基于傾斜攝影測量技術的礦山工程施工監測探討

麥 偉

（廣西壯族自治區地理信息測繪院，廣西 柳州 545010）

1 傾斜攝影測量技術的優勢

傳統的技術條件有限，在利用遙感測量技術下采用的是正射影像方法，雖然這一方法可以輔助建模來開展相應的監測工作，但其適用范圍十分有限，在垂直方向上對礦山工程施工項目頂部的三維構建非常有效，而在其他方向上的建模難以實現。信息時代到來以后，測繪領域逐步出現了傾斜攝影技術，且這一技術得到了越來越廣泛的應用，克服了常規遙感測量技術的巨大限制，整體的測繪工作難度系數有所降低。傾斜攝影測量技術下，在一個飛行平臺上搭載了多個相機，在測繪工作進行時，這些相機可以從多個方向上進行影像資料的采集，具體包含了一個垂直方向和四個傾斜角度，這些不同角度上的影像資料獲取以后，計算機可以根據相應的分析結果來進行三維模型的構建，該模型建立以后也就可以將不同角度上的影像信息集中起來。傾斜攝影測量技術最為顯著的特點就是其建模具有自動化特征，系統中的相應模塊可以在獲得來自不同角度的攝影、數據結果以后自動化開展空間處理，根據其處理結果就可以自動完成相應的模型構建。從傾斜攝影測量技術在很多領域的實際應用來看，這一技術具有以下幾個方面的優勢：①現階段我國已然進入了大數據時代，在測繪工程領域對于相應的數據需求也顯著提升，而傾斜攝影測量技術的應用恰好可以將所得到的相應影像資料轉換為DLG、DOM、DSM等不同類型的數據，不同數據格式下可以經由矢量化處理來實現直接利用，提升了數據資源的利用價值；②傾斜攝影測量技術下的效率偏高，克服了傳統人工測量下的技術限制，在極短的時間內就可以獲得相應的測繪結果，且獲得的數據具有海量化特征，在當下的技術條件下，傾斜攝影測量下的數據處理方面尚存在很多的不足，比如，影像數據匹配和三維模型表達方面，這是未來研究的重點，只有創新了高精度的影像數據匹配方法、去除冗余信息方式，才可以更好的發揮傾斜攝影測量技術的優勢；③自動建模的總體成本偏低。

2 基于傾斜攝影測量技術的礦山工程施工項目實景三維建模

技術的日漸進步使得數字攝影測量技術的應用范圍逐步擴大，不再局限于常規的測繪工程，在工程施工、資源開發等方面都得到了一定的應用。現階段，隨著人們逐步認識到了數字攝影測量技術的優勢，在這一技術應用的過程中，三維建模是重點的研究方向，在自動化、智能化等現代化技術快速發展的過程中，我國已然形成了一套完整的經由自動從影像和其他輔助數據提取礦山工程施工三維模型的方式和體系。三維建模中，對在建工程項目添加紋理信息、構建三維模型是其中的關鍵步驟，通過紋理信息的添加可以使得所呈現出來的模型更具直觀性，整體的呈現效果更為理想。根據相應的技術應用效果，數字影像和系統數據充分融合以后，可以獲得更為清晰且精準的礦山工程施工模型，當前的一些測繪工程領域，顯然已經形成了從航空垂直影像和傾斜影像數據自動生成工程施工模型紋理信息的方式。在利用傾斜攝影測量技術獲得了相應的測量數據和信息以后，有關人員要立即組織相關人員對這些測量數據加以全面分析，在此基礎上進行三維模型的構建。三維模型建設包含了以下兩種：可以單獨和疊加使用的模型，該種模型實現了DEM影像和工程施工三維模型的完全整合，將三維場景構造成了具有層次化的場景；只能夠作為整體數據使用的模型，這種模型實現了DSM影像和傾斜影像的自動匹配，在匹配以后也就形成了特定的三維場景，但這種三維模型下的對象化管理目標難以實現。實景三維模型制作流程如圖1所示。

