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摘要:利用傾斜攝影技術(shù)，采用SWDC－5航攝儀獲取濟南市監(jiān)測礦山范圍內(nèi)2019年傾斜影像，制作濟南市監(jiān)測礦山范圍實景三維模型。疊加年度監(jiān)測圖斑，對比2014—2018年監(jiān)測成果，在Skyline平臺的礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查系統(tǒng)下進行數(shù)據(jù)融合和屬性掛接，通過內(nèi)外業(yè)協(xié)同作業(yè)，對濟南市2018年礦山破壞性開采、超層越界等現(xiàn)象進行了調(diào)查，查明了礦山地質(zhì)環(huán)境破壞、地質(zhì)災(zāi)害隱患等情況。結(jié)果表明:基于傾斜攝影技術(shù)開展礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測，數(shù)據(jù)處理自動化程度高、人員投入少，滿足了礦山地質(zhì)環(huán)境管理需求的數(shù)據(jù)成果，生產(chǎn)周期較傳統(tǒng)方式縮短一半以上。

關(guān)鍵詞:傾斜攝影技術(shù);實景三維;礦山監(jiān)測;SWDC－5航攝儀;濟南市

0引言

濟南北部臨黃河，南部山區(qū)綿延起伏，海拔500—900m;中部丘陵海拔200—500m;北部沖積平原海拔25—50m。山地丘陵約3000km2，平原約5000km2，南北高差大于1100m。濟南市四面環(huán)山，山體土層瘠薄，形成植被難度較大，經(jīng)過多年無序開采后，部分山體已是遍體鱗傷，形成許多破損立面、山體缺口，同時濟南市散布的地質(zhì)災(zāi)害點也存在著巨大的安全隱患。濟南礦山的無序開發(fā)不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，而且礦山周邊山體的亂采亂挖，也是滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的重要誘因，給國家財產(chǎn)帶來重大損失，也會對人民的生命財產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。如何有效地監(jiān)測礦山地質(zhì)環(huán)境，特別是加強重點礦山開采區(qū)的監(jiān)測與管理，是濟南市國土部門亟待解決的問題。礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測有多種方法［1］，有的在礦山里嵌入監(jiān)測設(shè)備，有的在礦山周邊設(shè)置監(jiān)測點，但是均不能很好地監(jiān)測礦山開采邊界和礦山開采面現(xiàn)狀。從20世紀(jì)80年代開始，隨著國內(nèi)外遙感衛(wèi)星的不斷發(fā)射和對外提供高分辨率影像，遙感和GIS技術(shù)［2－3］在資源環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮著不可替代的作用，遙感、航空攝影技術(shù)被大量用于礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測。常規(guī)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測主要依靠群眾舉報的被動方式，通過二維航空航天遙感影像進行日常監(jiān)管，不能及時、直觀地展示礦山開挖現(xiàn)狀，一些較小規(guī)模的偷采亂挖現(xiàn)象，在平面影像上不易辨識，丟漏現(xiàn)象嚴(yán)重。近年來傾斜攝影技術(shù)日益成熟，可以獲取多視角航空影像，快速制作高分辨率的實景三維地形模型［4］，紋理真實細膩，能夠真實還原現(xiàn)實世界，更加直觀地反映礦山開發(fā)現(xiàn)狀，管理及技術(shù)人員可以以“鷹眼”視角觀察和量測礦山開采、地質(zhì)災(zāi)害隱患現(xiàn)狀，足不出戶便可了解礦種、范圍分布等特征，減輕了外業(yè)核查勞動強度，應(yīng)用于礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測取得了良好效果。本文以濟南市礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測為例，介紹了一種基于傾斜攝影技術(shù)的影像獲取、數(shù)據(jù)處理、三維監(jiān)管平臺［5－6］開發(fā)與應(yīng)用的全流程技術(shù)路線，為其他地區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測提供了可借鑒的經(jīng)驗。

1監(jiān)測區(qū)及影像數(shù)據(jù)源

1．1監(jiān)測區(qū)范圍

監(jiān)測區(qū)包含濟南市下轄的歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)、天橋區(qū)、長清區(qū)、平陰縣，總面積為2716．16km2，地表礦山開采平面面積33．24km2，占比為1．2%。其中平陰縣、長清市、市中區(qū)、南部山區(qū)等礦山開采分布集中且密度大于4%的區(qū)域列為重點航測調(diào)查區(qū)，面積約為500km2，監(jiān)測區(qū)范圍如圖1所示。

