测绘新技术在露天矿中的应用

1、Nanyang Normal University测绘新技术在露天矿中的应用测绘新技术在露天矿中的应用Nanyang Normal University露天开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剥离掉，通过露天沟道线路系统把矿岩运至地表。测量工作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。本本课题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。Nanya

2、ng Normal University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Nanyang Normal University一、无人机技术露天矿应用一、无人机技术露天矿应用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 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、构筑物内各种管线、厂区建筑

3、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。Nanyang Normal University一、无人机技术露天矿应用一、无人机技术露天矿应用1.2 eBee无人机无人机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 1.510km2。Nanyang Normal UniversityeBee无人机应用领域：无人机应用领域：1. 农作物监控2. 灾害管理3. 动物观察

4、4. 测绘5. 土地覆盖调查6. 护林监控7. 环境管理8. 煤场监测硬件参数硬件参数：1. 96cm翼展起飞重量小于700g2. 锂聚合物电池45分钟在空时长巡航速度36-57KM/H3. 抗风能力45KM/H(六级风)4. 航程覆盖范围直径3km5. 1600万像素相机6. 3D航线规划及可视化7. 飞行前可模拟操作8. 可实时任务更新和控制9. 可多台分机同时作业Nanyang Normal UniversityeBee的航程规划软件航程规划软件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

5、地理信息航片和航程参数记录。Nanyang Normal UniversityeBee的PostFlight Terra 3D软件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)。 自动拼接生成自动拼接生成DOM生成生成DEM/DSMNanyang Normal UniversityeBee的rayCloud编辑器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添加和标记地面控制点rayCloud精确绘制地物地貌边界精确绘制地物地貌边界自动精确的计算排土场土方量自

6、动精确的计算排土场土方量Nanyang Normal University一、无人机技术露天矿应用一、无人机技术露天矿应用1.3 Trimble X100 无人机露天矿应用案例无人机露天矿应用案例Nanyang Normal UniversityTrimble X100 作业步骤作业步骤（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

7、出数据，进行内业数据处理：Nanyang Normal UniversityNanyang Normal University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。Nanyang Normal University二、测量机器人边坡监测二、测量机器人边坡监测2.1 测量机器人测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3500 m精度（精度（棱镜）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

8、时间测量时间ATR精度1mm测量3 4s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边坡地表位移监测系统主要功能：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：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 Basi

9、c处理数据 Microsoft Excel 2007 程序界面：程序界面：Nanyang Normal University2.3 应用实例应用实例监测监测对象：鞍山眼前山露天矿边坡对象：鞍山眼前山露天矿边坡Nanyang Normal University监测系统：监测系统：监测网监测网：基准点、监测点测量机器人系统测量机器人系统：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数据处理及预警系统系统：二次开发Nanyang Normal UniversityNanyang Normal University三、三、GB-InSAR露天矿边坡监测露天

10、矿边坡监测3.1 常规测量方法在边坡监测中的局限性常规测量方法在边坡监测中的局限性l 全站仪，水准仪、测量机器人等传统测量技术和全站仪，水准仪、测量机器人等传统测量技术和GNSSGNSS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。l 三维激光扫描技术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Nanyang Normal Universityl 空

11、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（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；Nanyang Normal University3.2 地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理存在不同。GB In

12、SAR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3108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）。2cRB2LNanyang Normal University采用

13、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。losdlos4d Nanyang Normal University3.3 GB InSAR露天矿边坡监测试验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

14、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。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。Nanyang Normal University数据处理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）。明显滑动区域明显滑动区域Nanyang Normal University结果分析结果分析Nanyang Normal UniversityNanyang Normal UniversityNanyang Normal University