賀新慧

（河北省地礦局第四地質(zhì)大隊，河北 承德 067000）

礦山開采的安全一直都是社會和相關(guān)領(lǐng)域研究人員重點關(guān)注的問題，因此我國各級相關(guān)的管理部門對于礦山的安全生產(chǎn)也高度重視。但是在目前的實際工作中，對于礦山地形圖的測繪工作來說，對建立的模型進行數(shù)字化能夠突破傳統(tǒng)地形圖繪制時需要實地調(diào)繪的限制，且不需要借助立體眼鏡來觀測模擬立體模型，打破了在繪制過程中的局限[1]。近年來傾斜攝影測量技術(shù)飛速發(fā)展，在礦山數(shù)字三維建模方面的應(yīng)用更加廣泛，目前對于礦山的視景三維模型進行矢量數(shù)字化具有重大的意義。傳統(tǒng)測繪技術(shù)中，模型由于一些原因會產(chǎn)生一些誤差，導(dǎo)致測繪精度較低，因此本文設(shè)計一種基于傾斜攝影實景三維模型的礦山地形圖測繪技術(shù)。

1 基于傾斜攝影實景三維模型的礦山地形圖測繪技術(shù)分析

1.1 傾斜攝影實景三維建模

與傳統(tǒng)的攝影測量相比，傾斜攝影實景三維建模的生產(chǎn)成本更低，建模速度快，能夠達(dá)到野外測量無法到達(dá)的區(qū)域。在傾斜攝影建模過程中，首先建立不同像片之間的連接關(guān)系，使用SIFT特征匹配算法，檢測圖像，生成SIFT特征描述符，完成SIF特征向量的匹配。在數(shù)據(jù)處理過程中，傾斜攝影測量得到的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)一般會采用光束法，在區(qū)域網(wǎng)之間使用不同觀測手段得到的兩種數(shù)據(jù)進行聯(lián)合平差，通過前方交會和后方交會，通過控制點的坐標(biāo)求解像片外方位元素和加密點地面坐標(biāo)近似值，逐點建立誤差方程的法方程，求解像片外方位元素，前方交會計算加密點坐標(biāo)，完成空中三角測量[2]。通過多視影像密集匹配技術(shù)生成密集點云，并構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，將礦山的每個物體通過構(gòu)建的三角網(wǎng)完成真?zhèn)€模型的構(gòu)建。當(dāng)?shù)V山的地物比較復(fù)雜時，為了真實還原模型與地面之間的相似度，可以增加三角網(wǎng)的密集程度來達(dá)到反應(yīng)真實地物結(jié)構(gòu)的目的。在完成三維建模后，通過紋理映射進行表面的紋理賦予，就是將三維物體表面映射二維空間點對應(yīng)的顏色，得到復(fù)合人眼視覺的真實色彩模型。

1.2 糾正畸變差

圖1 傾斜攝影相機畸變模型

在三維建模的過程中，一些步驟中會出現(xiàn)誤差，影像預(yù)處理能夠控制圖像噪聲，減少誤差的傳播，也是傾斜攝影圖像處理的重要步驟?；儾钪饕譃橄到y(tǒng)性誤差和隨機性誤差，系統(tǒng)性誤差一般是由于光學(xué)畸變和相機內(nèi)部的產(chǎn)生的機械誤差，可以概括為徑向畸變誤差、切向畸變誤差和機械畸變誤差；隨機性誤差一般是由于相機內(nèi)部的電荷藕原件和電信號不穩(wěn)定引起的，可以概括為視頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字影像時產(chǎn)生的錯動誤差、影像的奇數(shù)行和偶數(shù)行之間的錯位誤差和時鐘頻率不穩(wěn)導(dǎo)致的采樣間隔誤差。相機鏡頭產(chǎn)生的誤差一般都為非線性，畸變的發(fā)生模型如圖所示。

上圖中，虛線表示沒有發(fā)生畸變的情況下的理論模型，實線為產(chǎn)生畸變后的實際模型。上圖中的圖（1）表示桶型畸變模型，表明除了主點沒有變動，其余所有的點均向主點靠攏；圖（2）表示枕型畸變模型，表明除了主點沒有變動，其余所有的點均遠(yuǎn)離主點進行擴張。為了避免傾斜攝影相機鏡頭畸變產(chǎn)生誤差，誤差導(dǎo)致傳播后期圖像處理精度過低，需要通過相機校檢獲取相機的內(nèi)方位元素、光學(xué)畸變參數(shù)和面陣變形參數(shù)，并通過修改參數(shù)值等方法完成鏡頭畸變差的糾正。

