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        基于傾斜攝影測量的礦山三維地質(zhì)建模快速構(gòu)建方法研究

        2021-03-08 04:00:06倪小春
        中國金屬通報(bào) 2021年24期
        關(guān)鍵詞:重構(gòu)礦山建模

        倪小春,黃 星

        (江西省新達(dá)地質(zhì)災(zāi)害防治研究院,江西 新余 338000)

        隨著礦山三維地質(zhì)數(shù)字化采礦技術(shù)的發(fā)展,研究礦山三維地質(zhì)建模技術(shù),提高礦山采礦的智慧化水平。結(jié)合傾斜攝影測量技術(shù)和無人機(jī)攝影等技術(shù),建立礦山三維地質(zhì)建模快速構(gòu)建模型,通過圖像三維重構(gòu)技術(shù)和邊緣特征重組技術(shù),進(jìn)行礦山三維地質(zhì)建??焖僦亟M,提取礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的模板特征量,采用彩色重建區(qū)域融合的方法,進(jìn)行礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量,提高礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測繪能力[1]。研究基于傾斜攝影測量的礦山三維地質(zhì)建??焖贅?gòu)建方法,在提高礦山三維地質(zhì)建模的準(zhǔn)確性和地質(zhì)礦山的勘測能力方面具有重要意義。本文提出基于傾斜攝影測量的礦山三維地質(zhì)建??焖贅?gòu)建方法。首先采用傾斜攝影測量的方法進(jìn)行礦山三維地質(zhì)層圖像采集,建立礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的子空間邊界匹配濾波分離模型,進(jìn)行礦山構(gòu)造成圖和構(gòu)造建模,采用三維地質(zhì)建??焖僦貥?gòu)的方法,進(jìn)行工區(qū)數(shù)據(jù)測試,根據(jù)三維重建輪廓區(qū)域的巖性特征分布,進(jìn)行礦山三維地質(zhì)建模的方法的輪廓特征重組,通過傾斜攝影測量和地質(zhì)空間重構(gòu),實(shí)現(xiàn)礦山三維地質(zhì)建模快速構(gòu)建。最后進(jìn)行仿真測試分析,展示了本文方法在提高礦山三維地質(zhì)建模和重構(gòu)能力方面的優(yōu)越性能。

        1 礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量圖像采集及預(yù)處理

        1.1 圖像采集

        傾斜航空攝影是利用傾斜航空相機(jī)獲取地物信息的一種新型航空攝影方式。傾斜航空攝影區(qū)別于傳統(tǒng)的豎直航空攝影方式,傾斜相機(jī)通常采用五個方位進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,分為正攝、前視、后視、左視、右視,配合慣導(dǎo)系統(tǒng)獲取高精度的位置和姿態(tài)信息,通過特定的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將所有影像納入到統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中,傾斜航空攝影。

        (1)真實(shí)性。傾斜影像能讓礦山地質(zhì)測量工作人員從多個角度觀察,更加真實(shí)再現(xiàn)地物的實(shí)際情況,無限接近實(shí)際礦山地質(zhì)情況,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)正射影像的不足。

        (2) 可量測性。傾斜影像通過配套軟件的應(yīng)用,可以直接基于成果影像進(jìn)行高度、長度、面積、角度的量測,實(shí)時獲取數(shù)據(jù)。

        (3)豐富紋理。與傳統(tǒng)垂直影像相比,傾斜影像有它自己獨(dú)特的優(yōu)勢,它能提供豐富的礦山開采區(qū)地質(zhì)信息,即獲取了礦山開采區(qū)表面紋理,對于三維地質(zhì)建模有著深遠(yuǎn)的影響。

        為了實(shí)現(xiàn)基于輪廓特征的礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量信噪比提升拼接技術(shù),首先對礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的邊緣模板進(jìn)行分組檢測,根據(jù)邊緣檢測結(jié)果,通過多尺度空間匹配濾波檢測,采用多重逆掩斷層重組的方法[2],建立礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的角點(diǎn)分割模型,通過地質(zhì)層面和斷層約束控制的方法,進(jìn)行礦山三維地質(zhì)傾斜度測量,得到礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的三維斷層拓?fù)浞植冀Y(jié)構(gòu)。提取礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的極低密度填圖參數(shù),采用模糊度融合匹配算法,構(gòu)建礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量空間特征匹配模型,在多數(shù)元素地球化學(xué)模式下,將礦山三維地質(zhì)傾斜攝影圖像進(jìn)行有效分割。

