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技術交流 文章詳情

尾礦庫傾斜攝影三維精細化建模

尾礦庫傾斜攝影三維精細化建模,通過無人機傾斜攝影三維建模技術,快速構建相關企業精細化、可量測、高精度、對象化、更新快、定制化的三維地理信息,直觀地掌握目標區域內地形地貌與所有建筑物和生產設施的細節特征,為安全生產監管、應急救援指揮、事故災害調查等提供詳盡、精確、逼真的空間基礎地理信息數據支持。

http://pic.chinahpsy.com/

尾礦庫現狀調查是礦山安全生產工作的重要組成部分,也是監管部門關注的焦點。及時對尾礦庫的現狀進行調查,對存在的問題提出合理的整治方案,是控制尾礦庫發生災害的有效手段之一。本文以中維空間應用無人機傾斜攝影技術和三維激光掃描技術在某尾礦庫三維現狀分析為例,闡述了數據采集方法與過程,并對成果數據進行對比分析,得到不同數據的精度和應用方向,為三維數據的應用提供了參考,也可為礦山安全生產提供可靠的技術支撐。

 

 

通過無人機傾斜攝影三維建模技術,快速構建相關企業精細化、可量測、高精度、對象化、更新快、定制化的三維地理信息,直觀地掌握目標區域內地形地貌與所有建筑物和生產設施的細節特征,為安全生產監管、應急救援指揮、事故災害調查等提供詳盡、精確、逼真的空間基礎地理信息數據支持。

 

攝影范圍:尾礦庫初期壩、堆積壩、庫區、排洪構筑物等全 覆蓋;尾礦庫下游 1 公里范圍內的地形、地貌、村莊、道路(鐵 路、公路)、其他設施等全覆蓋。

 

 

尾礦庫作為礦山三大控制性工程之一,同時也是礦山的重大危險源。我國現有超過8000座具有一定規模的尾礦庫,每年排出近3億噸尾沙,需耗水3.5億噸。 據專家估計,這些尾礦庫只有不到70%是正常運行的。近年來我國發生了一系列尾礦庫事故,給國家、企業及廣 大人民的生命財產造成了巨大的損失,嚴重影響了社會 穩定和經濟可持續發展。如何有效地對尾礦庫的現狀進行分析,控制尾礦庫發生災害是目前急需解決的問題。

 

傳統的尾礦庫現狀分析方法通常是通過人工現場排查,或者利用一般的測量手段獲取尾礦庫的幾何信息,這種作業模式效率低、數據完整性不強,更不能實現三維可視化的分析。將無人機傾斜攝影三維建模技術應用于尾礦庫三維現狀分析,由于其具有作業模式靈活、運行成本低、適合較復雜小型區域、能夠獲得高分辨率影像等優點,可以實現尾礦庫庫區范圍的定位分析。而三維激光掃描技術具有一次性數據獲取量大、點云精度高、數據獲取速度快、無接觸式測量等優點,克服了傳統測量方式一次只能獲取一個點坐標的困難,將三維激光掃描技術應用于尾礦庫三維現狀分析,可以有效解決傳統作業模式效率 低、數據精度不高的問題,更好地對尾礦庫的關鍵構筑物進行定量分析,與低空無人機攝影測量技術相結合,實現 尾礦庫三維可視化現狀分析。

 

 

中維空間對尾礦庫三維現狀分析過程

 

1.數據采集與處理

根據某尾礦庫的地形及當地天氣情況開展無人機航測作業,采用無人機航測系統對尾礦庫及周邊區域進行航飛,作業按照1:2000的測設要求進行航線規劃,飛行高度650米,地面平均分辨率12cm,并按照要求布設地面像控點。此次無人機影像數據采集,共在作業區域內獲得影像338張、pos數據338個、有效像片控制點28個。通過專業軟件對原始影像數據進行質量檢查、數據 預處理、自動空三加密等處理后,得到某尾礦庫及周邊的DOM/DSM及點云數據。

 

1.2 數據成果精度分析

對獲取的無人機和三維激光掃描數據進行精度分析,驗證其精度和可靠性,從而達到數據質量檢查的目的。無人機數據平面坐標驗證是在正射影像圖上提取檢查點的坐標,和傳統測量方式得到的實測坐標進行對比,高程值驗證是在點云上提取平地檢查點的高程與實測高程值進行對比。三維激光掃描成果數據精度的評定分析,是對提取坐標點的高程值與實測坐標的高程值進行對比。

 

1.2.1 精度評定方法

三維成果數據的精度驗證采用實測值為真值計算檢 查點坐標中誤差的方法,計算公式如下:

 

 

1.2.2 三維成果數據平面和高程精度分析

經過計算分別得出無人機成果數據檢查點的點位中誤差和高程中誤差見表1和表2。三維激光掃描數據檢查點高程中誤差見表3。

 

通過對檢查點坐標數據和實測數據進行對比分析,得出無人機成果數據點位中誤差為0.189m,高程中誤差為0.271m,三維激光掃描數據檢查點的高程中誤差為0.058m,滿足相關規范及尾礦庫三維現狀分析的精度要求。

 

1.3 尾礦庫三維現狀分析

某尾礦庫三維現狀分析是在已獲取的三維成果上進行量算和特征參數提取,對量算結果與設計資料進行對比,得到尾礦庫現狀基本情況的過程。結合原有資料和人工現場調查,以無人機正射影像圖為底圖,結合高程模型劃定庫區匯水區區域、主溝長度及最小干灘長度,測得匯水區面積為0.561平方千米,主溝長度為1.1813千米,最小干灘長度為159.777m。根據尾礦庫三維立體模型,結合最終設計參數,得到尾礦庫最終堆排效果如圖 4 所示,利用尾礦庫及下游區域的地形數據,還可以對尾礦庫進行潰壩模擬分析。利用三維激光數字高程模型,根據某尾礦庫壩體幾何結構特征,布設剖面提取壩體關鍵參數,作為尾礦庫安全現狀分析的依據,具體的參數包括反應尾礦庫大小的庫容、庫區含水情況的干灘長度、坡比、堆積標高、壩高等,結果見表4。通過與設計規范進行對比,發現某尾礦庫存在輕微的安全問題:

  • 一級 子壩的外坡比、子壩段高、馬道寬度均小于設計要求;
  • 整個堆積壩外坡比為1:4.47,小于設計要求的1:5。其他現狀參數基本符合設計和規范要求。

 

 

通過某尾礦庫三維現狀分析的過程可以得出以下結綸:

1)低空無人機攝影測量技術與三維激光掃描技術在 礦山危險源三維分析中有較好的應用前景,其數據精度 符合礦山安全生產的基本要求;

2)低空無人機傾斜攝影技術實現了對尾礦庫空間范圍的定位分析,并實現了多角度、多尺度對尾礦庫現狀進行分析,豐富了尾礦庫現狀分析的數據源;

3)采用三維激光掃描技術對尾礦庫進行精確的定量分析,精準測定尾礦庫的幾何形狀,在保證尾礦庫關鍵設施數據精度的前提下,實現了尾礦庫現狀基本參數測定的三維可視化,大大縮減尾礦庫隱患排查的工作量,為尾礦庫穩定性分析提供了可靠的技術支撐。

4)尾礦庫傾斜攝影來源:中維空間



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