時(shí)間:2022-12-20 11:30:30
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0引言
物探技術(shù)是一種至關(guān)重要的地質(zhì)探測(cè)技術(shù),在煤礦生產(chǎn)中占據(jù)著關(guān)鍵地位。傳統(tǒng)的采煤方法與采煤作業(yè)形式具有效率低、安全性低等問(wèn)題,對(duì)作業(yè)人員的人身安全造成一定威脅。利用物探技術(shù)探測(cè)煤礦地質(zhì)條件,可以為煤礦生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)資料,避免煤礦生產(chǎn)出現(xiàn)安全事故,因此在進(jìn)行煤礦地質(zhì)探測(cè)時(shí)需靈活應(yīng)用物探技術(shù)。
1物探技術(shù)簡(jiǎn)析
1.1物探技術(shù)的概念與發(fā)展物探即地球物理勘探,指的是以巖石、礦石或圍巖的物理性質(zhì)為基礎(chǔ)進(jìn)行物理場(chǎng)分布及其變化的觀(guān)測(cè),從而分析地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、地層當(dāng)中的能源,并為災(zāi)害預(yù)報(bào)提供依據(jù)[1]。物探主要是利用巖石的密度、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、彈性、放射性以及熱導(dǎo)率等物理性質(zhì)進(jìn)行地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析,常用的物探方法有重力勘探法、電法勘探法、磁法勘探法、地震勘探法、地溫法勘探法以及核法勘探法等。人們?cè)诙兰o(jì)中后期開(kāi)始應(yīng)用物探技術(shù),且物探技術(shù)在煤礦開(kāi)采前勘測(cè)工作中的應(yīng)用范圍十分廣泛,可有效增強(qiáng)煤礦開(kāi)采的安全系數(shù)。
1.2物探技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀當(dāng)前,主要將物探技術(shù)應(yīng)用在煤礦開(kāi)采與水害治理當(dāng)中。例如,可以利用電法勘探技術(shù)與瞬變電磁法勘探技術(shù)處理水災(zāi)害;可以利用地震勘探技術(shù)、坑透技術(shù)與超波技術(shù)進(jìn)行地表與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘測(cè);也可以利用三維地震動(dòng)態(tài)解釋系統(tǒng)分析物探技術(shù)在煤礦開(kāi)采中的應(yīng)用效果。
2物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)探測(cè)中的作用第一,在進(jìn)行煤礦開(kāi)采前需進(jìn)行地質(zhì)探測(cè),便需要利用地面高分辨二維地震勘探法、電法探測(cè)法等方法進(jìn)行地質(zhì)探測(cè),這樣在后續(xù)進(jìn)行煤礦開(kāi)采設(shè)計(jì)時(shí)便可以獲取大量的煤礦開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息。第二,在安裝大型超千噸綜采設(shè)備之前,需要明確和控制開(kāi)采區(qū)域中的地質(zhì)異常體,例如小褶曲、小斷層等情況[2]。若存在這些地質(zhì)異常體將會(huì)嚴(yán)重影響煤礦開(kāi)采的效率與安全性,甚至?xí)l(fā)水災(zāi)害。而應(yīng)用物探技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些地質(zhì)異常體,有利于異常體的控制與開(kāi)采計(jì)劃的優(yōu)化。
3常用的物探方法與物探技術(shù)
3.1物探方法為了解決煤礦開(kāi)采中的問(wèn)題,提高煤礦開(kāi)采的質(zhì)量,增強(qiáng)煤礦開(kāi)采的安全性,我國(guó)在不斷研究新的物探技術(shù),為煤礦地質(zhì)探測(cè)提供技術(shù)支持。在煤礦地質(zhì)探測(cè)中常用的物探方法有很多,按照探測(cè)空間可以將物探方法分為地面物探法、礦井物探法與測(cè)井法等。其中,電法勘探法、地震勘探法、磁法勘探法等方法屬于地面物探法;礦井物探法有電法、磁法、地震法、放射性法、巷道重力法以及紅外線(xiàn)遙測(cè)法等;測(cè)井法包括熱測(cè)井法、電法測(cè)井法、聲波測(cè)井法、放射性測(cè)井法以及磁測(cè)井法等[3]。按照物理場(chǎng)可以將物探法分為地震法、地?zé)岱ā⒋欧?、重力法、電法、放射位法等。例如,重力勘探法是重要的物探方法,主要是根?jù)組成地殼的巖體、礦體之間的密度差引起的地表的重力加速度值的變化進(jìn)行地質(zhì)勘探,其理論基礎(chǔ)是牛頓的萬(wàn)有引力。而磁法勘探法也是常用的物探方法,主要是根據(jù)巖石與礦石不同的磁性產(chǎn)生的不同磁場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)勘探的,不同的磁場(chǎng)可以使局部區(qū)域出現(xiàn)變化,繼而出現(xiàn)地磁異常,便可以進(jìn)行地質(zhì)探測(cè)。
3.2物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)探測(cè)中常用的物探技術(shù)有高密度數(shù)字三維地震技術(shù)、三維地震疊前偏移處理技術(shù)等,這些技術(shù)當(dāng)中都應(yīng)用了信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù),有效提升了物探技術(shù)的信息化水平與智能化水平。第一,高密度數(shù)字三維地震技術(shù)。該技術(shù)涉及到了多種技術(shù),例如高密度數(shù)字三維地震采集技術(shù)、高密度數(shù)字成像技術(shù)與三維地震精細(xì)解釋核心技術(shù)等,是一種較為先進(jìn)的物探技術(shù)。其中,高密度數(shù)字三維地震采集技術(shù)具有小道距、小面元與高密度采樣;全方位觀(guān)測(cè);高覆蓋次數(shù);連續(xù)采樣減小采集腳??;應(yīng)用數(shù)字檢波器(如DSU3檢波器)等特點(diǎn)。