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地 理 空 间 信 息 GEOSPATIAL INATION 2020 年 9 月 第 18 卷第 9 期 Sep., 2020 Vol.18, No.9 低空倾斜摄影在矿山无证开采调查中的应用 彭艳鹏 1，龚元夫1,2，孟鹏燕1，熊忠招1，谢 菲1，曹永桃1 （1. 湖北省国土测绘院，湖北 武汉 430010；2. 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430010） 摘 要在调查区域进行无人机倾斜摄影高精度三维建模，计算采矿前后的地表变化差异，获取矿山无证开采的矿产资源方 量；并结合矿区岩石样本岩性鉴定和密度检验结果，计算矿山无证开采的矿产资源储量，对开采行为和地表破坏程度进行评 估。结果表明，该工作方法对于矿山无证开采调查实施具有一定的可操作性和参考意义。 关键词倾斜摄影；高精度三维建模；矿山调查 中图分类号P231 文献标志码B 文章编号1672-4623 （2020） 09-0093-03 近年来测绘信息技术发展迅速，GIS、GNSS、遥 感等均为露天矿山监管提供了有力的技术支撑。目前， 露天矿山监测以人工外业巡查和常规测绘为主要技术 手段，主要包括露天矿控制测量、碎部点测量和采场 验收测量等。对于露天矿山，要对采场区域进行高程 点采集，适当加密高程变化较大的地区。利用测绘高 程数据可对露天矿进行边坡角监测、开采量计算，定 期监测矿山采场稳定性和矿产储量变化。传统测量方 法需要人员进入矿区实施作业，测量精度较高；但工 作量大、时间长，开采区域边沿较陡，实地测量不安 全，需耗费较多的人力物力，且不能很好地估算被非法 开采的矿石资源方量，因此工作效率往往很低。作为 国际测绘领域的一项高新技术，倾斜摄影测量技术 [1-2] 能快速、高效地获取客观丰富的地面数据信息，近年 来被广泛应用于信息化测绘领域。该技术颠覆了以往 航摄只能从垂直角度拍摄的局限，通过搭载多台传感 器从一个垂直、多个倾斜等不同角度采集影像，从而 获得具有较高分辨率、较大视场角、更详细的地物信 息数据。在拍摄相片的同时，机载传感器可记录航高、 航向、坐标和飞行姿态等参数，并嵌入地理信息、影 像信息，使影像数据能真实反映地物情况，还可通过 调整航摄分辨率，达到满足要求的精度。 矿山无证开采调查在获取数据过程中受益于低空 倾斜摄影测量技术。目前该技术已被广泛应用于许多 矿山监测 [3-5] 和调查中 [6]，在不远的将来低空倾斜摄影 测量或许会成为矿业领域 [7] 必不可少的一项配置。 1技术路线 调查工作首先采用低空倾斜摄影测量技术，对矿 山无证开采区域进行实地航飞 [8-9] 和三维建模，生成 高精度三维模型及其对应的 DOM 和 DSM，并制作 DEM [10]；然后利用挖填方操作原理计算采矿前后两期 DEM 之间的地表变化差异，从而获取矿山无证开采的 矿产资源方量；再对矿区岩石样本进行岩性鉴定和密 度检验 [11]，以确定矿石类别和密度，从而估算矿山无 证开采的矿产资源价值。整体技术路线如图 1 所示。 图 1 低空倾斜摄影开展矿山无证开采调查的技术路线图 2关键技术环节 矿山无证开采调查采用低空倾斜摄影测量技术构 建矿山无证开采区域的三维模型，并生成对应的 DOM 和 DSM，以便于后续分析工作的展开。 2.1 资料收集和准备 在外业作业前，首先需收集测区资料，包括控制 收稿日期2020-04-30。 doi10.3969/j.issn.1672-4623.2020.09.024 地理空间信息94第 18 卷第 9 期 点成果、坐标系统和高程基准参数、已有地形图成果 与地名资料等；再制定无人机航飞技术方案，明确无 人机搭载的传感器、地面分辨率、影像重叠度、飞行 航高航带架次数、影像拍摄间隔等问题；然后外业工 作人员按逐航带或测区面积布设像控点，并依照技术 方案安排，利用无人机搭载多传感器从不同角度采集 地形数据。调查采用固定翼无人机获取倾斜影像数据 和 POS 数据。 2.2 低空倾斜摄影数据采集 调查采用固定翼电动型 F200 无人机搭载 SONY QX1*2 型系列倾斜摄影传感器进行航飞，根据外业航 空摄影测量规范以及调查需求设计航飞范围和路线，获 取矿山无证开采区域的影像数据。按照 1∶1 000 比例 尺航空摄影技术要求，获取 4 cm 分辨率的倾斜航飞影 像数据。在矿山无证开采调查区域，共获取航拍影像 992 张，采用高斯 3带投影方法获取 CGCS2000 平面 坐标数据，高程基准统一采用 1985 国家高程基准。为 使三维模型数据满足精度要求，需在测区范围内布设 一定数量的控制点，其坐标系统与 POS 数据保持一致。 2.3 高精度三维模型构建 将 影 像 数 据 、 P O S 数 据 和 控 制 点 数 据 导 入 ContextCapture 软件中进行三维模型构建，经过自由网 平差、刺点、带准确控制点信息的区域网平差等处理， 再进行三维模型重构，生成三维模型数据以及对应的 DOM 和 DSM，其中空三加密、平差优化和模型构建 均由软件自动处理。经过控制网平差优化后，矿山无 证开采调查区的误差符合精度要求。最终生成的三维 模型数据如图 2 所示。 图 2 调查区的三维模型 2.4 调查区无证开采矿产资源方量计算 以审批采矿权为依据，基于倾斜摄影测量获取的 高精度三维模型（采样间隔为 0.04 m、高程精度约 为 0.15 m） ，利用专业地理信息采集软件，提取并测 量无证开采矿山的开采边界线，获取矿产资源开采范 围。基于高精度三维模型获取的无证开采矿山的开采 边界线如图 3 所示。沿矿产资源开采边界的陡坎，利 用 EPS 平台获取了调查区矿产资源被无证开采的范围， 如图 4 所示。 图 3 基于高精度三维模型获取的无证开采矿山的开采边界线 N 02550m100 图 4 无证开采矿产资源范围示意图 1）采矿前/ 后 DEM 的获取。首先基于野外实测 控制点完成对调查区采矿前地形图的几何纠正，使其 与采矿后航飞模型的匹配精度满足 1∶1 000 比例尺制 图要求；再利用 GIS 空间分析工具提取采矿前调查区 地形图的等高线和高程，同时为两个要素文件赋高程 属性；然后根据高程属性将两个要素文件转为 3D 要 素，并通过创建 TIN 方式将 3D 要素构建为调查区三 角格网；最后采用自然邻域插值法，将三角格网转换 为所需的 DEM，如图 5 所示。调查区采矿后的 DEM 为实地航飞测量，并经过后期建模获取，如图 6 所示。 