基于傾斜攝影的礦山實景建模特征快速提取技術研究

黎景良

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

北斗定位系統的廣泛應用推動了我國實時動態定位技術的快速發展，與此同時促進了傾斜攝影技術的廣泛應用。隨著現代化科學技術的發展，“三維礦山”“智慧礦山”等應用而生，能夠有效的獲取礦山實景建模，進而指導礦山找礦勘查工作[1]。鑒于此，本文以傾斜攝影測量數據為基礎，分析在礦山實景建模特征快速提取技術中的應用，為推動礦山實景建模發展提供參考。

1 基本原理技術主要技術

1.1 傾斜攝影測量技術

傾斜攝影測量技術在傳統的垂直攝影測量技術上發展起來的，是基于實時動態定位技術、圖像融合處理技術、無人機技術和大數據處理技術于一體的現代化攝影測量技術。傾斜攝影測量技術有效地避免了垂直攝影測量技術僅能獲得垂直方向信息的缺陷，能夠較好的反映側面紋理信息，為礦山實景建模提供了基礎[2]。其中，傾斜攝影測量技術在礦山實景建模特征快速提取技術中的主要內容包括原始影像數據獲取、數據預處理、空中三角加密、DSM、DOM以及三維實景場景制作等（圖1）。

圖1 傾斜攝影在礦山實景建模中的技術路線

1.2 礦山實景建模生產流程

傾斜攝影測量技術在礦山實景模型制作中的應用優勢主要體現在以下幾個方面：①獲取影像數據效率高，傾斜攝影測量能夠在較短的時間內獲得較大面積的影像數據，與傳統的測量技術相比，其效率高，成本低；②精度高，該技術實現了多角度、多方位獲取礦山影像數據的目的，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，所獲影像數據的信息更加全面，彌補了垂直攝影測量技術的缺陷。

傾斜攝影測量在礦山實景建模特征快速提取方面的應用主要體現在原始影像數據獲取、數據預處理、空中三角加密、DSM、DOM以及三維實景場景制作等的方面，其實景建模流程見圖2。

圖2 礦山實景建模生產流程示意圖

2 礦山實景建模特征快速提取技術

2.1 原始數據信息的提取

原始數據信息的提取是實景三維建模的基礎，本文所使用的無人機型號為HO1300型，航攝儀采用南方測繪生產的傾斜航攝儀，其精度滿足礦山實景建模的基本需求。原始數據信息的獲取主要分為以下幾個步驟：①航飛計劃編制，應根據測繪區域的氣候條件、地形地貌等確定；②原始數據的攝影過程，應按照旁向重疊度、航向重疊度等嚴格進行；③攝影數據的檢查，查看攝影數據的質量是否滿足測量精度要求，若所獲數據遮擋等嚴重，應及時補測；④根據POS數據對影像數據進行預處理，進而獲取處理后的影像數據，作為后續操作的基礎數據。

2.2 空中三角加密測量

原始數據經過預處理后無法直接進行實景建模特征的快速提取，還需要進行空中三角加密測量處理。空中三角加密處理是以POS數據為初始方位元素經過多基線多特征匹配技術而解決影像數據中因遮擋等問題造成的“留白”問題，能夠獲得更加精準的三維空間數據，對進一步生產礦山實景模型提供了基礎，同時為提高實景模型的精度奠定了基礎。

2.3 密集點云數據的提取

密集點云數據是構建礦山實景模型的基礎，在完成多視角聯合空中三角加密測量的基礎上，進一步根據多視角密集匹配流程等獲得礦山建模區域的密集點云數據，進一步通過點云數據的提取、優化、合并以及光滑處理等生產出DSM數據，就可實現礦山實景模型的制作[3，4]。密集點云數據的提取是以POS數據中的方位元素為基礎通過特征匹配、逐像素級匹配等方式獲得高密度的DSM數據，進而將不同影像數據的DSM數據進行單元素融合，最終獲得坐標系統等統一的DSM數據，為進一步生成礦山實景模型提供基礎。

2.4 紋理信息的提取

根據上文操作流程獲得多視角聯合空中三角加密測量的影像數據后就具備了構建實景模型的基礎，而密集點云數據的提取則是生成實景模型的前提。在密集點云數據生產過程中，紋理信息的提取是反映礦山地形地貌側面特征的基礎。因此，紋理信息的提取一般采用單模型點云提取的方式進行，也就是說將需要建模的區域分割成若干個不同規模的子區塊，對子區塊進行紋理影像數據的匹配和紋理貼附[3]。在完成紋理信息提取后，所生成的實景模型不可避免的存在一些缺陷，需要進一步修正，如部分水面、模型邊緣細化等問題。

2.5 礦山實景模型精度分析

雖然傾斜攝影測量技術在礦山實景模型制作中具有效率高、成本低和精度高的優勢但是所獲實景模型的精度能否滿足大比例尺礦山對精度的需求還需進一步驗證。本文隨機的在建模區域內選擇36個外業測量點，應用全站儀采用傳統的測量方式進行精度驗證，并與三維模型中的三維坐標進行了對比（表1）。由表1可知：使用傾斜攝影測量技術構件的礦山實景模型具有較高的精度，與傳統測量方法相比，平面和高程中誤差分別為4.52cm/4.74cm，說明該技術所獲實景模型的精度完全滿足大比例尺礦山對實景模型精度的基本要求。

3 結語

綜上所述，傾斜攝影測量技術在礦山實景建模中具有明顯的應用優勢，與傳統的建模方式相比，該方法具有效率高、成本低、精度高和自動化程度高的優勢，對推動“三維礦山”建設等意義重大。本文著重從原始數據獲取、空中三角加密測量、密集點云數據提取和紋理提取等方面分析了提取技術，最后對建模精度進行了分析，結果表明該技術所獲實景模型的精度完全滿足大比例尺礦山對實景模型精度的基本要求。