相比于普通的檢波器,數(shù)字檢波器實(shí)現(xiàn)了信號(hào)接收與信號(hào)傳輸?shù)臄?shù)字化,具有較強(qiáng)的抗干擾能力,在動(dòng)態(tài)范圍、抗電磁干擾、高頻響應(yīng)等方面中具有較大的優(yōu)勢(shì)(模擬檢波器與數(shù)字檢波器的振幅與相位特性曲線(xiàn)對(duì)比如圖1所示)。高密度數(shù)字成像技術(shù)也涉及到了很多技術(shù),例如三維子集噪音衰減技術(shù)、全空間噪音壓制技術(shù)、全頻帶去噪及高頻信號(hào)保持技術(shù)、同相疊加技術(shù)等。三維地震精細(xì)解釋核心技術(shù)包括地質(zhì)構(gòu)造地震精細(xì)解釋技術(shù)、煤層厚度與煤層頂板巖體力度參數(shù)估算技術(shù)、煤層頂?shù)装甯凰畮c煤層瓦斯富集帶地震預(yù)測(cè)技術(shù)、煤層沖刷帶精細(xì)描述地震技術(shù)等。總之,高密度數(shù)字三維地震技術(shù)的小斷層識(shí)別能力相對(duì)較高。例如,在進(jìn)行某煤礦地質(zhì)探測(cè)時(shí)應(yīng)用高密度數(shù)字三維地震技術(shù)進(jìn)行小斷層識(shí)別。在斷距超過(guò)2m時(shí),其識(shí)別準(zhǔn)確率能夠達(dá)到85.17%,但是當(dāng)斷距小于2m時(shí),其小斷層識(shí)別能力相對(duì)較差(如表1所示)。第二,三維地震疊前偏移處理技術(shù)。
三維地震疊前偏移處理技術(shù)具有多重功能,例如可以對(duì)時(shí)間偏移進(jìn)行處理,也可以對(duì)深度偏移進(jìn)行處理。首先,利用三維地震疊前時(shí)間偏移處理技術(shù)可以提高資料信噪比、振幅恢復(fù)與能量補(bǔ)償,可以進(jìn)行疊前時(shí)間偏移成像,也可以進(jìn)行疊前時(shí)間偏移之后的去噪處理。其次,三維地震疊前深度偏移處理技術(shù)的關(guān)鍵在于疊前深度偏移成像處理,在成像處理過(guò)程中需要做好高質(zhì)量疊前時(shí)間域道集準(zhǔn)備工作、構(gòu)建速度-深度模型、應(yīng)用克希霍夫積分偏移算法??傊?,在煤礦地質(zhì)探測(cè)中應(yīng)用三維地震疊前偏移處理技術(shù)可以有效增強(qiáng)成像的準(zhǔn)確性,將橫向分辨率控制在合理范圍內(nèi)。同時(shí),應(yīng)用這種技術(shù)也可以準(zhǔn)確反饋地質(zhì)構(gòu)造當(dāng)中的異常情況。第三,屬性本解釋技術(shù)。相比于其他技術(shù),屬性本解釋技術(shù)的重要意義主要體現(xiàn)在可準(zhǔn)確分析地震反射波的情況,例如可以分析地震反射波的頻率、地震反射波的能力等各方面情況,從而獲取地震屬性數(shù)據(jù)體。技術(shù)人員可以利該技術(shù)獲取地質(zhì)小型結(jié)構(gòu)的剖面圖,且剖面圖的解釋精度比較高,可以為后續(xù)的煤礦生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。第四,巖性反演資料處理及解釋技術(shù)。技術(shù)人員可以利用該技術(shù)提升地震剖面的縱向分辨率,并降低地震反射波的檢測(cè)難度,從而為含水層富水情況與煤層瓦斯分布情況的分析奠定基礎(chǔ),為后續(xù)煤礦開(kāi)采計(jì)劃的制定提供依據(jù)。巖性反演技術(shù)主要是利用已知的地質(zhì)信息與測(cè)井資料反演地震資料并進(jìn)行波阻抗資料的推算。同時(shí),技術(shù)人員可以在波阻抗剖面上標(biāo)定通過(guò)鉆井獲取的地層變化信息,為反演出的地層波阻抗賦予地質(zhì)含義,在后續(xù)就可以準(zhǔn)確描述煤層的厚度、深度以及巖性等參數(shù)[4]。巖性反演的結(jié)果會(huì)受到多種因素的影響,例如原始資料的質(zhì)量、子波的影響、合成地震記錄的質(zhì)量以及地質(zhì)模型等。在進(jìn)行巖性反演時(shí)應(yīng)當(dāng)重構(gòu)巖性特征、對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化處理、標(biāo)定巖性、構(gòu)建初始模型,最終進(jìn)行三維測(cè)井約束反演。
4在煤礦地質(zhì)探測(cè)中應(yīng)用物探技術(shù)的策略
4.1在水災(zāi)害防治中應(yīng)用物探技術(shù)的策略在開(kāi)采煤礦之前,需要利用物探方法探測(cè)水文地質(zhì)數(shù)據(jù),從而增強(qiáng)煤礦生產(chǎn)的安全性,有效防治水災(zāi)害,增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。物探技術(shù)在水災(zāi)害防治中發(fā)揮著重要作用。首先,技術(shù)人員可以利用物探技術(shù)探測(cè)礦井的水文地質(zhì)問(wèn)題。例如,技術(shù)人員可以利用物探技術(shù)探測(cè)開(kāi)采面底板的隔水層厚度、隱藏的導(dǎo)水通道、老窖積水區(qū)的情況、含水層的富水性與陷落柱的富水性等,且探測(cè)準(zhǔn)確率比較高,可以達(dá)到90%以上。其次,技術(shù)人員可以利用瞬變電磁超前預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)開(kāi)采區(qū)域前的含水構(gòu)造進(jìn)行預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度也非常高。