N 0 图例 高程值 38～45 45～50 50～55 55～60 60～65 65～70 70～75 75～80 80～85 85～90 90～952550m100 图 5 调查区矿产资源被无证开采前的山体 DEM 95第 18 卷第 9 期 N 0 图例 高程值 22～35 35～40 40～45 45～50 50～55 55～60 60～65 65～70 70～75 75～80 80～85 85～902550m100 图 6 调查区矿产资源被无证开采后的山体 DEM 2）岩石表层松散堆积物厚度估算。岩石表层松散 堆积物厚度主要通过实地采样测量取平均的方式获得。 由于矿石开采的采坑剖面可直观观测岩石表层松散堆 积情况，通过测量采坑周围 6 个样本点位岩石表层松 散堆积物剖面厚度获取了岩石表层松散堆积物的厚度， 分别为 3.01 m、2.90 m、2.95 m、2.82 m、2.92 m 和 2.98 m，其平均厚度为 2.93 m。在后续进行矿石开采方 量估算时应予以扣除。 3）无证开采矿产资源方量计算。通过空间分析 综合运算的方式去除岩石表层松散堆积物厚度的影 响，基于方格网法土方挖填方计算原理，计算采矿前 后两期 DEM 之间的地表变化，以获取调查区矿产资 源被无证开采的方量。通过设置参考剖面可直观查 看采矿前后矿产资源被无证开采的变化情况，如图 7 所示。 通过挖填方分析，可识别矿石挖方和填方（碎石 土堆积）的范围，并获取对应区域的矿产资源方量。 图 8 中蓝色部分为矿山开挖区域，红色部分为开采过 程中碎石土堆积范围。 图 7 设置参考剖面线位置 N 0 图例 无证开采方量 碎石土堆积情况 不变 无证开采情况 2550m100 图 8 调查区无证开采矿产资源情况 2.5 岩性鉴定和密度检验 调查中实地获取了调查区 5 个分散点位的矿石样 本，并送专业地质实验测试中心进行岩性鉴定。通过 实验分析可知，调查区矿石类别为灰质白云岩。同 时，对 5 个矿石样本的岩石物理性质进行了实验测试， 由调查取样实验测试报告可知，5 个矿石样本的体重 分别为 2.65 t/m3、2.57 t/m3、2.63 t/m3、2.54 t/m3、 2.61 t/m3，取矿石平均体重 2.6 t/m3。 2.6 调查区无证开采矿产资源储量计算 根据矿石平均体重和矿石资源方量，即可计算得 到 2016 年 8 月－2018 年 9 月调查区无证开采的建筑 用含灰质白云岩资源储量矿石量。 3精度分析与评价 根据调查要求，航摄需满足工程摄影测量规范 中 1∶1 000 丘陵地的精度要求，无证开采矿石量估算 值偏差不得超过实际储量值的 5。根据工程摄影测 量规范，丘陵地的图上地物点平面位置中误差应小于 0.6 mm，高程注记点中误差应小于 1/2H dm。 本文通过实地选取的调查区内均匀分布的 30 个 检查点评定数学精度，基本等高距为 1 m。经计算可 知，平面中误差在图上距离为 0.284 mm，小于图上 0.6 mm；高程中误差为 0.206，小于 0.5 m（1/2 基本等 高距） ，无证开采的建筑用含灰质白云岩资源储量矿石 量估算值偏差为实际储量值的 2.34。由此可见，利 用低空倾斜摄影测量技术开展矿山无证开采调查符合 工程摄影测量规范中的基本精度要求，保证了成果数 学精度，结合该方法省时高效的特点，适合小区域快 速开展矿山无证开采调查。 4结 语 本文利用低空倾斜摄影测量技术 （下转第 109 页） 彭艳鹏等低空倾斜摄影在矿山无证开采调查中的应用 109 第 18 卷第 9 期 4结 语 本文基于 Sentinel-1A 影像，采用 PS-InSAR 技术 获得了精确的黄河三角洲区域地表形变信息；并结合 该区域丰富的地理信息资料，分析了二者的空间相关 性。该区域整体存在地表形变，局部较大形变区域形 成形变漏斗，漏斗区域与矿产资源开发利用情况存在 空间一致性；此外区域的自然构造对地表形变也产生 一定的影响。因此，该区域地表形变的成因复杂，主 要概括为自然因素和人为因素两个方面自然因素为 地质运动原因，该区域分布的断裂构造和土的自然固 结导致大区域范围的缓慢长期地表下沉；人为因素为 经济社会发展中人类的密集活动，以及地下淡水、卤 水、沿海区域地热资源、油气资源的开采导致地表形 变，同时城市化建设使得地表载荷增加，从而导致 土层孔隙发生压缩形变，逐渐成为地表形变的主要 因素。 参考文献 [1] 张金芝, 黄海军, 毕海波, 等. 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D-InSAR 的黄土高原矿区地表 形变监测[J]. 测绘科学,2017,426207-212 [9] 雷坤超, 陈蓓蓓, 贾三满, 等. 基于 PS-InSAR 技术的北京地 面沉降特征及成因初探[J]. 光谱学与光谱分析,2014,348 2 185-2 189 [10] 贾超, 张国荣, 王嘉斌, 等. 地下水开采诱发地面沉降研究及 其工程应用 以山东德州地区为例[J]. 地球科学与环境学 报,2015,374102-110 [11] 胡惠民, 沈永坚. 华北地区及其主要城市地面沉降的演变和 发展[J]. 中国地质灾害与防治学报,199143-11 作者简介狄桂栓，工程师，从事大地测量、GNSS 理论与应 用、InSAR 技术与应用工作。 （上接第 95 页） 开展了矿山无证开采调查，实验证 明成果精度达到了工程摄影测量规范要求和矿石资源 储量估算精度要求。与传统调查工作方式相比，测量 时间减少了 1/3 以上，人员减少了 2/3。特别是在外 业数据采集阶段，传统调查方式需根据调查区面积配 备相应数量的调查人员，采用低空倾斜摄影方法只需 3～4 人，降低了调查成本，特别适用于小区域快速开 展矿山无证开采调查。 目前，该方法还存在无人机飞行作业受天气影响 较大、需进行差分 POS 保证精度、提取无证开采矿山 的开采界线过程非自动化等问题，未来对相关软硬件 难题的深入研究将为推广低空倾斜摄影开展矿山无证 开采调查的应用提供条件。 参考文献 [1] 张玉侠, 兰鹏涛, 金元春, 等. 无人机三维倾斜摄影技术在露 天矿山监测中的实践与探索[J]. 测绘通报,2017增刊 1 114-116 [2] 杨国东, 王民水. 倾斜摄影测量技术应用及展望[J]. 测绘与空 间地理信息,2016,39113-15 [3] 谢意, 易桂轩, 梁焕青, 等. 无人机航摄技术在露天矿山监测 中的应用研究[J]. 城市勘测,20172114-117 [4] 张军, 高洁纯. 无人机三维倾斜摄影技术在矿山监测中的应 用[J]. 世界有色金属,20181917-18 [5] 涂勇, 万昕. 无人机三维倾斜摄影技术在露天矿山监测中的 实践与探索[J]. 