测绘新技术在露天矿中的应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Nanyang Normal University,Nanyang Normal University,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Nanyang Normal University,测绘新技术在露天矿中的应用,露天开采,是,将,采掘空间直接敞露于地表，为采出有用矿物，将矿体上覆的土岩及部分周围的岩石剥离掉，通过露天沟道线路系统把矿岩运至地表。,测量工作,伴随矿区勘探、开采设计、露天矿建设、生产以及报废的各个阶段，主要测绘内容有矿区控制测量、地形测绘、线路测量、采场测量、爆破测量、排土场测量、采掘场验收测量、露天矿边坡稳定性监测等。,本课题,介绍一些测绘新技术及它们在露天矿中的应用，主要目的是拓展学生视野，并进一步了解露天矿测量工作。,报告目录,一、无人机技术露天矿应用,二、测量机器人露天矿边坡监测,三、,GB-InSAR,露天矿边坡监测,一、无人机技术露天矿应用,1.1,无人机技术优势,飞行高度低，成像分辨率高,起降方式多样，成像机动灵活,根据任务可搭载不同遥感设备，产品丰富多样,经济成本低、成果输出快,无人机可对,露天矿的地形、边坡、排土场、矿石堆尾矿、各种变形位移、采空区塌落区、采剥境界内各种管线、厂区建筑物、构筑物,等一次性完成测量，不仅使露天矿测量大大提高的工作效率，同时也避免了滑坡、机械设备、车辆作业等大量的安全隐患。,一、无人机技术露天矿应用,1.2 eBee,无人机,eBee,是一款精密、功能强大且自动的测图系统,，操作简单，能快速、,高质量生成,2D,和,3D,航空,数据。,eBee,无人机可以捕获地面分辨率为,330cm,像素的图片。根据图像分辨率和飞行的航高，单次飞行的覆盖区域可达到,1.510km,2,。,eBee,无人机应用领域：,农作物监控,灾害管理,动物观察,测绘,土地覆盖调查,护林监控,环境管理,煤场监测,硬件参数,：,96cm,翼展起飞重量小于,700g,锂聚合物电池,45,分钟在空时长巡航速度,36-57KM/H,抗风能力,45KM/H(,六级风,),航程覆盖范围直径,3km,1600,万像素相机,3D,航线规划及可视化,飞行前可模拟操作,可实时任务更新和控制,可多台分机同时作业,eBee,的,航程规划软件,eMotion,可更直观的规划、模拟、监控和控制,eBee,起飞和飞行的轨迹。可以规划和控制多架飞机同时作业。自动的数据管理功能，在飞机降落后即可获得地理信息航片和航程参数记录。,eBee,的,PostFlight Terra 3D,软件,可对所拍摄的图像进行全自动的处理，可生成高质量、空间参照式的,2D,和,3D,图像和数字表面模型（,DSM),。,自动拼接生成,DOM,生成,DEM/DSM,eBee,的,rayCloud,编辑器,可以显示不同元素，如拍摄点、点云、地面控制点、自动连接点等，可验证模型重建的精度；,rayCloud,添加和标记地面控制点,rayCloud,精确绘制地物地貌边界,自动精确的计算排土场土方量,一、无人机技术露天矿应用,1.3 Trimble X100,无人机露天矿应用案例,Trimble X100,作业步骤,（,1,）制定飞行任务：首先在,Google earth,选取露天矿测量的飞行范围，制定飞行计划，在,TrimbleAccess,软件中创建背景地图、定义任务区域和飞行参数，根据风向确定起飞和降落点；,（,2,）根据飞行流程，架设弹射架，将飞机弹射到空中，飞机按照飞行计划完成飞行任务；,（,3,）完成飞行任务，收回飞机；,（,4,）导出数据，进行内业数据处理：,根据数据成果进行露天矿的各种测量、等高线绘制、三维模型构建，而后便可计算各项工程量，进行采剥工程设计等工作,。,二、测量机器人边坡监测,2.1,测量机器人,角度测量,精度,Hz,V,0.5(0.15mgon),距离测量,(,棱镜,),测程,圆棱镜,3500 m,精度（棱镜）,精密,0.6mm+1ppm,标准,1mm+1ppm,自动目标识别（,ATR,）,精度,/,测量时间,ATR,精度,1mm,测量,3 4s,其他数据,望远镜,放大倍数,30 x/1.7m,至无穷远,2.2,矿山边坡地表位移监测系统,主要功能：,实现无人值守情况下，精密全站仪自动、精确搜索和快速照准目标，持续不间断测量变形监测点，对测量数据进行有效后处理，实时显示监测结果，对于三维位移变化量超出限差的监测点，能够给出信息，给人警示。