一种基于旋转多基线摄影测量的露天矿三维模型更新方法与流程

1.本发明涉及一种露天矿三维实景模型更新方法，具体地说是一种在露天矿开采过程中，能够及时有效的对矿区三维模型进行更新的方法。


背景技术：

2.数字矿山的建设和运行离不开矿山及其周围环境的三维建模，因此采矿作业中重要组成部分的露天煤矿三维模型的开发及更新也显得尤为重要和必要。露天煤矿三维模型是进行露天矿开采境界优化及制定矿山生产计划的前提，因此露天煤矿三维模型的设计和构建至关重要，将直接影响模型的维护和更新以及采矿设计。露天煤矿三维模型在露天矿生产中发挥着承上启下的作用，达到降低生产成本、提高综合经济效益之目的。精确构建露天煤矿采场三维模型，不仅能够实现露天煤矿自动化验收算量，提高工作效率和计算精度，同时也能模拟露天煤矿生产的过程，交互式完成生产计划编制，而且还可以为露天煤矿的生产提供重要的基础地理空间信息和决策支持，继而提高露天煤矿的信息化水平。
3.目前，常用的矿区三维模型构建方法主要是利用rtk测量的数据进行三维模型构建，利用倾斜摄影技术或三维激光扫描仪技术进行矿区模型构建，此类方法都存在着一些缺点。例如利用rtk测量数据进行模型构建存在着数据获取工作量大，建模精度低等问题，利用倾斜摄影测量、激光扫描技术进行模型构建，虽然其有着数据获取快速等优点，但矿区环境一旦发生变化，则需要重新获取整个矿区的影像数据，进行三维模型的重新构建，其建模工作量大。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了高效地对露天矿三维模型进行更新，掌握矿区开采的实时动态和开采工作量，降低传统矿区三维建模的工作量，提高矿区三维模型的更新速度。
5.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于旋转多基线摄影测量的露天矿三维模型更新方法，包括如下操作步骤：1、采用相机进行旋转多基线交向摄影，即对同一被摄区域采用多个摄影站，在每个摄站上进行旋转拍摄，采用不同的拍摄角度进行影像获取，但同时旋转的角度应保证影像的重叠度；2、运用变化检测、图像识别等图像处理技术，根据往期矿区影像数据对新获取的影像进行筛选，选取矿区变化区域的影像数据；3、对筛选出的影像，按照旋转多基线摄影测量的内业处理方式进行数据处理，得到精密的测量成果，具体可细分为：1）进行相机标定得到内方位元素；2）构建测区自由控制网；3）进行光束法平差解算；4、进行图像间的相互匹配，生成密集匹配点云，得到矿区变化区域的三维模型；
5、根据重建出的变化区域三维模型的坐标信息，对原有的矿区模型进行更新。
6.进一步，根据所拍摄的区域范围，按照水平方向进行条带划分；根据摄影距离确定摄影基线长度和摄站数量。
7.进一步，保证条带间的重叠度应大于60%。基线长度小于摄影距离的20%。
8.进一步，根据影像中的纹理特征、特征点、特征线等特征进行图像匹配，确定矿区变化区域的影像数据。
9.进一步，在执行为密集匹配生成三维模型后，根据模型的位置信息以及同名点进行模型拼接。
10.进一步，利用模型中的同名点对拼接的的三维模型进行二次平差；进一步，匹配过程中保持匹配像元观测值的独立性。
11.本发明经过预处理对图像进行了筛选，提高了模型建模效率；并且针对局部变化区域，进行模型重建与模型拼接，可实现高效的三维模型更新的目的，更加快捷的指导矿区生产作业。
附图说明
12.图1 本发明技术流程图；图2 本发明拍摄示意图。
具体实施方式
13.本发明的露天矿三维模型快速更新的方法，采用旋转多基线摄影测量与图像处理等方式相结合，整体的实现流程如图1所示，具体的实施方式如下：步骤1：采用相机对矿区进行多基线摄影，同时在摄站上调整相机角度，获取矿区多角度影像数据，同时保证相邻摄站获取的影像间有一定的重叠度；参见图2，按照被摄目标划分3个条带，分别为条带1、条带2、条带3，共设4个摄站，每个摄站旋转拍摄3张影像；黑色圆点代表摄站，黑色直线为摄影光束，阿拉伯数字1、2、3
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12为影像拍摄的序号标记，虚线矩形区为同条带内影像的地面覆盖范围；比如第1、4、7、11号影像构成1个条带;第1、2、3号影像构成1个航带；步骤2：对比往期矿区影像数据，利用图像处理技术提取影像中的特征点、特征线、特征面、纹理特征、几何特征等，确定出矿区发生变化的区域以及该区域对应的影像数据；步骤3：对筛选出的影像数据，按照旋转多基线摄影测量的内业处理方式进行数据处理，构建出高精度的测量结果；步骤4：根据重建出的三维模型坐标信息进行模型拼接，完成矿区三维模型更新的目的。


技术特征：
1.一种基于旋转多基线摄影测量的露天矿三维模型更新方法，其特征在于包括如下操作步骤：1、采用相机进行旋转多基线交向摄影，即对同一被摄区域采用多个摄影站，在每个摄站上进行旋转拍摄，采用不同的拍摄角度进行影像获取，但同时旋转的角度应保证影像的重叠度；2、运用变化检测、图像识别等图像处理技术，根据往期矿区影像数据对新获取的影像进行筛选，选取矿区变化区域的影像数据；3、对筛选出的影像，按照旋转多基线摄影测量的内业处理方式进行数据处理，得到精密的测量成果，具体可细分为：1）进行相机标定得到内方位元素；2）构建测区自由控制网；3）进行光束法平差解算；4、进行图像间的相互匹配，生成密集匹配点云，得到矿区变化区域的三维模型；5、根据重建出的变化区域三维模型的坐标信息，对原有的矿区模型进行更新。

技术总结
本发明公开了一种基于旋转多基线摄影测量的露天矿三维模型更新方法，其步骤是：采用相机进行旋转多基线交向摄影；利用图像处理相关理论，将影像数据与往期数据进行比较，筛选出矿区地形变化区域处的影像数据；根据所用相机参数对影像进行处理得到精密数据；构建测区自由网；进行光束法平差；根据筛选的影像进行密集匹配，生成三维点云与三维模型构建；在原有矿区三维模型的基础上进行三维模型拼接与融合，实现露天矿三维模型更新。本发明经过预处理对图像进行了筛选，提高了模型建模效率，针对局部变化区域进行模型重建与模型拼接，可实现高效的三维模型更新的目的，更加快捷的指导矿区生产作业。导矿区生产作业。导矿区生产作业。


技术研发人员：王挥云 闫君 赵鑫
受保护的技术使用者：内蒙古瀚石矿山工程有限公司
技术研发日：2022.09.08
技术公布日：2023/1/12