        根據(jù)上述分析,構(gòu)建礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的圖像采集模型,根據(jù)圖像采集結(jié)果,進(jìn)行礦山的三維地質(zhì)建模[3]。在具體應(yīng)用過程中,將圖像采集情況作為依據(jù),按照如下具體步驟完成對圖像及圖像中礦山三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集。第一步,基于傾斜攝影技術(shù),針對各個需要進(jìn)行檢測的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位,并在一個相同的平行架結(jié)構(gòu)上,安裝多個用于對礦山三維地質(zhì)圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集的傳感器裝置以及用于實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)耐ㄐ叛b置。通過對同一個需要進(jìn)行檢測的節(jié)點(diǎn)在多個維度上的測定,實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)建模所需信息數(shù)據(jù)的獲取。第二步,將所有獲取到的圖像資源和圖像中的數(shù)據(jù)信息資源整合,并生成一個建模軟件能夠識別的文件格式。在該文件當(dāng)中,主要包括圖像、監(jiān)測信息以及監(jiān)測動態(tài)數(shù)據(jù)。同時,為了方便后續(xù)使用,將用于不同構(gòu)建內(nèi)容的圖像和數(shù)據(jù)以PDF或WORD格式完成對數(shù)據(jù)報(bào)告的生成。同時,在進(jìn)行對礦山三維圖像的獲取和對數(shù)據(jù)的采集時,合理利用傾斜攝影測量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對礦山三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的全方位高精度采集,并實(shí)現(xiàn)對礦山三維地質(zhì)的立體成像,以此為后續(xù)三維地質(zhì)模型既其相關(guān)數(shù)據(jù)信息360°無死角展示。

        1.2 圖像特征分析與處理

        根據(jù)礦山地質(zhì)區(qū)域的分布特征和成礦元素含量,采用等離子體質(zhì)譜儀測定的方法,得到礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的暗原色分布集。復(fù)原圖像的邊緣特征分布集,得到礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量內(nèi)部信息的差異度模型,對透射率同質(zhì)區(qū)域進(jìn)行平滑處理,得到礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的模糊區(qū)域信噪比提升拼接特征。

        在確定礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的邊緣輪廓特征檢測輸出內(nèi)容后,將其作為依據(jù),為了避免在生成的模型存在剖面“生硬”問題,可通過引入礦山地質(zhì)專業(yè)技術(shù)的方式,結(jié)合實(shí)際礦山地質(zhì)工作經(jīng)驗(yàn),對其剖面圖進(jìn)行繪制,通過反應(yīng)區(qū)域內(nèi)礦山三維地質(zhì)地表、地信和地貌特征;礦山地下結(jié)構(gòu)特征、地下水運(yùn)動特征等信息的代入,形成一個完整的礦山三維地質(zhì)坡面邊界線數(shù)據(jù)。在上述流程基礎(chǔ)上,通過對圖件進(jìn)行矢量化處理,并完成對地質(zhì)剖面邊界現(xiàn)線的拓?fù)洳铄e,將其中影響最終建模精度的矢量數(shù)據(jù)篩選并去除。再通過對拓?fù)湓靺^(qū)的處理,形成一個矢量的剖面數(shù)據(jù)[4]。在剖面結(jié)構(gòu)上,包含的礦山三維地質(zhì)圖像參數(shù)包括:鉆孔數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)地層表、剖面參數(shù)屬性圖例等。在完成上述一系列內(nèi)容后,為了確保最終模型的構(gòu)建精度,還需要對其進(jìn)行一致性檢查。由于在外部剖面數(shù)據(jù)當(dāng)中存在同一個鉆孔可能由多種不同參數(shù)數(shù)據(jù)顯示的問題,因此針對這一問題,為了實(shí)現(xiàn)對其快速、有效的修改,選擇通過單元格自動生成的方式,針對生成的矢量剖面結(jié)構(gòu)進(jìn)行一致性檢查,其檢查內(nèi)容包括對厚度一致性、屬性一致性、分層界限一致性等內(nèi)容的檢查。在確保上述檢查內(nèi)容均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后,最終得到的地質(zhì)模型才能夠滿足實(shí)際所需。

        2 傾斜攝影測量和地質(zhì)空間重構(gòu)

        利用基于傾斜攝影測量的礦山三維模型所采集的矢量范圍,實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘測信息動態(tài)裁剪,同時結(jié)合矢量信息,將三維模型邏輯單體化,滿足精細(xì)化要求,實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維數(shù)據(jù)、正射影像數(shù)據(jù)綜合管理。將本文所應(yīng)用方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對比,本文所提出的方法可滿足礦產(chǎn)資源監(jiān)測與地質(zhì)空間重構(gòu)的需求。地上實(shí)景三維模型與地下探測相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測量三維立體圖像呈現(xiàn)。

        根據(jù)三維重建輪廓區(qū)域的巖性特征分布,進(jìn)行礦山三維地質(zhì)建模的方法的輪廓特征重組,通過傾斜攝影測量和地質(zhì)空間重構(gòu),根據(jù)花崗斑巖與橋源組地層接觸方法,建立三維重建輪廓序列分布模型[5]。在金屬硫化物的成礦遠(yuǎn)景區(qū),采用匹配濾波方法得到礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量數(shù)值。