,系统组成：,硬件：,Leica TM30,全站仪、棱镜、电脑、外接电源,软件：开发环境,Microsoft Visual Studio 2008,程序语言,Visual Basic,处理数据,Microsoft Excel 2007,程序界面：,2.3,应用实例,监测对象：鞍山眼前山露天矿边坡,监测系统：,监测网,：基准点、监测点,测量机器人系统,：,TM30,测量机器人、笔 记 本 电 脑、电 源、,GeoMoS,监 测 软 件等,数据处理及预警系统,：二次开发,三、,GB-InSAR,露天矿边坡监测,3.1,常规测量方法在边坡监测中的局限性,全站仪，水准仪、测量机器人等传统测量技术和,GNSS,都能获得高精度的单点位移，由于边坡运动的复杂性，这些方式难以反映边坡变形的整体趋势，并且这些测量方式都是接触式测量，对一些危险的边坡很难实施观测，因此不适合用于边坡监测。,三维激光扫描技术,以点云的方式获得观测目标的空间信息，可以反映观测目标的整体形变，但存在观测距离短、受粉尘影响大和观测精度低的特点，因此在露天矿边坡监测也存在一定的局限性,空基合成孔径雷达干涉技术（,Airborne-Based,In-SAR,，,AB,In-SAR,）,和,地基,（,Ground-Based,In-SAR,，,GB,In-SAR,）是,InSAR,的两种形式。空基合成孔径雷达具有获取数据范围大的优势，应用于大区域地表沉降监测，尽管在国内外很多例子论证了空基合成孔径雷达干涉测量技术监测边坡的可行性，然而，由于空基合成孔径雷达固定的重返周期、成像姿态和低空间分辨率，因此不适合用于边坡监测；,3.2,地基合成孔径雷达技术,地基合成孔径雷达和空基合成孔径雷达原理存在不同。,GB InSAR,采用步进频率连续（,Stepped Frequency-Continous Wave,，,SF-CW,）不仅实现,距离向高分辨率,，而且可以保证雷达波的长距离传输，分辨率表达式为：,式中,B,为雷达脉冲宽度，,c,为光速可以看出，要得到高距离向分辨率，就要提高脉冲宽度。,B,为,310,8,时，距离向分辨率为,0.5m,。,GB InSAR,通过在固定在地面的线性滑轨滑动实现合成孔径技术，,方向分辨率,表达式为：,式中,L,为合成后的天线孔径，,为雷达波长采用,Ku,频率带（,1812.5GHz,）的雷达波时，可以获得最高方位向分辨率为,4.17mrad,（,0.001rad,）。,采用,GB InSAR,技术进行边坡滑动监测时，监测区域被分割成很多二维的小单元（像元大小即为距离向和方位向分辨率），如图所示：,通过不同时刻采集的多幅,SAR,图像干涉测量，可以得到每个像元上的,视线向形变量,：,式中，为干涉相位，根据观测时的姿态，可将 分解为水平向和距离向形变。,3.3 GB InSAR,露天矿边坡监测试验,采用意大利,IBIS-B,微波干涉仪在中国某露天矿边坡进行了试验，此系统主要由以下两部分组成：,）雷达系统：,Ku,波段（,16.616.9GHz,）雷达传感器，生成、传输和接受雷达波；,）线性滑轨部分：是一个,2.5m,长的铝合金轨道，在步进马达的控制下，雷达传感器在其上面滑动。,数据获取,GB InSAR,设备安装在监测边坡对面一个稳定的区域，如前图所示，距离监测边坡平均距离,2050m,，雷达波束宽度,35,，保证能够监测整个坡体，在这些条件下，距离向分辨率,0.5m,，方位向分辨率介于,710,，视线方向监测精度,0.1mm,，以分钟时间间隔获取影像，持续观测,40,小时，共获得,266,景影像，组成时间序列像对。,在监测期间，采用,三维激光扫描仪,快速获得坡体精确的,DEM,，把后期获得成果图像投影到,DEM,上，方便确定发生形变的区域；为了检核,GB InSAR,测量精度，在监测,20h,后，在坡体左上方有明显边坡位移的区域安置个棱镜，采用,测量机器人,观测，每隔小时测量一次，直至实验结束。,数据处理,采用第一景影像作为主影像，分别和其它,265,景影像做干涉处理，得到,265,个时间段的形变图像，得到了,40000,多个永久散射点（相干图像上相干值大于,0.9,的数据点）。,明显滑动区域,结果分析,结论,试验结果表明，,GB InSAR,可以以非接触测量方式获得实时的边坡形变图像，其区域形变监测精度约为,1.5mm,，单点精度为,1.7mm,。,本次试验监测期间天气稳定，边坡植被覆盖率低，可以忽略大气和时间失相干影响，采用差分干涉可以获得很好的结果；对于多变的天气，大气影响会污染小的形变量，采用差分干涉得到的结果不可靠，因此需要对,GB InSAR,技术作深入的理论和应用研究。,