4.2在地質(zhì)災(zāi)害防治中應(yīng)用物探技術(shù)的策略煤礦地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)手段有很多,而物探技術(shù)的效果相對(duì)較好,可以減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。在進(jìn)行煤礦開(kāi)采時(shí)很容易出現(xiàn)礦井頂板與突水現(xiàn)象,會(huì)對(duì)采礦工作與作業(yè)人員造成威脅。利用物探技術(shù)可以有效勘測(cè)煤礦開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)水文情況,從而掌握開(kāi)采區(qū)域的瓦斯層、含水層、內(nèi)巖層、斷層等各方面情況,了解開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造,科學(xué)制定施工計(jì)劃。物探技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。第一,在地質(zhì)災(zāi)害防治中應(yīng)用相干體與方差體技術(shù)。相干體與方差體技術(shù)主要是利用三維資料中的CDP電信息進(jìn)行常規(guī)抽線(xiàn)解釋?zhuān)诮忉屵^(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)將小斷層遺漏的情況。在三維成像當(dāng)中,技術(shù)人員分析地下斷層情況時(shí)可以應(yīng)用數(shù)據(jù)切片與透視等方式。相干體與方差體切片對(duì)斷層十分敏感,技術(shù)人員便可以利用這一技術(shù)準(zhǔn)確分析斷層的情況[5]。技術(shù)人員可以利用常規(guī)剖面圖進(jìn)行斷層的顯示或調(diào)整,之后再利用該技術(shù)進(jìn)行閉合調(diào)整,從而在地震反射層當(dāng)中分析斷層的情況。第二,三維地震勘探法在采礦區(qū)構(gòu)件機(jī)理分析中的應(yīng)用。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中,可能會(huì)出現(xiàn)突水情況,若不及時(shí)處理可能會(huì)引發(fā)煤礦安全事故。為了解決這一問(wèn)題,技術(shù)人員可以利用三維地震勘探法探測(cè)煤礦開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)情況。在探測(cè)之前,技術(shù)人員需要充分了解煤層表面的水文狀況,并分析抽水孔數(shù)據(jù),為后續(xù)探測(cè)工作奠定基礎(chǔ)。完成這些工作之后,技術(shù)人員可以利用該技術(shù)對(duì)煤層頂板砂巖的含水厚度以及含水深度進(jìn)行探測(cè),同時(shí)需要探測(cè)煤層的深度、煤層的結(jié)構(gòu)變化情況,之后根據(jù)探測(cè)結(jié)果制定煤礦開(kāi)采方案,增強(qiáng)煤礦開(kāi)采的安全性。第三,在地質(zhì)災(zāi)害防治中應(yīng)用等時(shí)切片技術(shù)。技術(shù)人員可以利用該技術(shù)顯示某一刻三維數(shù)據(jù)體當(dāng)中包含的地震信息,從而掌握不同地質(zhì)層位的分布情況。等時(shí)切片中的水平切片上含有同相軸,其強(qiáng)度可以反映反射波的強(qiáng)度,其錯(cuò)開(kāi)大小可以反映斷層斷距的大小[6]。同時(shí),水平切片的小斷層分辨能力相對(duì)較強(qiáng),優(yōu)于垂直時(shí)間剖面的小斷層分辨能力。
5結(jié)語(yǔ)
科學(xué)應(yīng)用物探方法可以保障煤礦開(kāi)采工作的正常開(kāi)展,常用的物探方法有磁法、放射位法、電法、地?zé)岱ǖ?,常用的物探技術(shù)有高密度數(shù)字三維地震技術(shù)、三維地震疊前偏移處理技術(shù)等。為了充分發(fā)揮物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)探測(cè)中的作用,應(yīng)當(dāng)將其應(yīng)用在水災(zāi)害防治與地質(zhì)災(zāi)害防治中,為煤礦開(kāi)采提供數(shù)據(jù)信息。
作者:王澤 單位:晉能控股煤業(yè)集團(tuán)和尚嘴煤業(yè)有限公司
地質(zhì)條件分析2
我國(guó)地貌廣闊,地質(zhì)地形極其復(fù)雜,加之近年來(lái)地質(zhì)活動(dòng)越發(fā)頻繁,對(duì)地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)和儀器都提出了新的要求。因此,我國(guó)也越來(lái)越重視地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)工作,不斷投入大量資金到地質(zhì)監(jiān)測(cè)方面的工作上。隨著科技的不斷創(chuàng)新,各種測(cè)繪技術(shù)層出不窮,遙感測(cè)繪技術(shù)由于有效性強(qiáng)、測(cè)量效率高等優(yōu)點(diǎn),成為地質(zhì)災(zāi)害治理中的重要手段?;诖耍疚膹倪b感技術(shù)概念出發(fā),闡述了遙感測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害治理方面的價(jià)值,并提出了一些關(guān)于遙感測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用和創(chuàng)新策略,希望能為相關(guān)工作提供參考。
一、地質(zhì)災(zāi)害概述
地質(zhì)災(zāi)害是指由人類(lèi)活動(dòng)、地殼運(yùn)動(dòng)等一些因素導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害事件,這類(lèi)災(zāi)害一般具有不確定性和無(wú)規(guī)律性,比如泥石流、滑坡、水土保持等。加之我國(guó)疆土幅員遼闊,地形地勢(shì)也很復(fù)雜,因此,更增加了相關(guān)人員對(duì)地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)的難度。隨著科技的發(fā)展,越來(lái)越多的監(jiān)測(cè)技術(shù)被用于地質(zhì)災(zāi)害的治理中。其中,遙感測(cè)繪技術(shù)由于監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確、信息量大、效率高等特點(diǎn),深受相關(guān)工作人員青睞。遙感測(cè)繪是指通過(guò)地面、航空等平臺(tái)上的各類(lèi)傳感器,對(duì)地球等星體進(jìn)行地圖等圖形繪制的技術(shù),該技術(shù)的出現(xiàn)大大提高了工作人員對(duì)地質(zhì)災(zāi)害治理方面的效率。但對(duì)于不同的地形,相關(guān)人員必須不斷提高自身的業(yè)務(wù)能力,加強(qiáng)遙感測(cè)繪技術(shù)使用方法的創(chuàng)新。
二、遙感測(cè)繪技術(shù)概述
