Quan trắc dịch chuyển đất đá và biến dạng bề mặt trên mô hình vật liệu tương đương bằng công nghệ đo ảnh

Bài viết Quan trắc dịch chuyển đất đá và biến dạng bề mặt trên mô hình vật liệu tương đương bằng công nghệ đo ảnh trình bày về phương pháp quan trắc biến dạng mô hình vật liệu tương đương trong nghiên cứu khai thác mỏ bằng công nghệ đo ảnh.

Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 39, 7/2012, (Chuyên đề Trắc địa mỏ), tr.5-10 QUAN TRC DCH CHUYN ĐẤT ĐÁ VÀ BIẾN DẠNG BỀ MẶT TRÊN MƠ HÌNH VẬT LIỆU TƯƠNG ĐƯƠNG BẰNG CÔNG NGHỆ ĐO ẢNH TRẦN TRUNG ANH, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp quan trắc biến dạng mơ hình vật liệu tương đương nghiên cứu khai thác mỏ công nghệ đo ảnh Bằng cách sử dụng máy ảnh số phổ thông chụp vùng có méo hình kính vật nhỏ đồng dấu, nắn chỉnh ảnh số theo công thức phối cảnh xuyên tâm, tiến hành đo điểm quan trắc mô hình vật liệu tương đương theo chu kì khai thác Độ xác thực nghiệm với máy chụp ảnh số Nikon D7000 đạt đến 1mm quang học phương pháp đo ảnh chụp Đặt vấn đề Mơ hình vật liệu mỏ tương đương mơ với máy phototheodolid Các phương pháp hình xây dựng với lớp địa chất có truyền thống khó thực thi thơng số lý đáp ứng yêu cầu đồng dạng điều kiện thực tiễn triển khai Bài báo với trình học tương đương trình bày sử dụng máy ảnh số phổ thông thực tế khai thác mỏ Tính đồng dạng mơ dùng quan trắc biến dạng dịch động hình vật liệu cần tính tốn kỹ lưỡng gồm: mơ hình vật liệu tương đương Việc dễ triển đồng dạng hình học, đồng dạng động (về khai, đơn giản đạt độ xác cao thời gian), đồng dạng động lực Các phương Phương pháp kỹ thuật pháp đo lường nói chung để đo ghi nhận thơng số q trình học vật liệu mơ 2.1 Thiết kế điểm quan trắc Điểm quan trắc điểm đánh dấu hình cần phải đạt yêu cầu: phải thuận tiện cho trình đo, thiết bị phải đơn giản gọn rõ nét kí hiệu, có độ tương phản tốt nhằm nhẹ, số đo phải ổn định, có độ xác nhận biết rõ ràng ảnh chụp, giúp trình cao Từ trước đến có phương pháp đo đo vẽ xác sở để phát dịch động mơ hình như: đo độ dịch chuyển mơ hình vật liệu tương đo có gắn kính hiển vi, đo tenxơ đương Điểm khống chế Điểm kiểm tra Điểm khống chế Điểm kiểm tra Điểm kiểm tra Điểm quan trắc Điểm khống chế Điểm khống chế Hình Thiết kế điểm quan trắc mơ hình vật liệu tương đương Các điểm quan trắc chia thành loại:  sử dụng phải cần ước tính, lựa chọn, xử lý hình ảnh có nhiều điểm đặc biệt, cẩn thận Kích thước điểm đo mơ hình vật liệu tương đương ước tính thơng qua cơng thức: D P   p size (1) f - Loại 2: điểm kiểm tra loại điểm giống đó: điểm khống chế, khơng tham gia + P kích thước điểm đo mơ hình vật vào q trình định vị, đăng kí tọa độ, nắn chỉnh liệu tương đương, lấy độ xác ảnh Các điểm kiểm tra giúp đánh giá độ yêu cầu quan trắc (1mm), xác tọa độ điểm ảnh sau nắn chỉnh + D khoảng cách chụp ảnh, - Loại 3: điểm quan trắc loại điểm + f