世界有色金属,2018922-23 [6] 郑波. 测绘新技术在矿山测量中的应用浅析[J]. 科学技术创 新,20172755-56 [7] 马存富. 基于无人机倾斜摄影技术矿山地形精准测量方法[J]. 世界有色金属,2018315-16 [8] 无人机航摄安全作业基本要求CH/Z 3001-2010[S]. 北京 测绘出版社,2010 [9] 低空数字航空摄影规范CH/Z 3005-2010[S]. 北京 测绘出 版社,2010 [10] 低空数字航空摄影测量内业规范CH/Z 3003-2010[S]. 北京 测绘出版社,2010 [11] 测绘成果质量检查与验收CB/T 24356-2009[S]. 北京 中国 标准出版社,2009 第一作者简介彭艳鹏，高级工程师，研究方向为地质测绘。 狄桂栓基于InSAR技术的黄河三角洲区域地表形变浅析 VIIndexVol.18,No.9GEOSPATIAL INATION data checking and database building system, can acquire and feedback the feld investigation data fast and efficiently, inspect the quality of field investigation results quickly, and realize the automatic warehousing of results and the output of customize chart, which provides data support for government decision-making, and has good social benefts. Key words land change investigation, UAV, Android, data check Page87 Research on the Relationship Between Urban Impervious Surface and Surface Termal Environment by YANG Junjun Abstract Taking Xi’an City as the study area, based on Landsat8 OLI/TIRS images, we used support vector machineSVM to extract the urban impervious surface ination at frst. And then, we inverted the urban surface temperature by mono-window algorithm. Finally, we carried out a random sampling regression analysis between the urban impervious surface and surface temperature. Te results show that there is a signifcant correlation between the urban impervious surface and surface temperature, and the spatial pattern is highly consistent, namely when the impervious surface increased then the local surface temperature will increase, and vice versa. With a rapid increase of urban impervious surface, in order to an ecological, green, healthy and sustainable urban ecological environment, we should carry out reasonable planning and layout of urban greening at the same time. Key words impervious surface, surface temperature, Xi’an City, SVM, mono- window algorithm Page89 Low-cost RTK Device Based on RTKLIB and Raspberry Pi by YANG Shengtian Abstract In this paper, we operated the open source RTK software package RTKLIB on Raspberry Pi 3, and combining with u-blox NEO-M8T, made a low- cost RTK device. Te actual test results show that the low-cost RTK device can reach dm level, and the accuracy is in the cm level after reaching the fxed solution of RTK in a better environment. This device can be widely used in geology, geophysical exploration and some surveying and mapping felds. Key words Raspberry Pi, RTKLIB, low-cost RTK device Page91 Application of Low-altitude Oblique Photography in Unlicensed Mining Survey of Mine by PENG Yanpeng Abstract In this paper, we introduced a of low-altitude oblique photography technique to conduct unlicensed mining survey of mine. Through UAV oblique photography and high precision 3D modeling of unlicensed mining areas in mines, we calculated the