基于影像定位技术的矿山不良地质三维测量与修正分析

范湘平，周祁斐

（湖南省地质测绘院，湖南 衡阳 421099）

现如今，随着大数据时代浪潮的不断推进和发展，三维技术逐渐被社会各领域广泛应用。尤其是在矿产开采领域，更是得到了大量运用。这些技术不仅对矿山地质的测量、分析发挥着极大的作用，同时还在一定程度上降低了测量者的工作强度，并且有效地提高了矿山开采工作的效率和质量[1]。其实，矿山开采是一项非常需要专业性和技术性的工作。在矿山开采数据测量的时候，是要求测量者有着深厚的专业知识和技能作为基础的。除此之外，在测量的过程中，也会用到各种各样先进的测量仪器和测量技术，如果测量人员不具备独立操作的能力，那也势必会对测量结果的可靠性和准确性产生影响，从而打断矿山的开采进度。其实，矿山的开采可以形成一个较为完整的测量制度，开采人员在施工前可以按照制度中相对应的项目进行测量，可以极大地提高工作质量和效率。影像定位技术是目前最新的定位技术，多用于矿山的开采和区域地质的全面分析上，它可以对某一处的地质环境进行全方位的扫描，获取相关的数据信息，随后，根据信息对地质特征进行具体的分析，得出分析结果，为矿山的开采也提供了极大的便利。因此，在影像定位技术的基础上，利用三维测量与修正方法，对矿山的不良地质情况进行细致分析与研究。以此来推动矿产品以及相关行业的进一步创新与发展。

1 影像定位技术下的矿山地质三维测量与修正方法设计

1.1 对矿山不良地质区域进行全面性三维扫描

近几年来，三维激光扫描技术日益成熟，逐渐成为地质勘测中的一项重要工具。因此，利用三维扫描技术对矿山的不良地质进行分析。首先，利用GPS对需要测量的矿山进行定位，在确定其具体位置之后，将三维扫描仪安装在无人机上，操控无人机飞至空中，沿直线向前飞行。此时，打开三维扫描仪，将其设定为全景高清模式，并在系统中添加扫描分析的指令。当无人机飞至矿山正上方时，停留1分钟，利用扫描仪对整个矿山的相关情况进行复制扫描。将相关地貌特征进行定点，利用感应器在图上进行标记。随后，利用控制器将无人机设定为环绕模式，使其绕矿山进行飞行，当飞行至定位点处，降低飞行高度，贴近地面，利用定向遥感器和激光测距功能对地质进行高分辨率扫描[2]。并在系统中依据定位建立三维坐标，将整个矿山的空间位置融入，其原理图如图1所示。

图1 矿山地质测量三维原理图

图1为矿山测量的三维原理图，从图中可以看出，三维测量的坐标建立是具有层次的，在一定程度上对矿山地质的现状进行精准还原。另外，在全貌测量完毕之后，还需要对其采空区地质数据进行测量。这一区域主要是利用三维扫描仪，再结合电磁射波技术对矿山区域先进性二维探测，之后，通过预测，大致判断采空区的三维空间形态、空间体积以及边界，最后，将扫描仪调至赋存状态，将无人机飞至采空区上方，对之前的预测区域进行二次扫描，最终确立不良地质的定位，并将获得的数据信息进行记录，以作备用。

1.2 利用三维数字测量技术获取地质数据

对矿山地质进行全面性扫描之后，接下来，利用三维测量技术获取矿山地质数据，并对其进行分析。首先，利用系统中的三维坐标将矿山中定位的所有不良地质区域划归为同一条件。扫描仪在扫描的过程中，会得到地址的应力条件数据，将其带入坐标轴中，可以得出其步距数值。随后，可以利用三维激光分析仪对定点的区域做数据提取，并将其缩小比例，建立不良地质区域模型，利用三维遥感技术在系统中呈现。在这个模型中，地质的深度、宽度、矿山周围的环境情况、土质等都会依照现场实际情况进行复核，呈现的数据也是相对较为准确，可靠的。