        綜上分析,據(jù)三維重建輪廓區(qū)域的巖性特征分布,進(jìn)行礦山三維地質(zhì)建模的方法的輪廓特征重組,通過傾斜攝影測量和地質(zhì)空間重構(gòu),實(shí)現(xiàn)礦山三維地質(zhì)建??焖贅?gòu)建。

        3 仿真實(shí)驗(yàn)測試

        為了驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)礦山三維地質(zhì)建模及重建中的應(yīng)用性能,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試,實(shí)驗(yàn)中取礦山三維地質(zhì)建模的地質(zhì)分布坐標(biāo)見表1。

        表1 礦山三維地質(zhì)建模的地質(zhì)分布坐標(biāo)

        根據(jù)表1的礦山三維地質(zhì)建模的地質(zhì)分布坐標(biāo)分布情況,進(jìn)行礦山三維地質(zhì)建模,得到建模重構(gòu)的參數(shù)解析結(jié)果見表2。

        表2 建模重構(gòu)的參數(shù)解析結(jié)果

        分析表2得知,本文方法能有效實(shí)現(xiàn)建模重構(gòu)的參數(shù)解析,通過傾斜攝影測量和地質(zhì)空間重構(gòu),實(shí)現(xiàn)礦山三維地質(zhì)建??焖贅?gòu)建,參數(shù)測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠,采用Matlab和CAD仿真技術(shù),得到礦山三維地質(zhì)重建圖層分布如圖1所示。

        圖1 礦山三維地質(zhì)重建圖層分布

        分析圖1得知,采用該方法進(jìn)行礦山三維地質(zhì)建模構(gòu)建的精準(zhǔn)度較高,三維圖層的可視化分布效果較好。同時,在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),本文上述提出的構(gòu)建方法在實(shí)際應(yīng)用中,通過引入傾斜攝影測量技術(shù),不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對測量物體的輪廓進(jìn)行精準(zhǔn)定位,同時針對其內(nèi)部各個結(jié)構(gòu)也能夠進(jìn)行更加詳細(xì)的展示,能夠滿足后續(xù)礦山勘察或礦山開采等工作開展使得數(shù)據(jù)需要[6]。而以往采用CAD、3D等相關(guān)輔助型繪圖工具完成對礦山地質(zhì)模型的構(gòu)建后,其精度無法達(dá)到實(shí)際要求,并且只能夠針對部分結(jié)構(gòu)的基本輪廓進(jìn)行定位,無法實(shí)現(xiàn)對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化展現(xiàn)。除此之外,以往在使用各類輔助性的繪圖軟件時,會受到外界干擾因素的影響,并且由于礦山地質(zhì)環(huán)境更加特殊,因此干擾程度也進(jìn)一步增加。這一因素的存在,也使得最終模型構(gòu)建成果與實(shí)際需要進(jìn)行勘查的節(jié)點(diǎn)定位存在嚴(yán)重的偏差[7]。但應(yīng)用傾斜攝影測量后,本文上述構(gòu)建方法并沒有出現(xiàn)這一問題,能夠確保模型當(dāng)中各個紋理、紋路的精度,礦山地質(zhì)環(huán)境當(dāng)中的干擾因素對于本文構(gòu)建方法而言不會造成影響。因此,綜合上述論述得出,本文提出的構(gòu)建方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠在確保模型構(gòu)建精度的基礎(chǔ)上,提高模型的真實(shí)性,并進(jìn)一步提高礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)的利用價(jià)值。對于礦山企業(yè)而言,若在實(shí)際應(yīng)用中,引入本文上述提出的模型構(gòu)建方法,則能夠在實(shí)際層面上滿足礦山地質(zhì)后續(xù)工作開展的需要。

        4 結(jié)語

        結(jié)合傾斜攝影測量技術(shù)和無人機(jī)攝影等技術(shù),建立礦山三維地質(zhì)建??焖贅?gòu)建模型,通過圖像三維重構(gòu)技術(shù)和邊緣特征重組技術(shù),進(jìn)行礦山三維地質(zhì)建模快速重組,本文提出基于傾斜攝影測量的礦山三維地質(zhì)建模快速構(gòu)建方法,提取礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量的極低密度填圖參數(shù),采用模糊度融合匹配算法,構(gòu)建礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量空間特征匹配模型,復(fù)原圖像的邊緣特征分布集,得到礦山三維地質(zhì)傾斜攝影測量內(nèi)部信息的差異度模型,對透射率同質(zhì)區(qū)域進(jìn)行平滑處理,實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。分析得知,本文進(jìn)行三維地質(zhì)傾斜攝影測量及重構(gòu)建模的效果較好。

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