tiêu cự ống kính chụp ảnh, đánh dấu rõ nét, gắn vào mơ hình + psize kích thước điểm ảnh (pixel) chuyển động dịch chuyển sụt lún mảng nhận ảnh mơ hình Các điểm loại gắn theo hàng Từ cơng thức (1) ước tính khoảng ngang, địa tầng có hàng điểm quan cách chụp ảnh phải thỏa mãn theo công thức: trắc f D P (2) 2.2 Lựa chọn máy chụp ảnh p size Từ việc lựa chọn máy chụp ảnh quan Công tác thiết kế lựa chọn máy chụp ảnh quan trọng, ảnh hưởng đến độ xác trọng phải ý đến độ xác đo cần đạt, đo vẽ, khả đo vẽ ảnh Hiện không độ phân giải mảng nhận ảnh, tiêu cự ống sử dụng máy kinh vĩ chụp ảnh kính… sau chọn vị trí chụp ảnh cho đạt phim kính chuyên dụng, máy chụp ảnh số yêu cầu đồng thời phải phủ trùm tồn chun dụng dùng cho chụp ảnh giá thành mơ hình vật liệu tương đương cần quan trắc cao, không dễ dàng mua Bởi để 2.3 Hạn chế méo hình kính vật Vì hệ thống kính vật máy chụp ảnh số quan trắc mơ hình vật liệu tương đương lựa chọn máy chụp ảnh số phổ thông Máy chụp phổ thông thiết kế khơng cho mục đích đo ảnh số phổ thông loại máy chụp ảnh dùng vẽ nên gây sai số xê dịch vị trí điểm ảnh lớn, cơng nghệ ghi nhận mảng nhận ảnh số, loại đo vẽ cần hạn chế sai số Khi nghiên bỏ phim chụp truyền thống, gọn nhẹ, đa dạng, cứu biến thiên sai số méo hình kính vật theo giá phải chăng, dễ chụp, dễ mua phổ biến GS Brown sai số méo hình kính vật gồm loại: thị trường Tuy nhiên loại máy sai số méo hình kính vật xun tâm sai số thiết kế cho mục đích chụp ảnh nghệ thuật, méo hình tiếp tuyến biến đổi theo quy luật khơng thiết kế cho mục đích đo vẽ nên  cơng thức (3) hình 2: - Loại 1: điểm khống chế gắn vị trí khơng dịch chuyển khung mơ hình Điểm khống chế chuyền tọa độ xác tham gia vào q trình định vị, đăng kí tọa độ nắn chỉnh ảnh số         2  x  x  x  K1  K r  K r  P1 r  2x  x   2P2 x  x y  y  ,  2          y  y  y K  K r  K r  P r  y  y  P x  x y  y 0  đó: ∆x, ∆y xê dịch vị trí điểm ảnh méo hình kính vật; K1, K2, K3 hệ số méo hình xuyên tâm; P1, P2 hệ số méo hình tiếp tuyến; x, y trị đo tọa độ mặt phẳng ảnh; x0, y0 tọa độ điểm ảnh (3) Hình Méo hình kính vật lựa chọn vùng ảnh đo Theo công thức thực nghiệm Brown biến thiên xê dịch vị trí điểm ảnh méo hình, cần chọn vị trí chụp ảnh thỏa mãn cơng thức (2) đồng thời phải ghi nhận tồn mơ hình vật liệu tương đương lọt vào vùng sai số méo hình nhỏ đồng dấu Theo nghiên cứu [1,2,3] vùng có sai số méo hình nhỏ đồng dấu vùng ảnh chiếm khoảng ½ kích thước mảng nhận ảnh (hình 2) 2.4 Mơ hình nắn ảnh Vì mơ hình vật liệu tương đương có bề mặt phẳng nên sử dụng phương pháp đo ảnh đơn để xác định tọa độ điểm quan trắc Trong phần nắn ảnh chiếm vị trí quan trọng Theo tài liệu [3] lựa chọn mơ hình nắn chỉnh hình học phối cảnh projective (công thức 3) phù hợp với ảnh chụp xuyên tâm Vì phải tạo ảnh nắn dạng số nên lựa chọn phép nắn gián tiếp với phép nội suy giá trị độ xám bậc cho chất lượng