圖1 三維實景模型生產流程圖

3 利用傾斜攝影測量技術進行礦山工程施工的變化監測

3.1 技術路線

在建筑物空間變化監測的過程中，如果采用的是傾斜攝影測量技術，為獲得準確的監測變化信息，有關部門應安排專業人員負責利用傾斜攝影測量技術進行傾斜影像的采集，將傾斜影像采集與實地像控測量有效結合起來，就可以生成礦山工程施工的數字模型，也就是DSM、數字正射影像DOM、數字高程模型DEM，在這些資料充分整合的基礎上，也就可以制作出對應的三維場景，為保障模型的可靠性與實用性，相關技術人員還需進行工程施工過程變化監測GIS平臺的構建，在該平臺形成以后，不僅實現相應信息的共享，更可以定期根據所獲得的相關信息來進行平臺數據庫中的數據更新，在動態化的數據更新下，專業人員可以分區對工程施工中的變量信息加以統計，為礦山規劃設計提供可靠依據。

3.2 監測成果比對

在反復的傾斜攝影測量過程中，也就獲得了多期傾斜攝影測量、實景三維數據，與此同時，專業人員就可以在這些信息充分分析的基礎上，實現對礦山工程施工項目的平面和高度變化情況的動態對比。具體的監測對比工作進行中，將TDOM作為平面監測時的基礎資料，也就可以更為精準地表達出施工區域的平面影像情況，在平面影像獲得以后，就可以從中提取出關于區域平面邊緣輪廓信息，獲得基本要素的空間變化量和變化趨勢。

4 應用實例

4.1 航空攝影數據及實景三維模型獲取

此項目實施的過程中，針對礦山工程施工區監測范圍內的空間變化情況，為發揮傾斜攝影測量技術的監測優勢，拍攝區存在以下的技術要求：傾斜航空攝影測量下視鏡頭航攝影像地面分辨率優于0.05m，下視航向重疊率和旁向重疊率分別在80%、70%以上。

本次航空攝影作業中，采用是大疆M600pro無人機作為本項目遙感平臺，并采用5鏡頭高分辨率傾斜相機作為傾斜影像獲取航攝儀，相機由5臺經物理定焦的Canon5DS組成，可同時獲取5個方向的航空影像，其中傾斜角度傾角為45°。差分系統則采用AGS300遙感差分系統，經過專業軟件解算，該系統可提供三維位置精度0.05m，航向角精度0.08秒，俯仰角橫滾叫精度0.03秒的慣導差分數據。

在獲取航攝影像及精確定位信息后，利用ContextCapture三維建模軟件對傾斜影像，采用集群運算的方式，進行差分解算、空三加密計算以及模型重建，最終獲得礦山工程施工區的高精度實景三維模型。

4.2 監測平臺

為獲得對應的礦山工程施工區域監測數據和變化趨勢等方面的信息，有關部門在監測工作開展的過程中，除了要進行相應的數據和影像采集，更要對這些采集到的信息加以全面處理。該礦山工程項目實施中，以Skyline6.5為基礎的數字化應用平臺，在該平臺內包含了多個子系統，其中，項目規劃管理監測變化管理系統、統計分析系統、信息發布平臺、實景三維地理信息公共平臺等均是其中的重要子系統，在整個監測工作開展和平臺運行的過程中，經由不同子系統之間的相互配合與協調，也就保障了各種測量信息的共享，監測結果更為可靠和直觀。根本來看，該平臺內兼具多種功能，實景三維場景具有多業務覆蓋特征，完全可以實現多種數據源的兼容，不同部門可以在該監測平臺下直接調取相應的信息，整體的監測效率更高、精度更準。

5 結語

現階段所進行礦山工程施工工作中，對于施工變化的監測尤為重要，為使得規劃設計可以與礦山整體發展的目標相一致，有關部門應積極通過傾斜攝影測量技術的應用來獲得相應的監測結果，給實際的規劃設計工作以切實的指導。