè)繪指標(biāo)是指具備描述能力的地質(zhì)形象表現(xiàn)數(shù)據(jù)，在礦山施工環(huán)境中，受到地表硬度、地表濕度、礦石覆蓋面積等多項(xiàng)外在因素條件的影響，測(cè)繪點(diǎn)的實(shí)時(shí)選取位置也會(huì)隨之發(fā)生改變[2]。在此情況下，為獲得最為準(zhǔn)確的測(cè)繪指標(biāo)選取結(jié)果，應(yīng)在確定地質(zhì)要素條件的同時(shí)，注重特殊形狀地表設(shè)施的擺放位置，并以此為基礎(chǔ)，繪制相鄰地質(zhì)節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)繪界線，從而使得礦區(qū)環(huán)境中的地質(zhì)屬性要素得以清晰體現(xiàn)。設(shè)g1、g2分別代表礦區(qū)環(huán)境中兩個(gè)不同的地質(zhì)節(jié)點(diǎn)參數(shù)，聯(lián)立上述物理量，可將礦山地質(zhì)測(cè)繪的指標(biāo)選取結(jié)果表示為：

其中，d1、d2分別代表兩個(gè)不同的影像地質(zhì)點(diǎn)定位界線參量值，β代表地質(zhì)測(cè)繪環(huán)境中的礦石覆蓋系數(shù)。

1.2 影像定位分析矩陣

指待拍攝對(duì)象在原始膠片上留下的形象即為影像，包含正像、負(fù)像兩部分組成條件。在攝影機(jī)鏡頭下，礦山地質(zhì)節(jié)點(diǎn)能夠形成完整的光學(xué)圖像，且由于快門按鍵的存在，所有圖像都可直接聚焦于底層膠片之上，通過后期的曝光，在顯影液中留下潛影，再經(jīng)過一系列復(fù)雜的沖洗，負(fù)像是指膠片之上由銀粒物質(zhì)和染料共同組成的拍攝圖像，這一類圖像經(jīng)過多次的幅值與粘貼處理，即可在膠片之上留下完整的攝體正像。影像定位則是一種有效的礦山地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)，在礦區(qū)施工環(huán)境中，由于地形、地貌等條件的影響，人們很難深入到每一個(gè)地質(zhì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)查探，在此情況下，影像定位技術(shù)的應(yīng)用就顯得即為必要，影像作為最基本的表現(xiàn)鏡頭，可真實(shí)反映各個(gè)地質(zhì)節(jié)點(diǎn)的表現(xiàn)情況，并可以膠片的形式，留下大量的礦山地質(zhì)參考資料[3]。

為適應(yīng)礦山地質(zhì)測(cè)繪的應(yīng)用需求，在實(shí)施影像定位技術(shù)時(shí)，應(yīng)不斷擴(kuò)大地質(zhì)節(jié)點(diǎn)信息的數(shù)據(jù)空間，并從中提取一定數(shù)量的測(cè)繪指標(biāo)參量，以用于建立完整的影像定位分析矩陣。設(shè)x代表礦山地質(zhì)測(cè)繪節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y代表礦山地質(zhì)測(cè)繪節(jié)點(diǎn)的縱坐標(biāo)，在測(cè)繪指標(biāo)選取結(jié)果的支持下，可將影像定位分析矩陣Ap表示為：

上式中，x1、x2、…、xn分別代表n個(gè)不同的礦山地質(zhì)測(cè)繪節(jié)點(diǎn)橫坐標(biāo)組成系數(shù)，y1、y2、…、yn分別代表n個(gè)不同的礦山地質(zhì)測(cè)繪節(jié)點(diǎn)縱坐標(biāo)組成系數(shù)。

