影像定位技術(shù)在礦山地質(zhì)測繪中的應(yīng)用實(shí)踐研究

蘇艷民

（黑龍江省地質(zhì)科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150036）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代影像定位技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，在高分辨率的作用下礦山地質(zhì)測繪能夠?qū)崿F(xiàn)多重信息的獲取，完成精準(zhǔn)定位的最終目標(biāo)。進(jìn)入21世紀(jì)以來各類影響傳感器不斷更新?lián)Q代，一系列高分辨率的影響遙感系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，促進(jìn)了影像空間分辨率的進(jìn)一步提升，以發(fā)達(dá)的西方國家為例，美國和法國等國家早已實(shí)現(xiàn)了高精準(zhǔn)的地理數(shù)據(jù)測繪。我國在近些年來也通過發(fā)射衛(wèi)星一號和資源三號衛(wèi)星，完成了影像定位技術(shù)的成熟發(fā)展，在無法進(jìn)行光束定位的區(qū)域能夠克服多種因素，完成立體測繪和地質(zhì)勘察的任務(wù)。影像定位技術(shù)主要是以通信技術(shù)為基礎(chǔ)，利用全球定位衛(wèi)星在選定區(qū)域，建立多個永久性的連續(xù)運(yùn)行基站，完成現(xiàn)代通訊接受數(shù)據(jù)的處理過程，為地質(zhì)勘察工作者提供多元和高精準(zhǔn)的信息服務(wù)，能夠統(tǒng)一區(qū)域內(nèi)的測繪標(biāo)準(zhǔn)，避免多個測量標(biāo)志的重復(fù)建設(shè)。本文以此為基礎(chǔ)研究影像定位技術(shù)，在礦山地質(zhì)測繪中的應(yīng)用方法，為實(shí)際的礦山勘察提供理論依據(jù)，促進(jìn)礦山的合理開發(fā)和利用。

1 影像定位技術(shù)在礦山地質(zhì)測繪中的應(yīng)用方法

1.1 構(gòu)建幾何定位成像模型

在涉及到理論數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換參數(shù)的界定下，將影像投射點(diǎn)和投影中心連成共線，在相互關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系中建立一個幾何定位的成像模型，在其中能夠?qū)﹃P(guān)鍵傳感器類型投射的畫面完成轉(zhuǎn)不按，和需要建立的安置數(shù)據(jù)格式想匹配。按照影像能夠成行的公布坐標(biāo)系中，分別將橫縱坐標(biāo)的坐落點(diǎn)以三角的類似形式完成布置，在相機(jī)主距離不斷偏移過程中，將對應(yīng)的相位中心坐標(biāo)加以移動，參照橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣的排列順序，將能夠個接受數(shù)據(jù)的固定機(jī)位放置在中心位置。由于幾何模型定位效果中存在的參數(shù)集合較多，組成的線性結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在實(shí)際的應(yīng)用過程中需要將較小的參數(shù)，或者具有相同影響價(jià)值的參數(shù)進(jìn)行合并出路，結(jié)合模型中等量轉(zhuǎn)換原則達(dá)到較為精簡的成像模塊，分別采用點(diǎn)位坐標(biāo)橫向平移和縮放的功能，將地表的坐標(biāo)系周圍按照矩陣形式進(jìn)行放置。

1.2 影像定位技術(shù)獲取遙感圖像

在利用影像定位技術(shù)獲取相應(yīng)圖片后，對多個圖片的信息進(jìn)行特征分析，整理出相類似的波段信號，在逐一排查過程中對極小的變化點(diǎn)作出標(biāo)注，完成圖像加強(qiáng)校正的全過程。根據(jù)可見的全程照射波段，將獲取過程分為可見光和紅外光以及短波外射三個類型，在可見光的波段能夠直接反應(yīng)出礦山巖石層面中金屬物質(zhì)疊加光反應(yīng)的管溝，出現(xiàn)不同層級級別的地質(zhì)樣貌。在紅外遠(yuǎn)光波段可以根據(jù)地表的溫度變化和發(fā)射頻率，掌握地面內(nèi)部水和物質(zhì)的運(yùn)動效果，繪制出地?zé)岱磻?yīng)制度，能夠用于地質(zhì)構(gòu)造和巖性以及儲量的信息解讀。短波外射主要用于地表植被的反射區(qū)域，在不同植被含水量的作用下，能夠形成不同程度的光譜成像，在每種含水結(jié)構(gòu)不同的植物表葉和根莖中，用于隱藏地質(zhì)的地下水識別，較為清晰的展現(xiàn)植被覆蓋下的地貌細(xì)節(jié)。

