测绘新技术在露天矿中的应用ppt课件

1、Nanyang Normal University测绘新技术在露天矿中的运用测绘新技术在露天矿中的运用 Nanyang Normal University露天开采是将采掘空间直接敞露于地表，为采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出有用矿物，将矿体上覆的土岩及部分周围的岩石剥离掉，经过露天沟道线路系统把矿岩运至地表。剥离掉，经过露天沟道线路系统把矿岩运至地表。丈量任务伴随矿区勘探、开采设计、露天矿建立、丈量任务伴随矿区勘探、开采设计、露天矿建立、消费以及报废的各个阶段，主要测绘内容有矿区控消费以及报废的各个阶段，主要测绘内容有矿区控制丈量、地形测

2、绘、线路丈量、采场丈量、爆破丈制丈量、地形测绘、线路丈量、采场丈量、爆破丈量、排土场丈量、采掘场验收丈量、露天矿边坡稳量、排土场丈量、采掘场验收丈量、露天矿边坡稳定性监测等。定性监测等。本课题引见一些测绘新技术及它们在露天矿中本课题引见一些测绘新技术及它们在露天矿中的运用，主要目的是拓展学生视野，并进一步了解的运用，主要目的是拓展学生视野，并进一步了解露天矿丈量任务。露天矿丈量任务。 Nanyang Normal University报告目录一、无人机技术露天矿运用二、丈量机器人露天矿边坡监测三、GB-InSAR露天矿边坡监测Nanyang Normal University一、无人机技术露天

3、矿运用一、无人机技术露天矿运用1.1 无人机技术优势无人机技术优势飞行高度低，成像分辨率高飞行高度低，成像分辨率高起降方式多样，成像机动灵敏起降方式多样，成像机动灵敏根据义务可搭载不同遥感设备，产品丰富根据义务可搭载不同遥感设备，产品丰富多样多样经济本钱低、成果输出快经济本钱低、成果输出快无人机可对露天矿的地形、边坡、排土场、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丈量，不仅使物、构筑物等一次性完成丈量，不仅使露天矿丈量大大提高的任务效率，

4、同时露天矿丈量大大提高的任务效率，同时也防止了滑坡、机械设备、车辆作业等也防止了滑坡、机械设备、车辆作业等大量的平安隐患。大量的平安隐患。Nanyang Normal University一、无人机技术露天矿运用一、无人机技术露天矿运用1.2 eBee无人机无人机eBee是一款精细、功能强大且自动的测图是一款精细、功能强大且自动的测图系统，操作简单，能快速、高质量生成系统，操作简单，能快速、高质量生成2D和和3D航空数据。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到达1.510km2。Nanyang Normal Univ

5、ersityeBee无人机运用领域：无人机运用领域：农作物监控农作物监控灾祸管理灾祸管理动物察看动物察看测绘测绘土地覆盖调查土地覆盖调查护林监控护林监控环境管理环境管理煤场监测煤场监测硬件参数：硬件参数：96cm翼展起飞分量小于翼展起飞分量小于700g锂聚合物电池锂聚合物电池45分钟在空时长巡航速分钟在空时长巡航速度度36-57KM/H抗风才干抗风才干45KM/H(六级风六级风)航程覆盖范围直径航程覆盖范围直径3km1600万像素相机万像素相机3D航线规划及可视化航线规划及可视化飞行前可模拟操作飞行前可模拟操作可实时义务更新和控制可实时义务更新和控制可多台分机同时作业可多台分机同时作业Nany

6、ang Normal UniversityeBee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。Nanyang Normal UniversityeBee的PostFlightTerra3D软件可对所拍摄的图像进展全自动的处置，可生成高质量、空间参照式的2D和3D图像和数字外表模型DSM)。自动拼接生成自动拼接生成DOM生成生成DEM/DSMNanyang Normal UniversityeBee的rayCloud编辑器可以显示不同元素，如拍摄点、点云、

7、地面控制点、自动衔接点等，可验证模型重建的精度；rayCloud添加和标志地面控制点添加和标志地面控制点rayCloud准确绘制地物地貌边境准确绘制地物地貌边境自动准确的计算排土场土方量自动准确的计算排土场土方量Nanyang Normal University一、无人机技术露天矿运用一、无人机技术露天矿运用1.3 Trimble X100 无人机露天矿运用案例无人机露天矿运用案例Nanyang Normal UniversityTrimble X100 作业步骤作业步骤1 制定飞行义务：首先在制定飞行义务：首先在Google earth 选取露天选取露天矿丈量的飞行范围，制定飞行方案，在矿丈

