黎景良

（1.中煤航測(cè)遙感集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710199；2.中煤數(shù)字科技（廣州）有限公司，廣東 廣州 511400）

北斗定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了我國實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的快速發(fā)展，與此同時(shí)促進(jìn)了傾斜攝影技術(shù)的廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“三維礦山”“智慧礦山”等應(yīng)用而生，能夠有效的獲取礦山實(shí)景建模，進(jìn)而指導(dǎo)礦山找礦勘查工作[1]。鑒于此，本文以傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析在礦山實(shí)景建模特征快速提取技術(shù)中的應(yīng)用，為推動(dòng)礦山實(shí)景建模發(fā)展提供參考。

1 基本原理技術(shù)主要技術(shù)

1.1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在傳統(tǒng)的垂直攝影測(cè)量技術(shù)上發(fā)展起來的，是基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)、圖像融合處理技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)于一體的現(xiàn)代化攝影測(cè)量技術(shù)。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)有效地避免了垂直攝影測(cè)量技術(shù)僅能獲得垂直方向信息的缺陷，能夠較好的反映側(cè)面紋理信息，為礦山實(shí)景建模提供了基礎(chǔ)[2]。其中，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山實(shí)景建模特征快速提取技術(shù)中的主要內(nèi)容包括原始影像數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、空中三角加密、DSM、DOM以及三維實(shí)景場(chǎng)景制作等（圖1）。

圖1 傾斜攝影在礦山實(shí)景建模中的技術(shù)路線

1.2 礦山實(shí)景建模生產(chǎn)流程

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山實(shí)景模型制作中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①獲取影像數(shù)據(jù)效率高，傾斜攝影測(cè)量能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得較大面積的影像數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，其效率高，成本低；②精度高，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多角度、多方位獲取礦山影像數(shù)據(jù)的目的，能夠更加貼切的反映礦山真是的地形地貌特征；③多角度拍攝，所獲影像數(shù)據(jù)的信息更加全面，彌補(bǔ)了垂直攝影測(cè)量技術(shù)的缺陷。

傾斜攝影測(cè)量在礦山實(shí)景建模特征快速提取方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在原始影像數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、空中三角加密、DSM、DOM以及三維實(shí)景場(chǎng)景制作等的方面，其實(shí)景建模流程見圖2。

圖2 礦山實(shí)景建模生產(chǎn)流程示意圖

2 礦山實(shí)景建模特征快速提取技術(shù)

2.1 原始數(shù)據(jù)信息的提取

原始數(shù)據(jù)信息的提取是實(shí)景三維建模的基礎(chǔ)，本文所使用的無人機(jī)型號(hào)為HO1300型，航攝儀采用南方測(cè)繪生產(chǎn)的傾斜航攝儀，其精度滿足礦山實(shí)景建模的基本需求。原始數(shù)據(jù)信息的獲取主要分為以下幾個(gè)步驟：①航飛計(jì)劃編制，應(yīng)根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的氣候條件、地形地貌等確定；②原始數(shù)據(jù)的攝影過程，應(yīng)按照旁向重疊度、航向重疊度等嚴(yán)格進(jìn)行；③攝影數(shù)據(jù)的檢查，查看攝影數(shù)據(jù)的質(zhì)量是否滿足測(cè)量精度要求，若所獲數(shù)據(jù)遮擋等嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)測(cè)；④根據(jù)POS數(shù)據(jù)對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而獲取處理后的影像數(shù)據(jù)，作為后續(xù)操作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 空中三角加密測(cè)量

原始數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后無法直接進(jìn)行實(shí)景建模特征的快速提取，還需要進(jìn)行空中三角加密測(cè)量處理?？罩腥羌用芴幚硎且訮OS數(shù)據(jù)為初始方位元素經(jīng)過多基線多特征匹配技術(shù)而解決影像數(shù)據(jù)中因遮擋等問題造成的“留白”問題，能夠獲得更加精準(zhǔn)的三維空間數(shù)據(jù)，對(duì)進(jìn)一步生產(chǎn)礦山實(shí)景模型提供了基礎(chǔ)，同時(shí)為提高實(shí)景模型的精度奠定了基礎(chǔ)。

2.3 密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)的提取

密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)是構(gòu)建礦山實(shí)景模型的基礎(chǔ)，在完成多視角聯(lián)合空中三角加密測(cè)量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步根據(jù)多視角密集匹配流程等獲得礦山建模區(qū)域的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)一步通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)的提取、優(yōu)化、合并以及光滑處理等生產(chǎn)出DSM數(shù)據(jù)，就可實(shí)現(xiàn)礦山實(shí)景模型的制作[3，4]。密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)的提取是以POS數(shù)據(jù)中的方位元素為基礎(chǔ)通過特征匹配、逐像素級(jí)匹配等方式獲得高密度的DSM數(shù)據(jù)，進(jìn)而將不同影像數(shù)據(jù)的DSM數(shù)據(jù)進(jìn)行單元素融合，最終獲得坐標(biāo)系統(tǒng)等統(tǒng)一的DSM數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步生成礦山實(shí)景模型提供基礎(chǔ)。

2.4 紋理信息的提取

根據(jù)上文操作流程獲得多視角聯(lián)合空中三角加密測(cè)量的影像數(shù)據(jù)后就具備了構(gòu)建實(shí)景模型的基礎(chǔ)，而密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)的提取則是生成實(shí)景模型的前提。在密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中，紋理信息的提取是反映礦山地形地貌側(cè)面特征的基礎(chǔ)。因此，紋理信息的提取一般采用單模型點(diǎn)云提取的方式進(jìn)行，也就是說將需要建模的區(qū)域分割成若干個(gè)不同規(guī)模的子區(qū)塊，對(duì)子區(qū)塊進(jìn)行紋理影像數(shù)據(jù)的匹配和紋理貼附[3]。在完成紋理信息提取后，所生成的實(shí)景模型不可避免的存在一些缺陷，需要進(jìn)一步修正，如部分水面、模型邊緣細(xì)化等問題。

2.5 礦山實(shí)景模型精度分析

雖然傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山實(shí)景模型制作中具有效率高、成本低和精度高的優(yōu)勢(shì)但是所獲實(shí)景模型的精度能否滿足大比例尺礦山對(duì)精度的需求還需進(jìn)一步驗(yàn)證。本文隨機(jī)的在建模區(qū)域內(nèi)選擇36個(gè)外業(yè)測(cè)量點(diǎn)，應(yīng)用全站儀采用傳統(tǒng)的測(cè)量方式進(jìn)行精度驗(yàn)證，并與三維模型中的三維坐標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比（表1）。由表1可知：使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)構(gòu)件的礦山實(shí)景模型具有較高的精度，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，平面和高程中誤差分別為4.52cm/4.74cm，說明該技術(shù)所獲實(shí)景模型的精度完全滿足大比例尺礦山對(duì)實(shí)景模型精度的基本要求。

3 結(jié)語

綜上所述，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山實(shí)景建模中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的建模方式相比，該方法具有效率高、成本低、精度高和自動(dòng)化程度高的優(yōu)勢(shì)，對(duì)推動(dòng)“三維礦山”建設(shè)等意義重大。本文著重從原始數(shù)據(jù)獲取、空中三角加密測(cè)量、密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取和紋理提取等方面分析了提取技術(shù)，最后對(duì)建模精度進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該技術(shù)所獲實(shí)景模型的精度完全滿足大比例尺礦山對(duì)實(shí)景模型精度的基本要求。