基于无人机倾斜摄影技术的海州矿西南帮三维模型的建立

（阜新市生态环境建设投资(集团)有限公司，辽宁 阜新 123000）

在传统地质环境治理领域，通常以二维的平面图、剖面图来表达，这种方式显示的信息不充分，缺乏直观感。随着测量、数字、计算机图形学的发展，地质环境治理领域逐渐向三维化、可视化发展。首先通过无人机航拍自带有GPS数据信息的照片，然后应用Smart 3D软件运算生成基于真实影像的超高密度点云，并以此生成基于真实影像位纹理的高分辨率三维模型。三维模型能够准确、直观反映治理矿山边坡现状。国外在这方面的研究发展很快，并已经开发出许多商业软件。

1 海州矿西南帮

海州露天矿位于阜新市区中心，在新中国成立后第一座大型露天采矿场，于1953年7月1日正式投产，2005年7月1日闭坑。经过50多年大规模开采，形成了东西长3.9公里，南北宽1.8公里，深约350米的城市“伤疤”，也成为了地质环境破坏的“重灾区”，矿区地质环境状况十分恶劣，严重影响着周边人民群众的生命、财产安全。

由于地质边坡的表层残留矿体、边坡深部采空区及巷道塌陷、坡脚残矿的采取等多方面因素影响，海州矿西南帮边坡目前已无法满足原设计边坡坡角，南帮西部边坡角主要在40°至45°之间，边坡多级平盘已不存在，边坡中部挖损严重，同时矿井在以往开采活动对项目区边坡的稳定产生了严重影响。本次工程对海州矿西南帮边坡进行治理。

图1 海州矿位置图

2 Smart 3D软件

通过无人机倾斜摄影技术能够获取海州矿西南帮边坡的表面高低起伏等纹理细节。航摄影像图的重叠，为高精度影像进行匹配奠定了基础，同时分层显示技术和纹理映射技术的融合，极大的提升了海州矿西南帮边坡的建模速度。

Smart 3D软件通过无人机航拍自带有GPS数据信息的照片，基于高性能摄影测量、计算机视觉与计算几何算法，进行三维模型构建，生成具有高分辨率的真实三维模型。整个处理过程不需要人工干预，通常可以在数小时的时间内完成数据处理。其在实用性、稳定性、可计算性、互动性等方面有优势，其先进性在于不同于传统技术仅仅依靠高程生成的缺少侧面等结构的2.5维模型，Smart 3D软件可运算生成基于真实影像的超高密度点云，并以此生成基于真实影像位纹理的高分辨率三维模型。对真实场景在原始影像分辨率下的全要素级别的还原达到了无限接近真实的准确，无需依赖昂贵且低效率的激光点云扫描系统或POS定位系统，仅仅依靠简单连续的二维影像，就能还原出最真实的三维模型。

3 海州矿西南帮三维模型生成

无人机飞行前利用Google Earth设定海州矿西南帮区域，并保存为KMZ格式，飞行时直接导入KMZ文件，即可获得飞行区域；对海州矿西南帮进行参数设定，并进行航线规划；将规划航线上传至无人机，并开始摄影。通过摄影的预处理、相机高精度检测、影像匹配、自动空中三角测量、DSM/DEM的自动提取、DOM的生成与无缝拼接等技术，通过Smart 3D软件，生成海州矿西南帮区域三维模型。

图2 海州矿西南帮三维模型图

4 海州矿西南帮三维模型的应用

以无人机为飞行平台，搭载传感器，从倾斜及垂直角度对目标区域进行摄影，以获得海州矿西南帮地物信息，并通过Smart 3D软件对其进行三维建模。海州矿西南帮三维模型能准确真实反映边坡实际情况，设计过程中设计人员根据工作需要，对三维模型进行切割，计算工作量。也可以在施工过程中，进一步优化施工方案。

图3 海州矿西南帮三维模型图的应用