基于倾斜摄影的矿山实景建模特征快速提取技术研究

黎景良

（1.中煤航测遥感集团有限公司，陕西 西安 710199；2.中煤数字科技（广州）有限公司，广东 广州 511400）

北斗定位系统的广泛应用推动了我国实时动态定位技术的快速发展，与此同时促进了倾斜摄影技术的广泛应用。随着现代化科学技术的发展，“三维矿山”“智慧矿山”等应用而生，能够有效的获取矿山实景建模，进而指导矿山找矿勘查工作[1]。鉴于此，本文以倾斜摄影测量数据为基础，分析在矿山实景建模特征快速提取技术中的应用，为推动矿山实景建模发展提供参考。

1 基本原理技术主要技术

1.1 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术在传统的垂直摄影测量技术上发展起来的，是基于实时动态定位技术、图像融合处理技术、无人机技术和大数据处理技术于一体的现代化摄影测量技术。倾斜摄影测量技术有效地避免了垂直摄影测量技术仅能获得垂直方向信息的缺陷，能够较好的反映侧面纹理信息，为矿山实景建模提供了基础[2]。其中，倾斜摄影测量技术在矿山实景建模特征快速提取技术中的主要内容包括原始影像数据获取、数据预处理、空中三角加密、DSM、DOM以及三维实景场景制作等（图1）。

图1 倾斜摄影在矿山实景建模中的技术路线

1.2 矿山实景建模生产流程

倾斜摄影测量技术在矿山实景模型制作中的应用优势主要体现在以下几个方面：①获取影像数据效率高，倾斜摄影测量能够在较短的时间内获得较大面积的影像数据，与传统的测量技术相比，其效率高，成本低；②精度高，该技术实现了多角度、多方位获取矿山影像数据的目的，能够更加贴切的反映矿山真是的地形地貌特征；③多角度拍摄，所获影像数据的信息更加全面，弥补了垂直摄影测量技术的缺陷。

倾斜摄影测量在矿山实景建模特征快速提取方面的应用主要体现在原始影像数据获取、数据预处理、空中三角加密、DSM、DOM以及三维实景场景制作等的方面，其实景建模流程见图2。

图2 矿山实景建模生产流程示意图

2 矿山实景建模特征快速提取技术

2.1 原始数据信息的提取

原始数据信息的提取是实景三维建模的基础，本文所使用的无人机型号为HO1300型，航摄仪采用南方测绘生产的倾斜航摄仪，其精度满足矿山实景建模的基本需求。原始数据信息的获取主要分为以下几个步骤：①航飞计划编制，应根据测绘区域的气候条件、地形地貌等确定；②原始数据的摄影过程，应按照旁向重叠度、航向重叠度等严格进行；③摄影数据的检查，查看摄影数据的质量是否满足测量精度要求，若所获数据遮挡等严重，应及时补测；④根据POS数据对影像数据进行预处理，进而获取处理后的影像数据，作为后续操作的基础数据。

2.2 空中三角加密测量

原始数据经过预处理后无法直接进行实景建模特征的快速提取，还需要进行空中三角加密测量处理。空中三角加密处理是以POS数据为初始方位元素经过多基线多特征匹配技术而解决影像数据中因遮挡等问题造成的“留白”问题，能够获得更加精准的三维空间数据，对进一步生产矿山实景模型提供了基础，同时为提高实景模型的精度奠定了基础。

2.3 密集点云数据的提取

密集点云数据是构建矿山实景模型的基础，在完成多视角联合空中三角加密测量的基础上，进一步根据多视角密集匹配流程等获得矿山建模区域的密集点云数据，进一步通过点云数据的提取、优化、合并以及光滑处理等生产出DSM数据，就可实现矿山实景模型的制作[3，4]。密集点云数据的提取是以POS数据中的方位元素为基础通过特征匹配、逐像素级匹配等方式获得高密度的DSM数据，进而将不同影像数据的DSM数据进行单元素融合，最终获得坐标系统等统一的DSM数据，为进一步生成矿山实景模型提供基础。

2.4 纹理信息的提取

根据上文操作流程获得多视角联合空中三角加密测量的影像数据后就具备了构建实景模型的基础，而密集点云数据的提取则是生成实景模型的前提。在密集点云数据生产过程中，纹理信息的提取是反映矿山地形地貌侧面特征的基础。因此，纹理信息的提取一般采用单模型点云提取的方式进行，也就是说将需要建模的区域分割成若干个不同规模的子区块，对子区块进行纹理影像数据的匹配和纹理贴附[3]。在完成纹理信息提取后，所生成的实景模型不可避免的存在一些缺陷，需要进一步修正，如部分水面、模型边缘细化等问题。

2.5 矿山实景模型精度分析

虽然倾斜摄影测量技术在矿山实景模型制作中具有效率高、成本低和精度高的优势但是所获实景模型的精度能否满足大比例尺矿山对精度的需求还需进一步验证。本文随机的在建模区域内选择36个外业测量点，应用全站仪采用传统的测量方式进行精度验证，并与三维模型中的三维坐标进行了对比（表1）。由表1可知：使用倾斜摄影测量技术构件的矿山实景模型具有较高的精度，与传统测量方法相比，平面和高程中误差分别为4.52cm/4.74cm，说明该技术所获实景模型的精度完全满足大比例尺矿山对实景模型精度的基本要求。

3 结语

综上所述，倾斜摄影测量技术在矿山实景建模中具有明显的应用优势，与传统的建模方式相比，该方法具有效率高、成本低、精度高和自动化程度高的优势，对推动“三维矿山”建设等意义重大。本文着重从原始数据获取、空中三角加密测量、密集点云数据提取和纹理提取等方面分析了提取技术，最后对建模精度进行了分析，结果表明该技术所获实景模型的精度完全满足大比例尺矿山对实景模型精度的基本要求。