ảnh tốt [1]  x    y    u x   u y  u u x   u y  u x   u y  u u x   u y  (3) đó: x,y tọa độ điểm ảnh ảnh gốc, x’, y’ tọa đổ điểm ảnh ảnh nắn, ui (i=1÷8) hệ số nắn ảnh Các hệ số nắn ảnh tìm dựa vào tọa độ điểm khống chế nắn ảnh thơng qua tốn giải tích Cách đánh giá độ xác đạt điểm kiểm tra thông qua sai số trung phương vị trí điểm cơng thức (4)    2x m x   n kt  m p   m 2x  m 2y , (4)  y  m y   n kt  đó: mx, my, mp sai số trung phương vị trí điểm, x, y chênh lệch tọa độ điểm kiểm tra đo mơ hình đo thực địa, nkt số điểm kiểm tra Thực nghiệm Để minh chứng lý thuyết trình bày, chúng tơi tiến hành thực nghiệm với ước tính lựa chọn máy chụp ảnh Nikon D7000, thông số hình   - Bộ cảm biến: CMOS 23,1mm x 15,4mm 16MP (4928 x 3264 pixels) Mã hóa A/D 14 bit/pixel - Ống kính: Nikon 18-85mm - Chụp ảnh: toàn sắc, màu, cận hồng ngoại… - Định dạng ảnh: IPEG, RAW, Fine JPEG - Lấy nét: tự động/thủ công - Tốc độ cửa chập: 30 đến 1/8000 (“) Hình Máy Nikon D7000 thơng số Vị trí chụp ảnh đặt cách mơ hình vật liệu tương đương khoảng 3m, khung hình mơ hình lọt vào vùng ảnh (hình 3) Đặt máy giá chân, chọn chế độ chụp đen trắng với độ phân giải cao 16MP, chọn chế độ lấy nét thủ công, chụp với phận điều khiển từ xa để tránh nhòe hình ảnh tối đa Đo đạc xác tọa độ điểm khống chế điểm kiểm tra giá trị bảng Bảng Giá trị tọa độ điểm khống chế điểm kiểm tra Tọa độ điểm khống chế Tọa độ điểm kiểm tra TT Tên điểm X(mm) Y(mm) Tên điểm X(mm) Y(mm) KCA-1 0,0 0,0 KT-1 -7,0 637,0 KCA-2 1530,0 2,0 KT-2 435,0 1230,0 KCA-3 0,0 1128,0 KT-3 1039,0 1223,0 KCA-4 1530,0 1128,0 KT-4 1541,0 619,0 Tiến hành tách bỏ than mơ hình vật liệu tương đương quan trắc biến dạng ảnh vòng tuần, với tần suất ngày/chu kì Xử lý đo giá trị biến dạng phần mềm IRAS-C MicroStation Các số liệu kiểm tra độ xác cách đo khoảng cách mơ hình thực địa khoảng cách đo ảnh cho kết tốt Các số liệu đo tọa độ điểm kiểm tra cho kết tốt, độ xác đạt tới 1mm Bảng Giá trị tọa độ điểm kiểm tra đo mơ hình qua chu kì đo KT1 KT2 KT3 KT4 KT1 KT2 KT3 KT4 KT1 KT2 KT3 KT4 Chu kì 1,2,3 -6,8 637,9 434,6 1230,4 1038,3 1223,8 1540,9 619,5 -6,6 637,4 434,4 1229,8 1038,4 1222,8 1540,4 619,5 -6,8 638,4 434,8 1230,5 1038,5 1223,1 1540,8 618,9 Chu kì 4,5,6 -5,8 638,4 435,5 1229,7 1038,3 1222,5 1541,4 619,6 -6,3 638,4 435,3 1229,7 1038,2 1222,5 1540,9 619,7 -6,9 637,5 434,6 1229,8 1038,6 1222,3 1540,4 619,2 Chu kì 7,8,9 -6,9 638,5 434,6 1230,7 1038,7 1223 1541,1 619 -6,8 637,1 434,7 1229,7 1038,7 1223,6 1540,8 620,2 -6,9 638 434,5 1230,3 1037,9 1222,7 1540,9 618,9 Chu kì 10,11,12 -6,7 637,9 435,8 1230,6 1038,3 1222,8 1540,7 619,5 -6,9 638 434,9 1229,3 1038,7 1222,1 1541,1 619,3 -7,1 638,6 434,8 1230,8 1039,1 1223,4 1541,1 619,9 Hình Sự biến dạng mơ hình từ đầu chu kì đến cuối chu kì Bảng Tổng giá trị độ biến dạng (mm sụt lún) mặt cắt mơ hình vật liệu mc1 mc2 mc3 mc4 mc5 mc6 mc7 mc8 mc9 