遙感測(cè)繪技術(shù)通過(guò)遙感設(shè)備接收地球表面物體通過(guò)反射或散射后發(fā)射的電磁波,并通過(guò)這些電磁波發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行測(cè)繪。在衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)時(shí),首選接近圓形,從而保證遙感設(shè)備測(cè)繪后得到的圖像與實(shí)際的比例比較一致。遙感測(cè)繪主要通過(guò)框幅式相機(jī)和CCD攝像機(jī),衛(wèi)星飛行越接近南北極,越能大量獲取地球信息,而當(dāng)和太陽(yáng)越接近,就能獲取地面上不同地區(qū)的圖像,并且這些圖像都具有相似的太陽(yáng)輻射條件,這就為工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比提供了便利。人造衛(wèi)星承載著測(cè)繪儀器在飛行過(guò)程中,飛行方向和軌道相互重疊,獲取重疊的立體影象出現(xiàn)的同時(shí),也可以對(duì)地面點(diǎn)高程和地形進(jìn)行測(cè)繪。其中,紅外遙感中的近紅外波長(zhǎng)約為0.75~3.0μm;遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)為6.1~15.2μm;中紅外波長(zhǎng)為3.1~6.2μm。近紅外具有可采用感光膠片的作用,中紅外和遠(yuǎn)紅外因其可在白晝和黑夜進(jìn)行工作,通常被用于地下水源探測(cè)、生物量探測(cè)、夜間偵查等的工作中。紅外遙感的工作波長(zhǎng)是0.75~14.9μm,它利用其自身的敏感原件測(cè)量地球上物質(zhì)的紅外輻射能量,從而獲得相關(guān)影響并進(jìn)行繪制。比如,圖1中的影像就是通過(guò)遙感測(cè)繪技術(shù)獲得的某水庫(kù)的地質(zhì)情況。而衛(wèi)星遙感主要用于專(zhuān)業(yè)圖像的繪制方面,微波遙感工作波長(zhǎng)為1~1000㎜,利用雷達(dá)、散射計(jì)等發(fā)射微波后可接收來(lái)自地表的回波信號(hào),從而展開(kāi)地面物的探測(cè),它可以全天候工作,隨時(shí)測(cè)繪地球表面以及下淺層物質(zhì)的影像,這是可見(jiàn)光紅外遙感沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。
三、地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)概述
(一)地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)主要有漸變性、季節(jié)性、突發(fā)性等。地質(zhì)災(zāi)害的漸變性,最典型的地質(zhì)災(zāi)害就是水土流失,它是通過(guò)漫長(zhǎng)歲月積累而逐步形成的一類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害??梢哉f(shuō),這類(lèi)災(zāi)害在地質(zhì)活動(dòng)中是無(wú)法避免的,再好的保護(hù)措施也只是對(duì)其形成緩解,水土流失還會(huì)引發(fā)其他地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)繁雜,嚴(yán)重威脅著人們的生活和財(cái)產(chǎn)安全,海嘯、山洪等甚至嚴(yán)重破壞了人類(lèi)生存的家園,很多破壞是不可逆轉(zhuǎn)的。地質(zhì)災(zāi)害的另一個(gè)特點(diǎn)是季節(jié)性,夏天多發(fā)的洪災(zāi)、冬天的雪災(zāi)等,不同的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)地球的破壞程度也不同,地球上很多大型地質(zhì)災(zāi)害都和季節(jié)有關(guān),一些特殊的地質(zhì)環(huán)境由于季節(jié)因素的影響,常常容易發(fā)展成為重大的地質(zhì)災(zāi)害。經(jīng)常長(zhǎng)久探測(cè),相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害在夏季發(fā)生概率最大,種類(lèi)也最多。降雨量無(wú)論多寡都容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,因此,地質(zhì)災(zāi)害也和降雨量有關(guān)。我國(guó)北方降雨量少,所以關(guān)于強(qiáng)降雨的地質(zhì)災(zāi)害比較少,而南方降雨量大,往往更容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。此外,地質(zhì)災(zāi)害還具有突發(fā)性的特點(diǎn),最典型的代表就是地震。這些地質(zhì)災(zāi)害只能小范圍地進(jìn)行探測(cè),具體哪一天會(huì)發(fā)生,人們是無(wú)法預(yù)測(cè)的,一些山體和地質(zhì)相互作用形成的泥石流、滑坡等也是無(wú)法預(yù)測(cè)的,這些地質(zhì)災(zāi)害通常都是突發(fā)的。
(二)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的必要性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)不僅僅用于災(zāi)害發(fā)生前,在災(zāi)害發(fā)生后的監(jiān)測(cè)依然重要。遙感測(cè)繪技術(shù)可對(duì)已經(jīng)被地質(zhì)災(zāi)害破壞的地區(qū)進(jìn)行檢查,相關(guān)人員通過(guò)監(jiān)測(cè)報(bào)告確定災(zāi)害的危險(xiǎn)性,這樣更有利于地質(zhì)災(zāi)害的治理。通過(guò)提前監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害,人們可以對(duì)一些具有季節(jié)性、漸變性的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行提前處理和預(yù)防,進(jìn)而保護(hù)人民的財(cái)產(chǎn)和安全。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的必要性還體現(xiàn)在提前監(jiān)測(cè)到地質(zhì)災(zāi)害,能夠?qū)θ藗兊呢?cái)產(chǎn)和安全進(jìn)行保護(hù),因此,國(guó)家相關(guān)部門(mén)要充分利用一切監(jiān)測(cè)技術(shù),對(duì)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)提前采取預(yù)防措施,最大限度地降低地質(zhì)災(zāi)害對(duì)地球生態(tài)環(huán)境的破壞。
