利用激光测距仪对采空区快速地形测量方法

孙涛

摘要： 介绍一种利用激光测距仪和RTK定位技术对采空区快速地形测量方法，并通过一些算法校正采空区的地形数据以及对比该算法与RTK实测的差值。结果表明，其差值的数量最大为1.5673m。

Abstract： This paper introduces a rapid topography measurement method of mined-out area using laser range finder and RTK positioning technology， and corrects the topographic data of mined-out area through some algorithms and compares the difference between the algorithm and RTK. The results show that the maximum difference is 1.5673m.

关键词： 激光测距仪；RTK；采空区

Key words： laser range finder；RTK；mined-out area

中图分类号：P631.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）08-0188-02

0 引言

有用矿体被采出以后，开采区域周围的岩体原始应力平衡受到破坏，应力重新分布，影响如果发展到地表，将产生连续或非连续的地表变形[1]。显然采空区发生地表变形之前的DEM数据存在一定的偏差，基于此，本文介绍一种利用激光测距仪和RTK定位技术对采空区快速地形测量方法，为了更快地完成采空区的高程数据校正，利用MATLAB语言编制计算程序，该程序可以一次性完成全区的高程数据校正。在获取高程数据时先将校正之前的地形图数字化，然后利用插值方法计算所需校正的DEM结点高程数据，并且可根据重力地形改正的精度要求来加大高程数据的采样密度，并通过会理天宝山铅锌矿区10个算例对比对计算精度进行分析。

1 采空区DEM数据存在的问题

地下矿层采空后形成的空间称为采空区。出现采空区后，其上覆盖的岩层将失去支撑，原来的应力平衡条件被破坏，使得上覆岩层产生移动变形，直到破坏塌落，最后导致地表变形破坏，地表大面积滑坡、下沉、凹陷[2]。以会理天宝山铅锌矿区采空区为例，如图1所示，在会理天宝山铅锌矿区采空区的地表发生了大面积的滑坡、下沉、凹陷，导致在地表变形之前的高程数据存在一定的偏差，不利于用来进行重力近区地改，由于再次进行遥感测绘，工作量大，效率低，不能满足当前重力地改工作的需要，因此采用一种利用激光测距仪和RTK定位技术对采空区快速地形测量方法，校正采空区高程数据。

2 工作流程

2.1 在采空区选取固定测点

以在会理天宝山铅锌矿区的采空区实际工作为例，在采空区上选取10个测点。为了更加精确个测点的高程数据，在矿区地形标定点和测点各放置一台RTK，并利用激光测距仪测量固定测点某些方位延伸的散裂点到固定测点的水平距离和垂直距离，并标记测点延伸的散裂点是否是边界点，本次工作获得25个边界点。

2.2 数字地形图的准备

①将地形图扫描到计算机中，对扫描图进行配准，采用Autocad与MAPGIS等软件将地形图数字化，得到北京54坐标系下地形图的横坐标、纵坐标、高程值。

②根据地形标定点的RTK获取10个测点地形数据，以及测点延伸的140个散裂点地形数据。

2.3 选取出数字地形图中需要修改的地形数据

利用matlab绘制出各边界点图像，将边界点用2条线相连，分为上下两个部分，如图2所示，然后选取出数字地形图中在两边界线之内的网格节点数据，本次工作共选取出172个网格节点数据。

2.4 使用Matlab语言编制程序计算结点高程值

将一些散裂点的高程数据利用数学中的插值方法（双线性插值方法、最近邻插值）转换成一定的网格间距的结点高程值，插值出待校正各网格结点的高程值，并依此校正采空区的高程数据库。

3 计算结果的精度分析

准确值x与其测量值x*之差称为近似值x*的绝对误差[3]。在数值计算中，记为e（x*）=x*-x，简记为e*。以10固定测点的高程数据作为准确值，以插值计算出10個固定点的高程数据作为测量值，得到10个测点的绝对误差，其绝对误差如表1所示。

4 结语

本文详细介绍了一种利用激光测距仪和RTK定位技术对采空区快速地形测量方法，利用MAPGIS等软件将地形图数字化，通过MATLAB选取出待校正的地形网格节点并插值出待校正的地形网格节点高程数据。

由表1各测点精度对比发现，有测点的绝对误差绝对值达到1.5673m。误差还是较大，我们可以根据重力地形改正的精度要求来加大散裂点的采样密度，减小误差。因此建议在采空区等地表地形发生改变的地区采用本文的快速地形测量方法。

参考文献：

[1]孙超，薄景山，刘红帅，齐文浩.采空区地表沉降影响因素研究[J].吉林大学学报，2009，39（3）：498-502.

[2]吴兆营，薄景山，杜国林，刘德东，刘红帅.采空区对地表稳定性的影响[J].自然灾害学报，2004，13（2）：140-144.

[3]黄明游，刘播，徐涛.数值计算方法[M].科学出版社，2005.