mc10 mc11 mc12 -5 -6 -4 -5 -5 -5 -5 -6 -5 -5 -5 -3 -6 -9 -6 -21 -7 -33 -6 -15 -7 -16 -7 -8 -23 -38 -36 -37 -38 -40 -19 -21 -19 -21 -19 -19 -37 -36 -39 -37 -38 -38 -19 -19 -18 -19 -18 -18 -33 -29 -34 -31 -36 -32 -18 -15 -18 -17 -18 -18 -11 -4 -24 -5 -31 -21 -12 -7 -11 -7 -14 -17 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -4 -2 -3 -3 -50 Series12 Series11 Series10 -100 Series9 -150 Series8 Series7 -200 Series6 -250 Series5 Series4 -300 Series3 -350 Series2 Series1 -400 Hình Tổng biến dạng mơ hình vật liệu tương đương Kết luận Quan trắc biến dạng mơ hình vật liệu tương đương công nghệ đo ảnh phương pháp đơn giản cho độ xác cao Trên mơ hình vật liệu tương đương, điểm khống chế cần bố trí vị trí khung thép cố định, điểm quan trắc bố trí với sụt lún biến dạng mơ hình Khi chụp ảnh dùng máy ảnh số phổ thông chụp vùng gần tâm ảnh, nắn chỉnh ảnh theo phép phối cảnh xuyên tâm Đo điểm quan trắc đơn giản phần mềm IRAS-C, từ xây dựng mặt cắt biến dạng phục vụ cho trình đánh giá khai thác mỏ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Trung Anh, 2011 Nghiên cứu biện pháp nâng cao hiệu ứng dụng máy ảnh số phổ thông vào lĩnh vực đo ảnh địa hình phi địa hình, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội, 2011 [2] Trần Trung Anh, 2005 Công nghệ đo ảnh với ảnh chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông, luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội [3] Trương Anh Kiệt, 2000 Phương pháp đo ảnh đơn, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2000 [4] G.N Kuzonetxov, 1969 Nghiên cứu xuất áp lực mỏ mơ hình vật liệu tương đương, Nhà xuất Nhedra, Leningrat (Bản dịch Trần Văn Yết) SUMMARY Monitoring deformation of the equivalent material model by the photogrammetry Tran Trung Anh, University of Mining and Geology This paper presented the method of monitoring deformation of the equivalent material model in the mining reseach by using photogrammetry methodology By applying the non-metric digital camera in which distortion area is minimum and same value, images were rectified using the projective equation The monitored points in the equivalent material model were observed during repeat periods The accuracy of case study using Nikon D7000 was up to 1mm 10 ... -400 Hình Tổng biến dạng mơ hình vật liệu tương đương Kết luận Quan trắc biến dạng mơ hình vật liệu tương đương công nghệ đo ảnh phương pháp đơn giản cho độ xác cao Trên mơ hình vật liệu tương đương, ... chụp ảnh giá thành mơ hình vật liệu tương đương cần quan trắc cao, không dễ dàng mua Bởi để 2.3 Hạn chế méo hình kính vật Vì hệ thống kính vật máy chụp ảnh số quan trắc mơ hình vật liệu tương đương. .. than mơ hình vật liệu tương đương quan trắc biến dạng ảnh vòng tuần, với tần suất ngày/chu kì Xử lý đo giá trị biến dạng phần mềm IRAS-C MicroStation Các số liệu kiểm tra độ xác cách đo khoảng