(三)遙感測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害治理中的作用首先,能為抗災(zāi)治災(zāi)應(yīng)急措施創(chuàng)造及時(shí)的信息支持,通過(guò)遙感測(cè)繪技術(shù),相關(guān)人員可以根據(jù)測(cè)繪影像提前分析出地質(zhì)災(zāi)害的類(lèi)型和等級(jí),并通過(guò)影像模型建立,讓救援部隊(duì)及時(shí)掌握災(zāi)害情況,在最短時(shí)間內(nèi)做出有效的救援;其次,能促進(jìn)國(guó)家自然災(zāi)害的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè),通過(guò)遙感測(cè)繪技術(shù),相關(guān)人員能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控國(guó)內(nèi)氣象及衛(wèi)星遙感信號(hào),衛(wèi)星可直接將信息反饋給監(jiān)測(cè)系統(tǒng),從而幫助相關(guān)人員準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害信息。遙感測(cè)繪技術(shù)能夠反映出災(zāi)害地區(qū)的形態(tài)和色調(diào),相關(guān)人員通過(guò)這些信息可以及時(shí)掌握地質(zhì)災(zāi)害的程度、受災(zāi)范圍,從而更準(zhǔn)確地判斷。
四、遙感測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害治理方面的應(yīng)用創(chuàng)新
(一)用于分析災(zāi)害原因相關(guān)人員可利用遙感測(cè)繪技術(shù)及時(shí)探測(cè)到地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的原因,并通過(guò)具體的防護(hù)治理措施對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)管。天氣惡劣時(shí)候最容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害,因此,相關(guān)人員可利用氣象衛(wèi)星遙感測(cè)繪技術(shù)監(jiān)測(cè)不同時(shí)段的降水量,還可以利用遙感測(cè)繪技術(shù)開(kāi)發(fā)地表的衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng),通過(guò)電磁波發(fā)出的信息分析地表和地下的地質(zhì)特征,這樣能夠幫助他們對(duì)地質(zhì)災(zāi)害作出提前預(yù)判。通過(guò)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的管理,能夠及時(shí)保護(hù)人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全,通過(guò)遙感測(cè)繪技術(shù),可以探測(cè)到地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的地質(zhì)情況,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析,能夠推測(cè)出地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的根本原因。
(二)用于災(zāi)區(qū)合理劃分地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性極高,很多災(zāi)害都能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)人們的財(cái)產(chǎn)和生命造成嚴(yán)重破壞,這種破壞力度極強(qiáng)、范圍極廣,比如滑坡、泥石流等。因此,對(duì)這些地質(zhì)災(zāi)害采用遙感測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行探測(cè)分析,可以將災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析,對(duì)信息進(jìn)行總結(jié)、歸納,方便工作人員對(duì)類(lèi)似地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防、檢測(cè)。比如,表1就是工作人員利用遙感測(cè)繪技術(shù)對(duì)某地區(qū)山體滑坡統(tǒng)計(jì)出的受災(zāi)面積等相關(guān)數(shù)據(jù)。工作人員依據(jù)這些數(shù)據(jù),能夠準(zhǔn)確地分析出當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)變化情況,了解地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模和發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí),工作人員可根據(jù)遙感測(cè)繪技術(shù)測(cè)出的數(shù)據(jù),對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行合理劃分,從而對(duì)災(zāi)情進(jìn)行救援以及有針對(duì)性的研究,提高地質(zhì)災(zāi)害的治理效率。