1.3 通过偶距计算对数据进行三维修正与分析

利用三维测量技术获取到矿山的不良地质数据之后，接下来，对这些数据进行修正计算与分析。先计算出矿山地质的偶距，公式1如下：

公式中，R表示地址的偶距系数，r表示稳态圆周固定值，Δy表示倾力值，a表示偶距，n为力距最大平衡值。所以，通过计算，可以得出矿山地质的不良惯性系数。随后，通过系数标准，来对矿山不良地质进行分析。如表1所示：

表1 偶距系数标准

通过表1，对矿山的不良地质进行分析，如果计算出来的系数因子在50以下，且倾力值在0.452136以下，那就表明此区域的地质情况十分恶劣，不宜进行矿产资源的开采，应该对其进行三维修正分析，但是，反之不则可以进行开采。

1.4 利用影像定位技术实现矿山不良地质的最终测量

由于矿山的开采对于水文环境的要求是十分严苛的。而且，一般情况下，存在矿产资源的矿山水文环境都相对较为复杂，因此，需要先通过红外线技术和影像定位技术，对矿山的水文环境进行勘察。利用影像定位技术先确定水源的位置，再利用地质测绘还原技术，将所有水源按照比例缩小，添加至三维立体模型之中。通过模型中的其他条件，计算出河流或者水源的深度、长度等数据信息。除此之外，依照当地水文的流向特征和延展方向，利用影像定位技术了解矿山中地下水的位置情况[3]。通过这项技术，可以更好地了解矿山不良地质的实际情况，获取的数据信息也具有一定的使用价值，为日后矿山工程的建立提供了很大的帮助。

2 方法测试

2.1 测试准备

本次主要对在影像定位技术下的矿山不良地质进行三维测量与修正分析。选取某一处矿山作为本次测试的对象，测试共分为两组，一组为传统的矿山地质测量法，将其设定为传统组，另一组是本文设计的测试方法，将其设定为测试组。另外，还需要准备三维技术扫描仪、红外线影像定位器等设备，辅助测试。现在开始测试。

2.2 测试过程

首先，对本文设计的方法进行测试。利用GPS对矿山的所在地进行定位。之后，观察矿山的实际情况，利用三维扫描仪对其进行全面性扫描，排除不良因素。接下来，在确保测量环境稳定之后，将扫描得到的数据记录下来。利用红外线影像定位器对矿山地质的情况进行分析。影像定位技术主要是以步距法巷道导线点对地质数据进行测量获取的，测量标准如下表2所示：

表2 步距法巷道导线点数据测量标准表

公式中：Q表示线性误差系数数值，X表示最大步距，Y表示最小步距，n表示应力因子数值。通过计算。最终得出测量的误差值。之后，利用传统方法对矿山的不良地质进行测量分析，得出最终的误差系数值。测试共进行3次，将测试数据进行汇总对比，得出测试结果。

2.3 测试结果

通过以上测试，得出两组数据，现将这两组数据进行对比，如表3所示：

表3 矿山不良地质测量结果线性误差系数对比表

从表3中可以得知，传统的地质测量方法的线性误差系数相对较高，而测试组的线性误差系数均在10%以下，证明测试结果相对较为准确、可靠。因此，可以证明本文设计的测量方法更好。

3 结语

目前，在大数据飞速发展的时期，影像定位技术逐渐与三维测量技术相融合，更加凸显出其高精准性的优势，这种模式不仅提升了矿山开采行业的经济效益，同时也在一定程度上保证了相关工作人员的人身安全。另外，近几年，这项技术在相关行业早已经被普遍地使用，并且为矿山的不良地质测绘工作提供了极大的帮助，也推进了地质测量的发展进程。所以，影像定位技术与三维测量技术的产生与发展，使地质测量朝向科学化、多元化、严谨化的方向发展，也逐渐成为地质工程建设的主要技术之一。