基于倾斜摄影测量的矿山三维地质建模快速构建方法研究

倪小春，黄 星

（江西省新达地质灾害防治研究院，江西 新余 338000）

随着矿山三维地质数字化采矿技术的发展，研究矿山三维地质建模技术，提高矿山采矿的智慧化水平。结合倾斜摄影测量技术和无人机摄影等技术，建立矿山三维地质建模快速构建模型，通过图像三维重构技术和边缘特征重组技术，进行矿山三维地质建模快速重组，提取矿山三维地质倾斜摄影测量的模板特征量，采用彩色重建区域融合的方法，进行矿山三维地质倾斜摄影测量，提高矿山三维地质倾斜摄影测绘能力[1]。研究基于倾斜摄影测量的矿山三维地质建模快速构建方法，在提高矿山三维地质建模的准确性和地质矿山的勘测能力方面具有重要意义。本文提出基于倾斜摄影测量的矿山三维地质建模快速构建方法。首先采用倾斜摄影测量的方法进行矿山三维地质层图像采集，建立矿山三维地质倾斜摄影测量的子空间边界匹配滤波分离模型，进行矿山构造成图和构造建模，采用三维地质建模快速重构的方法，进行工区数据测试，根据三维重建轮廓区域的岩性特征分布，进行矿山三维地质建模的方法的轮廓特征重组，通过倾斜摄影测量和地质空间重构，实现矿山三维地质建模快速构建。最后进行仿真测试分析，展示了本文方法在提高矿山三维地质建模和重构能力方面的优越性能。

1 矿山三维地质倾斜摄影测量图像采集及预处理

1.1 图像采集

倾斜航空摄影是利用倾斜航空相机获取地物信息的一种新型航空摄影方式。倾斜航空摄影区别于传统的竖直航空摄影方式，倾斜相机通常采用五个方位进行数据采集，分为正摄、前视、后视、左视、右视，配合惯导系统获取高精度的位置和姿态信息，通过特定的数据处理软件进行数据处理，将所有影像纳入到统一的坐标系统中，倾斜航空摄影。

（1）真实性。倾斜影像能让矿山地质测量工作人员从多个角度观察，更加真实再现地物的实际情况，无限接近实际矿山地质情况，弥补了传统正射影像的不足。

（2） 可量测性。倾斜影像通过配套软件的应用，可以直接基于成果影像进行高度、长度、面积、角度的量测，实时获取数据。

（3）丰富纹理。与传统垂直影像相比，倾斜影像有它自己独特的优势，它能提供丰富的矿山开采区地质信息，即获取了矿山开采区表面纹理，对于三维地质建模有着深远的影响。

为了实现基于轮廓特征的矿山三维地质倾斜摄影测量信噪比提升拼接技术，首先对矿山三维地质倾斜摄影测量的边缘模板进行分组检测，根据边缘检测结果，通过多尺度空间匹配滤波检测，采用多重逆掩断层重组的方法[2]，建立矿山三维地质倾斜摄影测量的角点分割模型，通过地质层面和断层约束控制的方法，进行矿山三维地质倾斜度测量，得到矿山三维地质倾斜摄影测量的三维断层拓扑分布结构。提取矿山三维地质倾斜摄影测量的极低密度填图参数，采用模糊度融合匹配算法，构建矿山三维地质倾斜摄影测量空间特征匹配模型，在多数元素地球化学模式下，将矿山三维地质倾斜摄影图像进行有效分割。

根据上述分析，构建矿山三维地质倾斜摄影测量的图像采集模型，根据图像采集结果，进行矿山的三维地质建模[3]。在具体应用过程中，将图像采集情况作为依据，按照如下具体步骤完成对图像及图像中矿山三维地质数据的采集。第一步，基于倾斜摄影技术，针对各个需要进行检测的节点进行定位，并在一个相同的平行架结构上，安装多个用于对矿山三维地质图像数据信息进行采集的传感器装置以及用于实现对采集数据信息传输的通信装置。通过对同一个需要进行检测的节点在多个维度上的测定，实现三维地质建模所需信息数据的获取。第二步，将所有获取到的图像资源和图像中的数据信息资源整合，并生成一个建模软件能够识别的文件格式。在该文件当中，主要包括图像、监测信息以及监测动态数据。同时，为了方便后续使用，将用于不同构建内容的图像和数据以PDF或WORD格式完成对数据报告的生成。同时，在进行对矿山三维图像的获取和对数据的采集时，合理利用倾斜摄影测量技术能够实现对矿山三维地质数据的全方位高精度采集，并实现对矿山三维地质的立体成像，以此为后续三维地质模型既其相关数据信息360°无死角展示。

1.2 图像特征分析与处理

根据矿山地质区域的分布特征和成矿元素含量，采用等离子体质谱仪测定的方法，得到矿山三维地质倾斜摄影测量的暗原色分布集。复原图像的边缘特征分布集，得到矿山三维地质倾斜摄影测量内部信息的差异度模型，对透射率同质区域进行平滑处理，得到矿山三维地质倾斜摄影测量的模糊区域信噪比提升拼接特征。