(三)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)通過(guò)遙感測(cè)繪技術(shù),能夠幫助相關(guān)人員根據(jù)圖像顯示的內(nèi)容,對(duì)不同區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害情況和形態(tài)進(jìn)行有效檢測(cè),從而準(zhǔn)確分析災(zāi)情。通過(guò)遙感測(cè)繪技術(shù)測(cè)出的數(shù)據(jù),可以更加明確地分析地質(zhì)災(zāi)害的成因,測(cè)評(píng)災(zāi)害等級(jí),在地質(zhì)災(zāi)害到來(lái)之前建立起嚴(yán)格的防護(hù)系統(tǒng),最大程度地減小災(zāi)害的破壞力度,降低災(zāi)害對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。另外,地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)和防治工作與人們的生活是息息相關(guān)的,目前,相關(guān)人員通過(guò)衛(wèi)星遙感測(cè)繪技術(shù),能夠?qū)Ω鱾€(gè)地區(qū)的降水量實(shí)行全面檢測(cè),還能夠?qū)Ω鞯貐^(qū)的地標(biāo)等進(jìn)行深入探測(cè),從而對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行更深入的分析。這樣,相關(guān)人員就可提前預(yù)防洪水災(zāi)害。目前,我國(guó)在這方面已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)。無(wú)論何種地質(zhì)災(zāi)害都會(huì)嚴(yán)重威脅人們的安全,因此,相關(guān)人員必須要合理利用遙感測(cè)繪技術(shù),對(duì)不同的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。
(四)用于地質(zhì)災(zāi)害治理
1.對(duì)泥石流的治理泥石流發(fā)生后,工作人員很難以航拍的方式對(duì)災(zāi)情作出準(zhǔn)確分析,但是遙感測(cè)繪技術(shù)卻能夠助其準(zhǔn)確測(cè)定災(zāi)害的范圍和受災(zāi)程度,為相關(guān)人員治理泥石流災(zāi)害提供了更多便利,最大程度地減輕泥石流造成的危害。一般而言,泥石流通常是伴隨著滑坡發(fā)生的,這是因?yàn)榛聲?huì)產(chǎn)生大量洪水,繼而形成泥石流,泥石流發(fā)生時(shí)往往會(huì)暴雨交加,因此,遙感測(cè)繪技術(shù)在泥石流治理方面顯得更加重要。
2.對(duì)滑坡災(zāi)害的治理在對(duì)山體滑坡災(zāi)害進(jìn)行治理時(shí),工作人員通過(guò)遙感測(cè)繪技術(shù)對(duì)坐標(biāo)位置和地形展開(kāi)測(cè)量,從而將災(zāi)害信息轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)信息,并將遙感設(shè)備連接計(jì)算機(jī),輕松通過(guò)計(jì)算機(jī)獲取災(zāi)害數(shù)據(jù)。這樣,工作人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出相關(guān)數(shù)據(jù)并整理分析,從而準(zhǔn)確判定滑坡的危害指數(shù)。遙感測(cè)繪技術(shù)在治理滑坡方面比傳統(tǒng)的治理方法更具優(yōu)勢(shì),因?yàn)樗奶綔y(cè)更加準(zhǔn)確且呈現(xiàn)數(shù)據(jù)化。對(duì)于滑坡這種嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害來(lái)說(shuō),其危害性?xún)H次于地震,因此,更需要遙感測(cè)繪技術(shù)的支持,讓相關(guān)人員預(yù)判滑坡產(chǎn)生的危險(xiǎn),并分析其出現(xiàn)的原因,制定出針對(duì)不同地區(qū)滑坡的治理方案,最大限度地減小滑坡造成的危害和損失。
3.對(duì)水土保持方面的治理
水土保持關(guān)乎我國(guó)生態(tài)資源可持續(xù)發(fā)展,因此,相關(guān)人員必須好好利用遙感測(cè)繪技術(shù)。自然界中重力、風(fēng)力等因素都會(huì)導(dǎo)致水土流失,小范圍的水土流失雖然不會(huì)造成嚴(yán)重的人身財(cái)產(chǎn)危害,但是,如果不及時(shí)控制這類(lèi)小范圍的水土流失,后果也會(huì)很?chē)?yán)重。預(yù)防水土流失有利于控制滑坡、泥石流的產(chǎn)生,因?yàn)檫@些都是水土流失的后遺癥。遙感測(cè)繪技術(shù)在治理水土流失方面可大大節(jié)約人力、物力,幫助相關(guān)人員第一時(shí)間掌握水土流失的數(shù)據(jù)資料,并幫助他們更快地計(jì)算出土壤坡面流失情況,從而采取有效的應(yīng)對(duì)和治理措施,更好地保障人們的生產(chǎn)和生活。
五、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,地質(zhì)災(zāi)害治理工作非常艱巨,相關(guān)人員必須不斷精進(jìn)自身的業(yè)務(wù)能力,準(zhǔn)確了解地質(zhì)災(zāi)害的形成原因和區(qū)域,制定完整的治理措施。遙感測(cè)繪技術(shù)在滑坡、泥石流、水土保持等地質(zhì)災(zāi)害的治理監(jiān)測(cè)中能夠發(fā)揮很好的作用,這項(xiàng)技術(shù)可用于地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警、監(jiān)測(cè)、評(píng)估等方面,為相關(guān)技術(shù)人員治理地質(zhì)災(zāi)害開(kāi)創(chuàng)了新的局面。相關(guān)人員應(yīng)利用遙感測(cè)繪技術(shù),加大對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)力度,同時(shí)不斷創(chuàng)新這項(xiàng)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害治理方面的應(yīng)用,通過(guò)不斷探索和研發(fā),最大限度地優(yōu)化和改革地質(zhì)災(zāi)害的治理工作。
作者:趙珽 劉文 單位:青海省第三地質(zhì)勘查院 青海省第二地質(zhì)勘查院
地質(zhì)條件分析3