1.3 布設(shè)像控點

在礦山地形測繪的過程中，測區(qū)內(nèi)的測量控制點會參與到后期的空中三角測量中。并利用控制點的坐標(biāo)進行光束法區(qū)域網(wǎng)的平差計算。因此像控點的布設(shè)位置、布設(shè)數(shù)量以及平面位置的高程測量會直接影響空中的三角測量，間接影響測繪的精度。像控點的布設(shè)方案需要根據(jù)測試的實際情況來具體問題具體分析，遵守均勻布設(shè)控制點的原則，傳統(tǒng)的測繪方法中，控制點在控制網(wǎng)中的密度越大，生成的測繪產(chǎn)品精度就越高。但是本文使用的是光束法區(qū)域網(wǎng)的平差，就大大減少了對像控點數(shù)量上的依賴。如果測區(qū)內(nèi)的控制方案設(shè)置為3個角點時，區(qū)域網(wǎng)的平差精度能夠達(dá)到一個較高的水平，進一步增加像控點的數(shù)量對于提高精度來說，效果并不明顯。因此在確保精度較高的情況下，盡可能降低外業(yè)工作量，這樣才能夠提高無人機傾斜攝影測量的工作效率，并不會降低測繪精度。

因此能夠?qū)ο窨攸c布設(shè)原則和布設(shè)方案做出以下要求：①控制點的布設(shè)位置盡量考慮到覆蓋每張像片；②在平高控制點布設(shè)過程中，需要將控制點的航向間隔設(shè)置為4條航飛基線以下；③在測區(qū)的平行相鄰范圍內(nèi)，控制點基線跨度應(yīng)小于或等于2條基線；控制點布設(shè)在合理的成圖范圍內(nèi)，并且清晰可見，在像片刺點時清晰可見。在本文的測繪技術(shù)中，控制點測量使用的是RTK測量方法，并需要測量控制點坐標(biāo)。在布設(shè)控制點的過程中，需要均勻布設(shè)在村莊的平坦道路上，覆蓋整個測區(qū)。像片刺點主要是指人工準(zhǔn)確的輸入野外測量控制點坐標(biāo)，并與相應(yīng)的像片地物完全對應(yīng)，這些控制點坐標(biāo)需要參與后續(xù)空中三角測量，能夠有效避免刺點粗差，提高測繪的準(zhǔn)確度。至此完成基于傾斜攝影實景三維模型的礦山地形圖測繪技術(shù)的研究。

2 實驗

2.1 實驗測區(qū)概況

為了驗證本文設(shè)計的基于傾斜攝影實景三維模型的礦山地形圖測繪技術(shù)的有效性，需要行進對比實驗。本文實驗測區(qū)選擇了某丘陵地貌的礦區(qū)，測區(qū)的總體地勢為南高北低，屬于中溫帶半干旱型氣候，測區(qū)內(nèi)無嚴(yán)重遮擋。在像控點的布設(shè)方案中，相控點的大地坐標(biāo)如下表所示：

表1 測區(qū)相控點大地坐標(biāo)

本文選取的傾斜攝影無人機為多旋翼無人機，飛行高度為80m，地面分辨率為0.0219，航攝比例尺為1:1000，像元大小為13.2mm＊8.8mm。在上述的實驗條件下，對本文設(shè)計的測繪技術(shù)和傳統(tǒng)的測繪技術(shù)進行精度對比，對檢查點的殘差進行統(tǒng)計分析。

2.2 實驗結(jié)果對比與分析

在上述的實驗條件下，得到本文測繪技術(shù)和傳統(tǒng)測繪技術(shù)的檢查點殘差，如下表所示：

表2 測區(qū)檢查點精度對比分析

根據(jù)上表的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算，能夠得到本文測繪技術(shù)檢查點的平面中誤差為0.03m，高程中誤差為0.12m，傳統(tǒng)測繪方法中檢查點的平面中誤差為0.11m，高程中誤差為0.13m.由此可以看出，本文設(shè)計的測繪方法具有更高的精度。

3 結(jié)束語

科技的高速發(fā)展推動了礦山企業(yè)的重大改革，但是由于礦山地形圖測繪技術(shù)體系的不完整，導(dǎo)致礦山地形圖在測繪的過程中出現(xiàn)一定的精度誤差。針對這種情況，本文設(shè)計了一種基于傾斜攝影實景三維模型的礦山地形圖測繪技術(shù)，對建模和測繪過程中容易出現(xiàn)誤差的環(huán)節(jié)進行了修正，通過實驗結(jié)果表明，設(shè)計的測繪技術(shù)具有更高的精度。