在确定矿山三维地质倾斜摄影测量的边缘轮廓特征检测输出内容后，将其作为依据，为了避免在生成的模型存在剖面“生硬”问题，可通过引入矿山地质专业技术的方式，结合实际矿山地质工作经验，对其剖面图进行绘制，通过反应区域内矿山三维地质地表、地信和地貌特征；矿山地下结构特征、地下水运动特征等信息的代入，形成一个完整的矿山三维地质坡面边界线数据。在上述流程基础上，通过对图件进行矢量化处理，并完成对地质剖面边界现线的拓扑差错，将其中影响最终建模精度的矢量数据筛选并去除。再通过对拓扑造区的处理，形成一个矢量的剖面数据[4]。在剖面结构上，包含的矿山三维地质图像参数包括：钻孔数据、标准地层表、剖面参数属性图例等。在完成上述一系列内容后，为了确保最终模型的构建精度，还需要对其进行一致性检查。由于在外部剖面数据当中存在同一个钻孔可能由多种不同参数数据显示的问题，因此针对这一问题，为了实现对其快速、有效的修改，选择通过单元格自动生成的方式，针对生成的矢量剖面结构进行一致性检查，其检查内容包括对厚度一致性、属性一致性、分层界限一致性等内容的检查。在确保上述检查内容均达到标准要求后，最终得到的地质模型才能够满足实际所需。

2 倾斜摄影测量和地质空间重构

利用基于倾斜摄影测量的矿山三维模型所采集的矢量范围，实现地质勘测信息动态裁剪，同时结合矢量信息，将三维模型逻辑单体化，满足精细化要求，实现实景三维数据、正射影像数据综合管理。将本文所应用方法与传统方法进行对比，本文所提出的方法可满足矿产资源监测与地质空间重构的需求。地上实景三维模型与地下探测相结合，实现地质测量三维立体图像呈现。

根据三维重建轮廓区域的岩性特征分布，进行矿山三维地质建模的方法的轮廓特征重组，通过倾斜摄影测量和地质空间重构，根据花岗斑岩与桥源组地层接触方法，建立三维重建轮廓序列分布模型[5]。在金属硫化物的成矿远景区，采用匹配滤波方法得到矿山三维地质倾斜摄影测量数值。

综上分析，据三维重建轮廓区域的岩性特征分布，进行矿山三维地质建模的方法的轮廓特征重组，通过倾斜摄影测量和地质空间重构，实现矿山三维地质建模快速构建。

3 仿真实验测试

为了验证本文方法在实现矿山三维地质建模及重建中的应用性能，进行实验测试，实验中取矿山三维地质建模的地质分布坐标见表1。

表1 矿山三维地质建模的地质分布坐标

根据表1的矿山三维地质建模的地质分布坐标分布情况，进行矿山三维地质建模，得到建模重构的参数解析结果见表2。

表2 建模重构的参数解析结果

分析表2得知，本文方法能有效实现建模重构的参数解析，通过倾斜摄影测量和地质空间重构，实现矿山三维地质建模快速构建，参数测量结果准确可靠，采用Matlab和CAD仿真技术，得到矿山三维地质重建图层分布如图1所示。

图1 矿山三维地质重建图层分布

分析图1得知，采用该方法进行矿山三维地质建模构建的精准度较高，三维图层的可视化分布效果较好。同时，在实验过程中发现，本文上述提出的构建方法在实际应用中，通过引入倾斜摄影测量技术，不仅能够实现对测量物体的轮廓进行精准定位，同时针对其内部各个结构也能够进行更加详细的展示，能够满足后续矿山勘察或矿山开采等工作开展使得数据需要[6]。而以往采用CAD、3D等相关辅助型绘图工具完成对矿山地质模型的构建后，其精度无法达到实际要求，并且只能够针对部分结构的基本轮廓进行定位，无法实现对其内部结构的可视化展现。除此之外，以往在使用各类辅助性的绘图软件时，会受到外界干扰因素的影响，并且由于矿山地质环境更加特殊，因此干扰程度也进一步增加。这一因素的存在，也使得最终模型构建成果与实际需要进行勘查的节点定位存在严重的偏差[7]。但应用倾斜摄影测量后，本文上述构建方法并没有出现这一问题，能够确保模型当中各个纹理、纹路的精度，矿山地质环境当中的干扰因素对于本文构建方法而言不会造成影响。因此，综合上述论述得出，本文提出的构建方法在实际应用中能够在确保模型构建精度的基础上，提高模型的真实性，并进一步提高矿山地质数据的利用价值。对于矿山企业而言，若在实际应用中，引入本文上述提出的模型构建方法，则能够在实际层面上满足矿山地质后续工作开展的需要。

4 结语

结合倾斜摄影测量技术和无人机摄影等技术，建立矿山三维地质建模快速构建模型，通过图像三维重构技术和边缘特征重组技术，进行矿山三维地质建模快速重组，本文提出基于倾斜摄影测量的矿山三维地质建模快速构建方法，提取矿山三维地质倾斜摄影测量的极低密度填图参数，采用模糊度融合匹配算法，构建矿山三维地质倾斜摄影测量空间特征匹配模型，复原图像的边缘特征分布集，得到矿山三维地质倾斜摄影测量内部信息的差异度模型，对透射率同质区域进行平滑处理，实现三维重构。分析得知，本文进行三维地质倾斜摄影测量及重构建模的效果较好。