2021年1月~8月,江西省共接到地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)(險(xiǎn))情報(bào)告191起,造成直接經(jīng)濟(jì)損失549.62萬(wàn)元。災(zāi)害類(lèi)型包括,滑坡、泥石流、崩塌和地面塌陷等,災(zāi)害規(guī)模分中型和小型[1]。其中大部分是由于不規(guī)范煤礦開(kāi)采、隨意土方開(kāi)挖、生態(tài)植被破壞等行為導(dǎo)致的地質(zhì)生態(tài)環(huán)境變異,造成采空坍塌、山體開(kāi)裂、水土流失,繼而發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害[2]。地質(zhì)災(zāi)害普遍存在爆發(fā)周期短、破壞性強(qiáng)、成因復(fù)雜等特點(diǎn),傳統(tǒng)測(cè)繪和監(jiān)測(cè)方法無(wú)法做到時(shí)效性和直觀(guān)性的有效統(tǒng)一,在地質(zhì)災(zāi)害突發(fā)時(shí)難以為災(zāi)情動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和提供有效保障[3]。無(wú)人機(jī)依靠其非接觸特性和靈活性,可以深入受災(zāi)區(qū)域,利用傾斜攝影技術(shù)為地災(zāi)應(yīng)急提供快速、可靠、直觀(guān)的三維模型數(shù)據(jù)[4],實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理、地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估等任務(wù),為災(zāi)后重建提供基礎(chǔ)地理信息依據(jù)。無(wú)人機(jī)航攝綜合運(yùn)用了無(wú)人機(jī)飛行器、遙感、數(shù)據(jù)傳輸、GPS定位等技術(shù),憑借這些技術(shù)使無(wú)人機(jī)遙感可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)獲取大量的空間地理信息,并對(duì)這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析。無(wú)人機(jī)遙感以無(wú)人機(jī)作為空中平臺(tái),使用遙感傳感器獲取信息,使用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行分析處理,并按一定精度要求制作成圖像[5]。目前,無(wú)人機(jī)根據(jù)空中平臺(tái)搭載的數(shù)據(jù)傳感器不同,可將無(wú)人機(jī)航攝分為普通攝影測(cè)量、傾斜攝影測(cè)量和激光雷達(dá)測(cè)量。地災(zāi)點(diǎn)一般發(fā)生在山區(qū),傳統(tǒng)的航空攝影技術(shù)對(duì)機(jī)場(chǎng)和天氣等條件的依賴(lài)性很大,因此作業(yè)成本較高,且航攝周期也較長(zhǎng)。無(wú)人駕駛飛行器尺寸小巧,攜帶方便,機(jī)動(dòng)性強(qiáng),且作業(yè)時(shí)對(duì)起飛場(chǎng)地依賴(lài)性小。無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)迅速、飛行準(zhǔn)備時(shí)間短、飛行速度快并能迅速抵達(dá)監(jiān)控范圍,運(yùn)用傾斜拍攝技術(shù),在短距離內(nèi)為救援人員提供了迅速、安全、直·131·觀(guān)的三維實(shí)景數(shù)據(jù)模型。傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害解譯是利用遙感影像簡(jiǎn)歷遙感解譯標(biāo)志,進(jìn)行人工判讀解譯,影像質(zhì)量對(duì)解譯精度有直接的影響;三維實(shí)景數(shù)據(jù)模型能直觀(guān)重現(xiàn)地質(zhì)點(diǎn)原貌,為地質(zhì)災(zāi)害解譯提供三維實(shí)景數(shù)據(jù)模型。
1無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用實(shí)例
1.1無(wú)人機(jī)航攝流程
(1)準(zhǔn)備工作收集航測(cè)區(qū)域的相關(guān)資料,研判影響飛行的主要要素的情況;進(jìn)行實(shí)地踏勘,收集現(xiàn)場(chǎng)地理環(huán)境及地貌特征;野外踏勘后,利用航測(cè)區(qū)域的高分辨影像,結(jié)合野外踏勘獲取的正射影像,對(duì)于航測(cè)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)、分塊討論,明確飛行基本參數(shù)和制定軌跡航線(xiàn),繪制分區(qū)測(cè)量的線(xiàn)劃圖。航攝分區(qū)盡可能為矩形,航線(xiàn)沿矩形區(qū)域長(zhǎng)邊方向敷設(shè),實(shí)際飛行范圍應(yīng)超出任務(wù)范圍外一個(gè)航帶。(2)像控點(diǎn)測(cè)量根據(jù)測(cè)區(qū)影像和踏勘結(jié)果,內(nèi)業(yè)就可以將像控點(diǎn)的數(shù)量和圖上分布位置進(jìn)行布設(shè),并優(yōu)化像控點(diǎn)分布。野外像控點(diǎn)布設(shè)后,使用RTK進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量,保證RTK的坐標(biāo)系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)一致,像控點(diǎn)布設(shè)和像控點(diǎn)測(cè)量可以同步進(jìn)行。(3)航空攝影內(nèi)業(yè)必須根據(jù)成圖精度要求、航測(cè)區(qū)域特征等因素,對(duì)航向重疊率,旁向重疊率,飛行具體區(qū)域等進(jìn)行設(shè)計(jì),其中分區(qū)內(nèi)地形高差小于1/2航高,航向重疊度大于75%,旁向重疊度大于40%。在充分考慮航測(cè)區(qū)域地理位置、氣象氣候等因素影響的前提下,進(jìn)行外業(yè)進(jìn)行航攝測(cè)量。(4)內(nèi)業(yè)成圖航攝相片在現(xiàn)場(chǎng)初步整理和檢查的基礎(chǔ)上,需進(jìn)行預(yù)處理校正。利用處理軟件ContextCaptureCenterMaster進(jìn)行空三加密。包括添加點(diǎn)云數(shù)據(jù),添加連接點(diǎn)和控制點(diǎn),根據(jù)需求可生產(chǎn)DOM、DSM、DEM和三維數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)。(5)圖像解譯根據(jù)項(xiàng)目需要,對(duì)三維數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像解譯,從三維數(shù)據(jù)模型上可識(shí)別目標(biāo),定性、定量地提取出目標(biāo)的分布、結(jié)構(gòu)、功能等有關(guān)信息,也可進(jìn)行包括坐標(biāo)、高程、高度、長(zhǎng)度、面積、體積、角度等的參數(shù)量測(cè)。
