无人机GPR与摄影测量融合技术在采石场 excavation 区域表征中的应用

本研究提出了一种创新方法，用于意大利卡拉布里亚大区Falconara Albanese采石场挖掘区域地下约50米深度的探测。所提出的方法整合了摄影测量、无人机技术和GPR数据采集与处理。摄影测量作为第一步，用于获取整个采石场的3D地形模型重建，有助于详细制定采集方法并合理规划后续无人机勘测。具体而言，两台120 MHz天线安装在无人机上，在采石场上部及其横跨区域采集了两条测线。结果显示存在破碎材料，并证明了该方法在识别更适合铁路道砟生产区域方面的适用性。因此，所提出的方法能够通过相对快速且成本有效的程序检测采石场遗址的亚临界裂缝。研究成果是在工业项目框架内取得的。

无人机GPR与摄影测量融合技术在采石场 excavation 区域表征中的应用——以意大利南部Falconara Albanese为例

英文：A UAV-GPR Fusion Approach for the Characterization of a Quarry Excavation Area in Falconara Albanese, Southern Italy

研究单位

意大利迪雷克塔实验室

摘要

适用于铁路道砟骨料生产的采石场选址表征对采矿行业而言是一项重大挑战。了解当地地质材料中的结构不连续性是指导采矿作业、优化投资和保障采石场安全的基础。本研究提出了一种创新方法，用于意大利卡拉布里亚大区Falconara Albanese采石场挖掘区域地下约50米深度的探测。所提出的方法整合了摄影测量、无人机技术和GPR数据采集与处理。摄影测量作为第一步，用于获取整个采石场的3D地形模型重建，有助于详细制定采集方法并合理规划后续无人机勘测。具体而言，两台120 MHz天线安装在无人机上，在采石场上部及其横跨区域采集了两条测线。结果显示存在破碎材料，并证明了该方法在识别更适合铁路道砟生产区域方面的适用性。因此，所提出的方法能够通过相对快速且成本有效的程序检测采石场遗址的亚临界裂缝。研究成果是在工业项目框架内取得的。

研究区概况

研究区位于意大利南部卡拉布里亚大区Falconara Albanese市镇境内，海拔约650米，地处Paola、Marano Principato、Fiumefreddo Bruzio和S. Lucido等市镇附近的缓坡上。采石场距离第勒尼安海海岸约4公里（直线距离）。

该区域地质多样且复杂，包含从古生代到全新世的三个造山期形成的地层。该地区属于卡拉布里亚弧，这是一个由特提斯原始古地理域衍生出的多个构造单元组成的造山结构。从地球动力学角度看，该区域受活动地壳变形控制，是伊奥尼亚岩石圈向卡拉布里亚弧俯冲的结果。整个区域因此受不同局部对区域运动响应的断裂控制。此外，采石场内挖掘区和收集区并存，增加了地形的复杂性。

基于已发布的地质图和文献，可识别出多种变质岩类型，如麻粒岩、含大理石片麻岩、角闪岩和高级阿尔卑斯变质岩。地质背景还包括中生代碳酸盐岩序列、古生代基底部分（由花岗岩岩基组成）以及多种变质岩。研究区还以花岗岩地层为特征。出露地层分析表明，存在特别适用于道砟骨料的岩石类型。麻粒岩（前阿尔卑斯）和后续的钙质砂岩（中新世）的存在表征了整个采石场区域，证实了该区域作为采石场的适宜性。

对当地岩石物理特性的综合分析显示，以片麻岩和云母片岩为主。片麻岩显示出不发育的劈理，而片岩则以粗粒叶理和伸长矿物的存在为主。云母片岩是具有明确片理、层状晶体习性且黑云母和白云母含量超过50%的叶状变质岩。片岩和片麻岩均属于高级变质作用产物。

图1 研究区地址状况图

数据采集与处理方法

（1）GPR系统

本次勘测采用COBRA Plug-in SE-150单基站天线，搭载于DJI Matrice 600 Pro无人机平台。系统主要参数如下：

表1 COBRA Plug-in SE-150相关参数

参数	规格
天线类型	COBRA Plug-in SE-150单基站（单站配置，发射与接收位于同一位置）
中心频率	124 MHz
带宽	260 MHz
垂直分辨率	27 cm
探测深度	最深40 m（假设花岗岩基底，相对介电常数=5）
数据采集系统	Plug-in GPR系统 + 无线单元，32位实时采样
数据记录	无人机载数据记录器，地面站控制
飞行高度	平均6 m（配备自动地形跟随选项）
采样间隔	3.125 ns
每道采样点数	512 samples
时间窗口	800 ns