1.3 處理觀察數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)測繪

將遙感圖像完成獲取應(yīng)用前，必須選擇適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行觀測數(shù)據(jù)的處理，在光譜信息增強(qiáng)和空間信息增強(qiáng)相結(jié)合的手段下，及時(shí)對圖像中的有用信息進(jìn)行提取，擴(kuò)大不同成像之間的特征差別，提高不同畫面中區(qū)域地貌的信息準(zhǔn)確度。遙感圖像作為空間地理信息的標(biāo)志數(shù)據(jù)之一，能夠在不同的光學(xué)角度和繪制階段提供準(zhǔn)確的數(shù)字化資料，可以將手工繪制的階段直接過渡到數(shù)字處理階段，強(qiáng)化不用物體之間的空間位置變化程度，用以識別地表物體等量變化的全過程。其中在多組數(shù)據(jù)接受過程中，若轉(zhuǎn)化的成像時(shí)刻存在外方位原色波段，可以根據(jù)同名屬性的點(diǎn)位坐標(biāo)，利用兩個以上的影像合成交匯確定對應(yīng)的地面位置。一般情況會在ERDAS軟件中反復(fù)調(diào)整圖像的亮度和對比度，使得相類似的圖像在色調(diào)基本達(dá)到一致是，將最高分辨率的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的鑲嵌，在前后鑲嵌的過程中第一次校正的圖像顏色需較比后面的圖像飽和度低，以滿足相鄰接邊過渡時(shí)邊界的自然度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的影像定位技術(shù)應(yīng)用方法具有實(shí)際作用，采用實(shí)驗(yàn)測試的方法論證礦山地質(zhì)測繪工作的完成效果，從而證明其在礦山勘測中能夠形成多方位的信息數(shù)據(jù)整合。在選取某省正在作業(yè)的礦井進(jìn)行實(shí)地考察，以全面監(jiān)測礦區(qū)內(nèi)地面沉降量為目的，利用模擬軟件完成為期一年的沉降統(tǒng)計(jì)，觀測應(yīng)用前后的地表沉降量的對比結(jié)果。根據(jù)該礦山周圍區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)存基站，設(shè)置12個觀測點(diǎn)位在不同測試條件進(jìn)行沉降量獲取，主要測試條件為不同時(shí)間的累計(jì)成果，按照每天24小時(shí)的檢測間隔，以6小時(shí)、12小時(shí)和24小時(shí)為三個時(shí)間累計(jì)段，具體地標(biāo)點(diǎn)位參數(shù)如表1所示。

表1 礦山區(qū)域內(nèi)觀測點(diǎn)位標(biāo)定參數(shù)（mm）

根據(jù)表中點(diǎn)位設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，在滿足觀測時(shí)間長度中進(jìn)行統(tǒng)一影像獲取，其中兩個點(diǎn)位之間的相鄰平均距離不能超過20km，在各個點(diǎn)位之間保證觀測的級別高于項(xiàng)目B類標(biāo)準(zhǔn)。每組圖像的數(shù)據(jù)采樣頻率設(shè)定為40s，在各個點(diǎn)位構(gòu)成同步觀測環(huán)境后，連續(xù)按照時(shí)間間隔進(jìn)行測試。

2.2 點(diǎn)位測繪過程

地表沉降量是由不同時(shí)間段內(nèi)大地高位的對比差值獲取而來，在不同觀測時(shí)間內(nèi)最后的數(shù)據(jù)結(jié)果，和上一段時(shí)間的高值差值，即為該時(shí)間段內(nèi)的地表沉降量表示結(jié)果。利用影像定位技術(shù)對設(shè)置好的點(diǎn)位進(jìn)行觀測后，能夠收集不同時(shí)間段內(nèi)的地面高度數(shù)據(jù)，以兩兩對比為對照組，分別整理6小時(shí)內(nèi)和12小時(shí)內(nèi)以及24小時(shí)內(nèi)的大地高度，具體大地高差獲取結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同時(shí)間段內(nèi)大地高差值對比結(jié)果

根據(jù)圖中內(nèi)容可知，在相應(yīng)的觀測時(shí)間段內(nèi)大地高之間存在差值，每組差值之間的變化較小，說明本文方法能夠在測繪過程中較為準(zhǔn)確的獲取數(shù)據(jù)信息。以6小時(shí)和12小時(shí)的條件為準(zhǔn)，其大地高差部分處于3mm以內(nèi)，極個別會超過5mm，而12小時(shí)和24小時(shí)之間的大地高差基本處于3mm之內(nèi)，僅有兩處超過3mm。根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行沉降量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，完成該礦山區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)測繪。

2.3 測試結(jié)果分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證影像定位技術(shù)的檢測成果，根據(jù)礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的水準(zhǔn)資源，將本次獲取的數(shù)據(jù)與去年的地表水準(zhǔn)正常度變化進(jìn)行對比。水準(zhǔn)的正常高度變化為上一年度的高程減去本年度高程的差值，大地高度變化為上年度的大地高度減去本次測得高值，在水準(zhǔn)誤差和均方根誤差小于0.9mm標(biāo)準(zhǔn)下，具體沉降量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表2所示。

表2 影像定位與水準(zhǔn)沉降量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（mm）

根據(jù)表中內(nèi)容可知，在影像定位技術(shù)的應(yīng)用下，各個定位上的高值變化量有所減少，主要是影響定位不用調(diào)控標(biāo)點(diǎn)，能夠在點(diǎn)位上下移動過程中，直接獲取定位數(shù)據(jù)，因此所得沉降量數(shù)據(jù)較小，能更加貼近實(shí)際地表沉降值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本文方法能夠在影像定位技術(shù)的應(yīng)用下，對礦山區(qū)域內(nèi)的地表高程進(jìn)行有效測定，以此確定不同區(qū)域內(nèi)不同時(shí)段中的地表沉降量。

3 結(jié)語

本文在幾何成像模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用影像定位技術(shù)獲取礦山區(qū)域圖像，完成礦山地質(zhì)測繪的應(yīng)用方法設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在影像定位技術(shù)的應(yīng)用下，對礦山區(qū)域內(nèi)的地表高程進(jìn)行有效測定，以此在不同時(shí)段中確定不同區(qū)域內(nèi)的地表沉降量。但由于時(shí)間限制，在沉降量模擬過程中僅采取一年時(shí)間間隔，在礦山實(shí)際開采過程中對長時(shí)間的作用幫助作用不大，在后續(xù)研究中希望可能進(jìn)行多次反復(fù)模擬，完成長時(shí)間段內(nèi)的地表沉降測試，具有更加科學(xué)的測繪結(jié)果。