1．2影像數(shù)據(jù)源

一般監(jiān)測區(qū)采用最新衛(wèi)星影像進行調(diào)查，影像現(xiàn)勢性為2019年5月，影像分辨率為2m。重點監(jiān)測區(qū)利用SWDC－5傾斜攝影航攝儀，獲取歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)、天橋區(qū)、長清區(qū)、平陰縣地表礦山開采重點監(jiān)測區(qū)航空影像，影像分辨率為0．1m。SWDC－5是中國測繪科學(xué)院下屬的北京四維遠見信息技術(shù)有限公司率先自主研發(fā)的傾斜攝影設(shè)備，基于SWDC－5傾斜攝影技術(shù)進行影像獲取與數(shù)據(jù)處理具有以下特點:一是信息豐富，紋理真實細膩，傳統(tǒng)方式獲取的正射影像制作的三維地形模型由于高程模型格網(wǎng)間距較大，紋理粗糙易失真，SWDC－5除有一個子相機獲取正下方影像外，還可同時從前后左右4個方向以45°傾斜角對地面進行航攝，獲取被拍攝物的多視角影像。二是生產(chǎn)周期短，自動化程度高，常規(guī)DEM、DOM生產(chǎn)方式需要采集大量外業(yè)像控數(shù)據(jù)，經(jīng)過特征邊線采集、DEM人工編輯、正射糾正等大量工序，人工參與量大，采用傾斜攝影技術(shù)，利用少量像控成果，基于實景三維成果可自動提取滿足礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查需求的真正射影像，人工參與少，生產(chǎn)周期短。

2濟南市礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)特點及成果展示

2．1技術(shù)流程

濟南市礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測項目采用運－5B飛機配備SWDC－5傾斜相機，獲取礦山重點監(jiān)測區(qū)傾斜航空影像，經(jīng)過像控測量、空三加密生產(chǎn)監(jiān)測區(qū)DEM和DOM，利用傾斜攝影測量技術(shù)進行重點監(jiān)測區(qū)三維地貌真實重建，一般監(jiān)測區(qū)采用2019年年初衛(wèi)星影像進行解譯，利用數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)加數(shù)字高程模型方法建立三維地形模型。通過影像解譯，結(jié)合歷史礦山開采信息，開展監(jiān)測區(qū)2014—2018年礦山開采現(xiàn)狀圖斑提取及拓?fù)涮幚?，并進行2018年礦山信息地面調(diào)查，查明礦山地質(zhì)環(huán)境破壞、地質(zhì)災(zāi)害隱患等情況，建立2018年礦山地質(zhì)環(huán)境航測監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、破損和地質(zhì)災(zāi)害隱患情況數(shù)據(jù)庫，最后在Skyline平臺［7－9］下進行數(shù)據(jù)融合和屬性掛接，開發(fā)監(jiān)測調(diào)查信息管理系統(tǒng)，開展日常監(jiān)測和統(tǒng)計分析。濟南市礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總體技術(shù)流程如圖2所示。

2．2傾斜影像獲取與處理

采用運－5B飛機進行航攝，為滿足IMU誤差累計限差指標(biāo)要求，每條航線最大平飛時間不超過20min，航線長度不超過80km，每架次至少飛行一條構(gòu)架線。地面基站GPS接收機的性能應(yīng)與機載GPS接收機性能匹配，采樣間隔不大于1s，GPS信號接收天線應(yīng)帶抑徑板或抑徑圈，攝區(qū)內(nèi)任意位置與最近地面基站或SDCORS站點的距離不大于50km。航攝完成后，采用INPHO軟件進行自動數(shù)字空三加密，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過DSM提取、DSM濾波、DEM鑲嵌、人工編輯等，制作用于DOM生產(chǎn)的DEM數(shù)據(jù)。利用Smart3D軟件，基于傾斜攝影數(shù)據(jù)進行真正射影像的提取，經(jīng)過勻光勻色、數(shù)據(jù)分幅等工序，完成數(shù)字正射影像圖的制作。

2．3真實紋理實景三維模型實現(xiàn)

采用SWDC－5相機進行傾斜攝影，使用Smart3D自動完成影像配準(zhǔn)、空三加密，利用空三成果自動三維建模及紋理映射，從而獲取調(diào)查區(qū)真實紋理的實景三維模型數(shù)據(jù)。相比于傳統(tǒng)的三維建模［10－11］，利用該技術(shù)生產(chǎn)的實景三維模型是航攝時的地物地貌真實重建，攝影范圍內(nèi)的三維模型為無差別建模，模型紋理更加真實，分辨率更高。