diferences in surface changes before and after mining to obtain the amount of mineral resource of unlicensed mining. Ten, we used the lithology identifcation and density test of the rock samples in the mining area to calculate the mineral resource reserves of the unlicensed mining of mines, and assessed the mining behavior and surface damage. Te result shows that the work efciency can be signifcantly improved. Tis study can provide certain operability and reference significance for the implementation of the unlicensed mining survey of mine. Key words oblique photography, high precision 3D modeling, mine survey Page93 Hyperspectral Image Classifcation Combining Random Subspace and SSAE-LR by CHENG Yuan’e Abstract Aiming at the limitation problems of classifcation accuracy caused by high-dimensional hyperspectral data and the limited sample size, we proposed a new hyperspectral image classifcation combining random subspace and SSAE-LR in this paper. Firstly, we carried out the spatial feature extraction of pixel neighborhood structure ination based on the pixel neighborhood window, and serial spliced with spectral ination. And then, we used the random subspace to randomly select some feature subsets of the same size from the obtained global feature space. Finally, we used the of SSAE-LR to train the base classifer on these feature subsets, and integrated the output of all the base classifers to obtain the classifcation results.Te experimental results of two sets of hyperspectral image data show that this can efectively improve the classifcation efect compared with the traditional . Key words hyperspectral image classification, SSAE-LR, feature extraction, random subspace Page96 Dynamic Simulation of Land Use in Dongjiang Basin Based on CA-Markov Model by YE Jiao Abstract In this paper, based on multi-period MSS and TM images, we analyzed and summarized the land use change rules of Dongjiang basin from 1980 to 2000. The results showed that the Dong basin was dominated by forest land before 1980, accounted for 61.56 of the area, and the cultivated land area accounted for 26.42. Te conversion intensity of land use structure was large and complex from 1980 to 2000, and the cultivated land, construction land, grassland and garden land had increased by 1 395.5 km2, 1 118.85 km2, 113 km2 and 241.3 km2 respectively. Using the CA-Markov model to simulate the spatial distribution pattern of land use in the Dongjiang basin, the experimental result shows that by 2020, the growth rate of forest land in the Dongjiang basin is 4.63, and the growth rate of construction land is 35.31. Te cultivated land, grassland, garden land and unused land are reduced. Te rates are -15.76, -12.96, -18.91, and -4.98 respectively. Key words Dongjiang basin, CA-Markov model, land use Page102 Primary Investigation of