1.2應(yīng)用實(shí)例
(1)項(xiàng)目區(qū)概況樂(lè)平市鸕鶿鄉(xiāng)位于樂(lè)平市東南腹地,山地眾多,饒河水系樂(lè)安河穿境而過(guò),煤炭等礦產(chǎn)資源豐富,由此引發(fā)的不穩(wěn)定地質(zhì)因素長(zhǎng)期存在,汛期極易引發(fā)滑坡、泥石流、崩岸等地質(zhì)災(zāi)害,屬地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)。2021年6月,由于連續(xù)降雨,鸕鶿鄉(xiāng)政府組織相關(guān)部門(mén)對(duì)轄區(qū)內(nèi)相關(guān)山區(qū)、陡坡等重點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地段進(jìn)行了排查,共查明10余處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn),并現(xiàn)場(chǎng)豎立警示牌及劃定避災(zāi)點(diǎn)。為研究鸕鶿鄉(xiāng)倪家塢村大唐塢組地災(zāi)點(diǎn)對(duì)附近房屋及村莊的影響,鄉(xiāng)政府決定對(duì)倪家塢村大唐塢組進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝。(2)無(wú)人機(jī)航攝情況受當(dāng)?shù)卣?,航攝作業(yè)團(tuán)隊(duì)采用傾斜攝影測(cè)量無(wú)人機(jī)開(kāi)展受災(zāi)區(qū)域的災(zāi)情測(cè)量工作。六旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)采用折疊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),搭配一個(gè)垂直和四個(gè)傾斜鏡頭的五鏡頭組合,傾斜相機(jī)的角度在20°~30°之間,相機(jī)型號(hào)為SONYILCE-QX1。綜合考慮航攝區(qū)地形起伏情況、交通條件以及植被覆蓋等,規(guī)劃航線(xiàn)18條,如圖2、表1所示。本次航攝像控點(diǎn)共9個(gè),均勻分布在航攝區(qū)內(nèi),隨機(jī)選取檢核點(diǎn)2個(gè);共飛行2架次,拍攝影像數(shù)量1535張,航攝覆蓋面積為0.29km2。(3)成果及解譯通過(guò)ContextCaptureCenterMaster處理軟件,可直接對(duì)地災(zāi)點(diǎn)三維模型進(jìn)行包括坐標(biāo)、高程、高度、長(zhǎng)度、面積、體積、角度等的量測(cè)。航攝區(qū)域檢測(cè)發(fā)現(xiàn)地災(zāi)點(diǎn)一處,具體參數(shù)為坡向340°,坡度約70°,坡寬45m,坡高6m,自然斜坡高度50m,坡度約35°,規(guī)模為95m3,根據(jù)相關(guān)信息,判定此處地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模為滑坡中型。同時(shí)運(yùn)用遙感影像解譯技術(shù)可獲取地災(zāi)點(diǎn)位于山腳下,成因?yàn)榍衅陆ǚ?。地?zāi)點(diǎn)植被已破壞,主要災(zāi)害類(lèi)型為滑坡,局部因強(qiáng)降雨發(fā)生泥土滑坡,承災(zāi)體為2棟磚混民房。當(dāng)前滑坡體為不穩(wěn)定狀態(tài),變化趨勢(shì)不穩(wěn)定,在強(qiáng)降雨情況下,有繼續(xù)發(fā)生滑坡的可能。具體地災(zāi)點(diǎn)信息如表2所示。
2精度分析
通常傾斜攝影三維模型的建模精度與影像分辨率直接相關(guān),一般建模精度為影像分辨率1/3左右。為了驗(yàn)證模型的精度,利用GPSRTK在測(cè)區(qū)外業(yè)實(shí)地測(cè)量隨機(jī)選取8組檢核點(diǎn),并從實(shí)景三維模型中提取對(duì)應(yīng)檢核點(diǎn)模型坐標(biāo),根據(jù)中誤差計(jì)算公式分別計(jì)算其平面及高程中誤差,具體誤差如表3所示。根據(jù)《1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量數(shù)字化測(cè)圖規(guī)范》(GBT15967-2008)要求,1∶500的平面中誤差限差為0.3m,1∶500的高程中誤差限差為0.2m,所以本項(xiàng)目航攝成果能夠滿(mǎn)足1∶500比例尺測(cè)圖要求。
3結(jié)語(yǔ)
無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)已日趨成熟,通過(guò)對(duì)樂(lè)平市鸕鶿鄉(xiāng)倪家塢村大唐塢組地災(zāi)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝應(yīng)用實(shí)例研究充分證明了傾斜攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用中的可行性及可靠性,無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害,提高了災(zāi)情的監(jiān)測(cè)能力,提升了預(yù)警監(jiān)測(cè)水平,豐富了地質(zhì)災(zāi)害防治數(shù)據(jù)來(lái)源,可為突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害提供災(zāi)情的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),并能為應(yīng)急處置提供有效保障。
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作者:聶飛 徐貴興 單位:江西省地質(zhì)局地理信息工程大隊(duì)