2．4監(jiān)測數(shù)據(jù)核查與成果分析

利用2018年獲取的礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查區(qū)影像數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史礦山開采圖斑資料，提取2018年礦山開采現(xiàn)狀圖斑(重點監(jiān)測區(qū)礦山開采現(xiàn)狀圖斑面積≥200m2，一般監(jiān)測區(qū)礦山開采現(xiàn)狀圖斑面積≥400m2)，外業(yè)核實新增礦山開采圖斑的編號、轄區(qū)位置、面積、輪次、開采主礦、照片、調(diào)查單位及人員信息、備注等信息。在ArcGIS下建立礦山監(jiān)測文件地理數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)入2014—2018年礦山解譯及破損與隱患圖斑數(shù)據(jù)，對歷年礦山解譯及破損與隱患圖斑數(shù)據(jù)進行拓?fù)潢P(guān)系處理，建立礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫及破損和地質(zhì)災(zāi)害隱患情況數(shù)據(jù)庫?；赟kyline平臺進行二次開發(fā)，搭建起濟南市礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)，包含資源瀏覽、查詢檢索、決策分析和統(tǒng)計分析四大模塊，實現(xiàn)實景三維展示、空間量測、查詢檢索、統(tǒng)計分析等功能，把傳統(tǒng)的礦山信息二維展現(xiàn)和管理模式轉(zhuǎn)變成更加直觀的三維展現(xiàn)和管理模式，將實景三維、DOM、DEM、屬性信息等數(shù)據(jù)納入一張圖，更加便于礦山地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)的維護更新。其中資源瀏覽功能能夠快速瀏覽濟南市的各年度影像、監(jiān)測圖斑和地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了地圖水平、垂直、空間距離量算和面積量算;查詢檢索功能包括地名查詢和專題查詢，用戶可以通過POI信息和監(jiān)測圖斑任意屬性進行圖斑查詢定位與信息顯示;決策分析功能是基于三維GIS高性能空間數(shù)據(jù)引擎，實現(xiàn)了飛行路線、地圖標(biāo)繪和剖面、淹沒、挖填方、陰影、通視等空間分析;統(tǒng)計分析功能是通過Highcharts技術(shù)以一定統(tǒng)計單元統(tǒng)計監(jiān)測圖斑在不同區(qū)域的面積分布和數(shù)量，并以圖表形式顯示和輸出。

3結(jié)束語

1)濟南市將基于國產(chǎn)SWDC－5設(shè)備的傾斜航空攝影技術(shù)引入到礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查領(lǐng)域，改變了全市傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測模式，由原來被動式的舉報監(jiān)測及二維管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵕叭S下的主動分析監(jiān)測，首次為濟南市礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查提供了基礎(chǔ)實景數(shù)據(jù)，也為該領(lǐng)域后續(xù)數(shù)據(jù)更新和科學(xué)管理建設(shè)了全新的數(shù)據(jù)平臺。

2)通過實景可視化三維建模，能夠及時發(fā)現(xiàn)非法開采活動，可以對高陡的礦山工業(yè)場地邊坡、山區(qū)道路邊坡、露天采礦場邊坡、采空區(qū)山體邊部、高陡廢渣石堆及排土場等可能產(chǎn)生滑坡的斜坡體進行有效監(jiān)測和預(yù)警。

3)基于Skyline創(chuàng)新性的開發(fā)了實景三維管理系統(tǒng)，具有高度兼容性和拓展延伸特性，不僅兼容傳統(tǒng)4D數(shù)據(jù)，還可實現(xiàn)實時定點監(jiān)控視頻、全景影像等數(shù)據(jù)的融入，進一步提高濟南市礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測管理水平。

參考文獻:

［1］徐友寧．礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究現(xiàn)狀及展望［J］．地質(zhì)通報，2008，27(8):1235－1244．

［2］王曉紅，聶洪峰，李成尊，等．不同遙感數(shù)據(jù)源在礦山開發(fā)狀況及環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用［J］．國土資源遙感，2006，68(2):69－71．

［3］熊前進，柴小婷．資源3號衛(wèi)星影像在礦山監(jiān)測應(yīng)用中的數(shù)據(jù)處理方法［J］．武鋼技術(shù)，2016，54(5):54－58，62．

［4］張建霞，劉宗杰，劉先林．國產(chǎn)數(shù)碼航攝儀應(yīng)用于我國西部測圖分析［J］．測繪科學(xué)，2010，35(1):36－38．

［5］鄧潔，夏春林，王潤芳．基于SkylineTerrasuite的城市三維景觀的建立［J］．遙感技術(shù)與應(yīng)用，2008，23(5):529－532．

作者：凌曉春  單位：山東省國土測繪院