Surface Deation in the Yellow River Delta Based on InSAR Technology by DI Guishuan Abstract With the geological reasons such as crustal movement, soil consolidation and human economic activities such as resource exploitation, urban construction, the surface deation appeared in the Yellow River Delta, which was as a potential hazard for urban infrastructure and the safety of personnel, and the rate of somewhere reached -100 mm/a. In order to track the surface conditions, we used the permanent scatterer interferometry PS-InSAR technique to process the Sentinel-1 images from May 2015 to August 2017, and verifed the result’s precision. And then, we analyzed the spatial distribution characteristics and genetic mechanism of the deation funnel based on geological data and underground mineral resource development and utilization data. Key words Yellow River Delta, PS-InSAR, surface deation, ation analysis Page106 Prediction and Analysis of Building Settlement Based on GM1,1 and Verhulst Model by YAN Xiaohui Abstract In this paper, we used GM1,1 and Verhulst models to predict and analyze the settlement of buildings. The results show that the two models have different pros and cons. When the settlement prediction is carried out before the building load is stable, the GM1,1 model is better for settlement prediction. While, when the settlement prediction is carried out after the building load is stable, the Verhulst model is better for settlement prediction. Te fnal settlement shall be determined by field observations in conjunction with the final predictions of the Verhulst model. In the whole process prediction analysis of building settlement, it is recommended to use both models for prediction and comparative analysis. Key words GM1,1 model, gray Verhulst model, prediction of building settlement Page110 Urban Land Surface Settlement Monitoring Based on PS-InSAR Technology by WANG Shengyan Abstract With theoretical analysis and experimental comparison, we uated two s for PS identification, such as correlation coefficient threshold and amplitude dispersion index threshold in this paper. Based on the traditional , we combined with two s to extract some reliable PS points. Taking the Shengli oil feld in Shandong Province as the research area, we used PS-InSAR technology to extract the reliable PS points, and used 28 scene ALOS images to obtain the land surface settlement rate, and extract the settlement time series in the study area.Te experimental results showed that from 2007 to 2011, a certain degree of settlement occurred in the study area, and the average settlement rate of this area exceeded 14 mm/a. Key words PS-InSAR technology, PS point, land surface settlement Page113 New of Obtaining CGCS2000 Coordinate in Land Right Confrmation Registration of Land Contractual Rights by SU Qiangqiang Abst