8、量的飞行范围，制定飞行方案，在TrimbleAccess 软件中创建背景地图、定义义务区域和飞行参数，软件中创建背景地图、定义义务区域和飞行参数，根据风向确定起飞和降落点；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，飞机按照飞行方案完成飞行义务；中，飞机按照飞行方案完成飞行义务；3完成飞行义务，收回飞机；完成飞行义务，收回飞机；4导出数据，进展内业数据处置：导出数据，进展内业数据处置：Nanyang Normal UniversityNanyang Normal University根据数据成果进展露天矿的各种丈量、等高线绘制

9、、三维模型构建，而后便可计算各项工程量，进展采剥工程设计等任务。Nanyang Normal University二、丈量机器人边坡监测二、丈量机器人边坡监测2.1 丈量机器人丈量机器人角度测量角度测量精度精度Hz,V0.5(0.15mgon)距离测量距离测量(棱镜棱镜)测程测程圆棱镜3500m精度（棱镜）精度（棱镜）精密0.6mm+1ppm标准1mm+1ppm自动目标识别（自动目标识别（ATR）精度精度/测量时间测量时间ATR精度1mm测量34s其他数据其他数据望远镜望远镜放大倍数30 x/1.7m至无穷远Nanyang Normal University2.2 矿山边坡地表位移监测系统矿山

10、边坡地表位移监测系统主要功能：实现无人值守情况下，精细全主要功能：实现无人值守情况下，精细全站仪自动、准确搜索和快速照准目的，继续不站仪自动、准确搜索和快速照准目的，继续不延续丈量变形监测点，对丈量数据进展有效后延续丈量变形监测点，对丈量数据进展有效后处置，实时显示监测结果，对于三维位移变化处置，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，可以给出信息，给人警量超出限差的监测点，可以给出信息，给人警示。示。系统组成：系统组成：硬件：硬件：Leica TM30全站仪、棱镜、电脑、外全站仪、棱镜、电脑、外接电源接电源软件：开发环境软件：开发环境 Microsoft Visual Stud

11、io 2019程序文语程序文语 Visual Basic处置数据处置数据 Microsoft Excel 2019 程序界面：程序界面：Nanyang Normal University2.3 运用实例运用实例监测对象：鞍山眼前山露天矿边坡监测对象：鞍山眼前山露天矿边坡Nanyang Normal University监测系统：监测系统：监测网：基准点、监测点监测网：基准点、监测点丈量机器人系统：丈量机器人系统：TM30TM30丈量机器人、笔丈量机器人、笔 记记 本本 电电 脑、电脑、电 源、源、GeoMoSGeoMoS监监 测测 软软 件等件等数据处置及预警系统：二次开发数据处置及预警系统：

12、二次开发Nanyang Normal UniversityNanyang Normal University三、三、GB-InSAR露天矿边坡监测露天矿边坡监测3.1 常规丈量方法在边坡监测中的局限性常规丈量方法在边坡监测中的局限性全站仪，水准仪、丈量机器人等传统丈量技术全站仪，水准仪、丈量机器人等传统丈量技术和和GNSS都能获得高精度的单点位移，由于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，并且这些丈量方式都是接变形的整体趋势，并且这些丈量方式都是接触式丈量，对一些危险的边坡很难实施观测，触式丈量，对一些危险的边

13、坡很难实施观测，因此不适宜用于边坡监测。因此不适宜用于边坡监测。三维激光扫描技术以点云的方式获得观测目的三维激光扫描技术以点云的方式获得观测目的的空间信息，可以反映观测目的的整体形变，的空间信息，可以反映观测目的的整体形变，但存在观测间隔短、受粉尘影响大和观测精但存在观测间隔短、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度低的特点，因此在露天矿边坡监测也存在一定的局限性一定的局限性Nanyang Normal Universityl 空基合成孔径雷达干涉技术空基合成孔径雷达干涉技术Airborne-Based In-SAR ，AB In-SAR 和地基和地基Ground-Bas

