基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的海州礦西南幫三維模型的建立

（阜新市生態(tài)環(huán)境建設(shè)投資(集團(tuán))有限公司，遼寧 阜新 123000）

在傳統(tǒng)地質(zhì)環(huán)境治理領(lǐng)域，通常以二維的平面圖、剖面圖來表達(dá)，這種方式顯示的信息不充分，缺乏直觀感。隨著測(cè)量、數(shù)字、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，地質(zhì)環(huán)境治理領(lǐng)域逐漸向三維化、可視化發(fā)展。首先通過無人機(jī)航拍自帶有GPS數(shù)據(jù)信息的照片，然后應(yīng)用Smart 3D軟件運(yùn)算生成基于真實(shí)影像的超高密度點(diǎn)云，并以此生成基于真實(shí)影像位紋理的高分辨率三維模型。三維模型能夠準(zhǔn)確、直觀反映治理礦山邊坡現(xiàn)狀。國(guó)外在這方面的研究發(fā)展很快，并已經(jīng)開發(fā)出許多商業(yè)軟件。

1 海州礦西南幫

海州露天礦位于阜新市區(qū)中心，在新中國(guó)成立后第一座大型露天采礦場(chǎng)，于1953年7月1日正式投產(chǎn)，2005年7月1日閉坑。經(jīng)過50多年大規(guī)模開采，形成了東西長(zhǎng)3.9公里，南北寬1.8公里，深約350米的城市“傷疤”，也成為了地質(zhì)環(huán)境破壞的“重災(zāi)區(qū)”，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境狀況十分惡劣，嚴(yán)重影響著周邊人民群眾的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

由于地質(zhì)邊坡的表層殘留礦體、邊坡深部采空區(qū)及巷道塌陷、坡腳殘礦的采取等多方面因素影響，海州礦西南幫邊坡目前已無法滿足原設(shè)計(jì)邊坡坡角，南幫西部邊坡角主要在40°至45°之間，邊坡多級(jí)平盤已不存在，邊坡中部挖損嚴(yán)重，同時(shí)礦井在以往開采活動(dòng)對(duì)項(xiàng)目區(qū)邊坡的穩(wěn)定產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。本次工程對(duì)海州礦西南幫邊坡進(jìn)行治理。

圖1 海州礦位置圖

2 Smart 3D軟件

通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)能夠獲取海州礦西南幫邊坡的表面高低起伏等紋理細(xì)節(jié)。航攝影像圖的重疊，為高精度影像進(jìn)行匹配奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)分層顯示技術(shù)和紋理映射技術(shù)的融合，極大的提升了海州礦西南幫邊坡的建模速度。

Smart 3D軟件通過無人機(jī)航拍自帶有GPS數(shù)據(jù)信息的照片，基于高性能攝影測(cè)量、計(jì)算機(jī)視覺與計(jì)算幾何算法，進(jìn)行三維模型構(gòu)建，生成具有高分辨率的真實(shí)三維模型。整個(gè)處理過程不需要人工干預(yù)，通常可以在數(shù)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)處理。其在實(shí)用性、穩(wěn)定性、可計(jì)算性、互動(dòng)性等方面有優(yōu)勢(shì)，其先進(jìn)性在于不同于傳統(tǒng)技術(shù)僅僅依靠高程生成的缺少側(cè)面等結(jié)構(gòu)的2.5維模型，Smart 3D軟件可運(yùn)算生成基于真實(shí)影像的超高密度點(diǎn)云，并以此生成基于真實(shí)影像位紋理的高分辨率三維模型。對(duì)真實(shí)場(chǎng)景在原始影像分辨率下的全要素級(jí)別的還原達(dá)到了無限接近真實(shí)的準(zhǔn)確，無需依賴昂貴且低效率的激光點(diǎn)云掃描系統(tǒng)或POS定位系統(tǒng)，僅僅依靠簡(jiǎn)單連續(xù)的二維影像，就能還原出最真實(shí)的三維模型。

3 海州礦西南幫三維模型生成

無人機(jī)飛行前利用Google Earth設(shè)定海州礦西南幫區(qū)域，并保存為KMZ格式，飛行時(shí)直接導(dǎo)入KMZ文件，即可獲得飛行區(qū)域；對(duì)海州礦西南幫進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并進(jìn)行航線規(guī)劃；將規(guī)劃航線上傳至無人機(jī)，并開始攝影。通過攝影的預(yù)處理、相機(jī)高精度檢測(cè)、影像匹配、自動(dòng)空中三角測(cè)量、DSM/DEM的自動(dòng)提取、DOM的生成與無縫拼接等技術(shù)，通過Smart 3D軟件，生成海州礦西南幫區(qū)域三維模型。

圖2 海州礦西南幫三維模型圖

4 海州礦西南幫三維模型的應(yīng)用

以無人機(jī)為飛行平臺(tái)，搭載傳感器，從傾斜及垂直角度對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行攝影，以獲得海州礦西南幫地物信息，并通過Smart 3D軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模。海州礦西南幫三維模型能準(zhǔn)確真實(shí)反映邊坡實(shí)際情況，設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員根據(jù)工作需要，對(duì)三維模型進(jìn)行切割，計(jì)算工作量。也可以在施工過程中，進(jìn)一步優(yōu)化施工方案。

圖3 海州礦西南幫三維模型圖的應(yīng)用