1.3 測(cè)繪定位角度

測(cè)繪定位角是一個(gè)可變性極強(qiáng)的物理系數(shù)項(xiàng)指標(biāo)，能夠較好適應(yīng)礦區(qū)環(huán)境中的地質(zhì)要素變化行為，在保障影像定位技術(shù)實(shí)施準(zhǔn)確性的同時(shí)，準(zhǔn)確分析地質(zhì)節(jié)點(diǎn)處的礦石表現(xiàn)特征。若將影像定位分析矩陣的影響能力考慮在內(nèi)，可將測(cè)繪定位角度的表現(xiàn)方式分為角度過大、角度適中、角度過小三種形式。其中，測(cè)繪定位角度過大是指當(dāng)?shù)V山地質(zhì)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離核心定位區(qū)域時(shí)，目標(biāo)地質(zhì)節(jié)點(diǎn)、核心地質(zhì)節(jié)點(diǎn)連線與水平線間的物理角度數(shù)值超過180°；測(cè)繪定位角度適中是指當(dāng)?shù)V山地質(zhì)節(jié)點(diǎn)位于核心定位區(qū)域內(nèi)時(shí)，目標(biāo)地質(zhì)節(jié)點(diǎn)、核心地質(zhì)節(jié)點(diǎn)連線與水平線間的物理角度數(shù)值處于90°至180°之間；測(cè)繪定位角度過小是指當(dāng)?shù)V山地質(zhì)節(jié)點(diǎn)位于核心定位區(qū)域的中間位置時(shí)，目標(biāo)地質(zhì)節(jié)點(diǎn)、核心地質(zhì)節(jié)點(diǎn)連線與水平線間的物理角度數(shù)值小于90°[4]。一般情況下，為獲得較為精準(zhǔn)的礦山地質(zhì)測(cè)繪影像結(jié)果，規(guī)定90°至180°之間為合理的定位角度數(shù)值區(qū)間。設(shè)μ1、μ2分別代表兩個(gè)不同的測(cè)繪角定位系數(shù)，聯(lián)立公式（2），可將實(shí)際測(cè)繪定位角度的余弦值結(jié)果表示為：

2 實(shí)驗(yàn)

選取十處不同地質(zhì)條件的礦山施工區(qū)域作為影像定位測(cè)繪的處理對(duì)象，且所有待測(cè)繪區(qū)域的物理面積值均處于4000m2至5000m2之間。分別應(yīng)用影像定位技術(shù)和傳統(tǒng)定位技術(shù)對(duì)上述礦山地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行測(cè)繪，并對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，其中應(yīng)用影像定位技術(shù)所獲得的測(cè)繪數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)組數(shù)值結(jié)果，應(yīng)用傳統(tǒng)定位技術(shù)所獲得的測(cè)繪數(shù)據(jù)作為對(duì)照組數(shù)值結(jié)果。

BPR指標(biāo)描述了礦山地質(zhì)測(cè)繪過程中分析矢量的數(shù)值記錄情況，若不考慮地貌條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響，則可認(rèn)為BPR指標(biāo)數(shù)值越大，礦山地質(zhì)測(cè)繪過程中分析矢量的參數(shù)值水平越高，反之則越低。下表記錄了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組BPR指標(biāo)數(shù)值的實(shí)際變化情況。

分析表1可知，實(shí)驗(yàn)組定位技術(shù)針對(duì)C05、C08、C09、C10區(qū)域的BPR測(cè)繪指標(biāo)數(shù)值相對(duì)較大，而針對(duì)C06區(qū)域的BPR測(cè)繪指標(biāo)數(shù)值相對(duì)較小，但二者之間的差值水平相對(duì)較小，僅為0.003。對(duì)照組定位技術(shù)針對(duì)C08區(qū)域的BPR測(cè)繪指標(biāo)數(shù)值最大，針對(duì)C05區(qū)域的BPR測(cè)繪指標(biāo)數(shù)值最小，二者間的差值水平達(dá)到了0.196，高于實(shí)驗(yàn)組差值結(jié)果。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組針對(duì)每一礦山測(cè)繪區(qū)域的BPR測(cè)繪指標(biāo)數(shù)值都超過了0.990，而對(duì)照組BPR測(cè)繪指標(biāo)數(shù)值的最大值也沒有達(dá)到0.800，其測(cè)量精度水平遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)組。綜上可知，隨著影像定位技術(shù)的應(yīng)用，BPR指標(biāo)的數(shù)值記錄結(jié)果得到了明顯促進(jìn)，可較好解決傳統(tǒng)地質(zhì)測(cè)繪方法分析矢量水平較低的問題。

表1 BPR指標(biāo)數(shù)值對(duì)比表

3 結(jié)語

在礦山地質(zhì)測(cè)繪的施工過程中，影像定位技術(shù)通過選取測(cè)繪指標(biāo)的方式，建立必要的影像定位分析矩陣，再通過對(duì)測(cè)繪定位角數(shù)值的標(biāo)定，得到較為理想的地質(zhì)節(jié)點(diǎn)定位應(yīng)用效果。

從實(shí)用性角度來看，應(yīng)用影像定位技術(shù)后，BPR測(cè)繪指標(biāo)數(shù)值的增大，可有效解決傳統(tǒng)地質(zhì)測(cè)繪方法分析矢量水平較低的問題，與傳統(tǒng)地質(zhì)測(cè)繪方法相比，具有更強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。