14、ed In-SAR ，GB In-SAR 是是InSAR的两种方式。空基合成孔径雷达具有获取数据范围大的两种方式。空基合成孔径雷达具有获取数据范围大的优势，运用于大区域地表沉降监测，虽然在国内外很多的优势，运用于大区域地表沉降监测，虽然在国内外很多例子论证了空基合成孔径雷达干涉丈量技术监测边坡的可例子论证了空基合成孔径雷达干涉丈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，因此不适宜用于边坡监测；像姿态和低空间分辨率，因此不适宜用于边坡监测；Nanyang Normal University3.2 地

15、基合成孔径雷达技术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地基合成孔径雷达和空基合成孔径雷达原理存在不同。理存在不同。GB InSAR采用步进频率延续采用步进频率延续Stepped Frequency - Continous Wave，SF-CW不仅实现间隔向高分辨率，而且可以保不仅实现间隔向高分辨率，而且可以保证雷达波的长间隔传输，分辨率表达式为：证雷达波的长间隔传输，分辨率表达式为：式中式中B 为雷达脉冲宽度，为雷达脉冲宽度，c为光速可以看为光速可以看出，要得到高间隔向分辨率，就要提高脉冲宽出，要得到高间隔向分辨率，就要提高脉冲宽度。度。B为为3108时，间隔向分辨率为时，

16、间隔向分辨率为0.5m。GB InSAR经过在固定在地面的线性滑轨滑经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：动实现合成孔径技术，方向分辨率表达式为：式中式中L为合成后的天线孔径，为合成后的天线孔径， 为雷达波为雷达波长采用长采用Ku频率带频率带1812.5GHz的雷达波时，的雷达波时，可以获得最高方位向分辨率为可以获得最高方位向分辨率为4.17mrad0.001rad。2cRB2LNanyang Normal University采用GBInSAR技术进展边坡滑动监测时，监测区域被分割成很多二维的小单元像元大小即为间隔向和方位向分辨率，如下图：经过不同时辰采集的多幅

17、SAR图像干涉丈量，可以得到每个像元上的视野向形变量：式中，为干涉相位，根据观测时的姿态，可将分解为程度向和间隔向形变。losdlos4d Nanyang Normal University3.3 GB InSAR露天矿边坡监测实验露天矿边坡监测实验采意图大利采意图大利IBIS-B 微波干涉仪在中国某露天微波干涉仪在中国某露天矿边坡进展了实验，此系统主要由以下两部分矿边坡进展了实验，此系统主要由以下两部分组成：组成：雷达系统：雷达系统：Ku波段波段16.616.9GHz雷达传感器，生成、传输和接受雷达波；雷达传感器，生成、传输和接受雷达波；线性滑轨部分：是一个线性滑轨部分：是一个2.5m长的铝

18、合长的铝合金轨道，在步进马达的控制下，雷达传感器在金轨道，在步进马达的控制下，雷达传感器在其上面滑动。其上面滑动。Nanyang Normal University数据获取数据获取GB InSAR设备安装在监测边坡对面一个稳定设备安装在监测边坡对面一个稳定的区域，如前图所示，间隔监测边坡平均间隔的区域，如前图所示，间隔监测边坡平均间隔2050m，雷达波束宽度，雷达波束宽度35，保证可以监测整个，保证可以监测整个坡体，在这些条件下，间隔向分辨率坡体，在这些条件下，间隔向分辨率0.5m，方，方位向分辨率介于位向分辨率介于710，视野方向监测精度，视野方向监测精度0.1mm，以分钟时间间隔获取影像，

19、继续观测，以分钟时间间隔获取影像，继续观测40小时，共获得小时，共获得266景影像，组成时间序列像对。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在监测期间，采用三维激光扫描仪快速获得坡体准确的坡体准确的DEM，把后期获得成果图像投影到，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；上，方便确定发生形变的区域； 为了检为了检核核GB InSAR丈量精度，在监测丈量精度，在监测20h后，在坡体左后，在坡体左上方有明显边坡位移的区域安顿个棱镜，采用上方有明显边坡位移的区域安顿个棱镜，采用丈量机器人观测，每隔小时丈量一次，直至实丈量机器人观测，每隔小时丈量一次，直至实验终了。验终了。Nanyang Normal University数据处置数据处置采用第一景影像作为主影像