摘要：传统矿山地质环境调查通常基于二维影像进行解译，依赖于野外人工外业进行属性调查。倾斜摄影技术的出现则将现实世界转变为实景三维大数据，人们得以借助实景三维大数据云平台以“上帝视角”观察目标，它提供了常规方式不能给予的多元信息。而实景三维Skyline管理平台，能够将实时监测视频、空中全景、激光点云等多源大数据融合，将矿山地质环境监测延伸至实景三维空间、历史变化等多角度。
关键词：倾斜摄影技术；矿山地质环境；实景三维；多源数据融合
The Design and Implementation of 3D Realistic Terrain Scene Mine Geological Environment
Investigation System based on Oblique Aerial Photography Technology and Skyline Platform
Hou Fei
（Shandong Provincial Institute of Land Surveying and Mapping，Jinan，250103）
Abstract：It usually to execute Mine Geological Environment Investigation based on 2D image interpretation，and the attribute Investigation usually relies on filed work。A newer technology，Oblique Aerial Photography Technology，turns the realistic word into 3D Realistic Terrain Scene big data，which people can observe objects in God’s Perspective.It provides multi-information that traditional Mine Geological Environment Investigation can’t give.The 3D Realistic Terrain Scene Skyline Platform which fuses Multi-sources Data Fusion with the real-time video，aerial panorama and laser point cloud can extend the monitoring of Mine Geological Environment to the 3D and historical perspective.
Key words：Oblique Aerial Photography Technology；Mine Geological Environment Investigation；3D Realistic Terrain Scene；Multi-sources Data Fusion
0 引言
矿山地质环境调查主要是查明地表矿体采掘位置、规模、属性等信息及由此引起的地质灾害隐患情况。依据国土资源部2014年4月29日发布，7月1日起施行的《地质环境监测管理办法》，如何有效的监测矿山地质环境，特别是加强重点矿山开采区的监测与管理，成为国土管理部门亟待解决的问题。
从上世纪80年代开始，遥感和GIS技术在资源环境监测中越来越发挥着不可替代的作用，在生态环境监测和自然灾害监测方面取得了重大进展。近年来遥感、航空摄影技术被大量用于地质环境监测。卫星遥感手段以其宏观性、周期性的特点，有其它手段不可比拟的优势，但其空间分辨率较低，很难满足大比例尺调查的要求；
航空摄影以其快速、高精度的特点，有其它手段不可比拟的优势，成为地质环境航测调查的重要手段，很好的满足了大比例尺调查的需求，但其成果单一，信息量少。近年来倾斜摄影、机载LiDAR、车载移动测量等技术日益成熟，应用愈加广泛，不仅可以获取多视角航空影像、激光点云等、实时360°全景影像等大数据，制作传统4D产品，而且可以快速制作实景三维模型、高精度地形模型等数据、全景现状影像，生产周期短，信息多元化，极大的减少了外业核查劳动强度，能更好的满足矿山地质环境监测调查管理的需求。
图1矿山地质环境调查流程对比
Fig2：Comparison of Mine Geological Environment Investigation Proces
1矿山地质环境调查业务需求分析
1.1有效降低野外巡查劳动强度，提高调查效率，改善调查模式
以往地质环境监测主要依靠群众举报，执法部门介入的被动调查模式，尤其是矿山破坏性开采、超层越界等引起的滑坡、泥石流等地质灾害隐患，对人们的居住生活带来巨大危害。矿山采掘地点一般通行不便，矿体分布较广，调查人员很难找到合适的视角浏览矿体全貌，实地拍摄的照片仅限于局部，调查时间长，信息量少，矿山的破环性开采及不规范的管理环境给调查人员的人身安全也带来很大隐患，特别是偷采乱掘现象普遍，调查人员一般无法进入实地取证。因此如何利用新技术，有效降低野外巡查劳动强度，保证调查人员安全，提高调查效率是矿山地质环境调查业务的重要需求。
1.2提供多源数据科学支撑
现今，多种高科技装备齐涌并现，如倾斜摄影系统、车载移动测量系统、机载LiDar系统，多源大数据各有特点，相互补充，为相关部门科学决策提供多途径科学支撑。倾斜摄影测量系统能够提供比传统三维可视化更加真实客观的实景三维数据，车载移动测量系统能够提供360°全景影像及立面点云数据，实时快捷，机载LiDAR设备可以提供大面积高精度点云数据，多源大数据如何有效融合，统一辅助决策，是矿山地质环境调查的关键。
1.3直观便捷的数据管理及统计分析
基于多源大数据及实景三维平台，对矿山历年采挖面积、采挖方量进行动态变化监测，并针对个体矿体能够进行直观的空间量测分析、属性查询、统计分析，对超层越界、破坏性开采现象及由此引起的地质环境灾害隐患进行科学预断，并形成客观有效的治理建议。
2系统总体架构设计
整个矿山地质环境调查系统采用B/S架构，由矿山地质环境数据服务器和调查管理系统两部分组成，系统总体构架图如图2所示。
矿山地质环境调查数据服务器使用Oracle 11G R1+Skyline平台管理后台数据。采用JavaScript进行二次开发，数据源主要包括一：基础地理信息数据，包括数字航空影像数据（DOM）、数字地面高程模型（DEM）以及地名地址、元数据等；二：地面移动测量数据，包括360°全景影像数据、高精度激光点云数据；三：无人机/大飞机倾斜摄影数据等。
3关键技术分析
3.1基础地理信息数据应用及多源数据的融合
利用TerroSolid实现基础地理信息DEM数据、机载LiDar数据、地面移动测量点云数据的坐标转换、数据置换、数据融合，基于倾斜摄影数据利用Smart3D自动化建模技术制作实景三维矿山地形模型，并与传统基础地理信息DSM地形模型数据、矿山开采范围SHP数据进行叠加、配准，并融合传统地名地址数据，实现统一坐标框架及平台下多源数据的融合。
3.2倾斜航空摄影及实景三维地形模型自动化建模技术
传统矿山地质环境监测主要依靠群众举报的被动方式，管理主要在二维航空影像或卫片上进行，不能及时、直观的展示矿山开挖现状，一些形态较小的偷裁乱挖现象，在平面影像上不容易辨识，丢漏严重。相对于传统三维可视化地形模型而言，倾斜摄影可获取多视角航空影像，采用Smart3D自动化建模技术构建高分辨率的实景三维地形模型，纹理真实细腻，是对现实地质环境的真实还原。管理及技术人员可以以“鹰眼”视角观察矿山开采、地质灾害隐患现状，足不出户便可了解矿种、范围分布等特征，减轻外业核查劳动强度。
图2系统总体构架
Fig2：Overall framework of the system
3.3基于Skyline平台的系统二次开发
基于Skyline平台及JavaScript开发矿山地质环境实景三维管理系统，为矿山地质环境管理提供基础的实景三维数据平台，为该领域的科学管理提供了技术支撑，有利于实现多源监测大数据的融合及网络数据共享。系统不仅兼容传统4D数据，通过二次开发还可实现实时定点监控视频、SQL Server全景影像网络服务的应用融合，提高矿山地质环境数据的多源性及调查监测水平。
4系统功能设计与实现
利用C#、JavaScript开发语言，基于ArcEngine10、Skyline开发环境及平台，通过二次开发，实现实景三维矿山地质环境调查系统的查询检索、属性管理、空间量测、立面及剖面分析、统计汇总、淹没分析等功能。
图3 基于Skyline的实景三维矿山地质环境调查系统
Fig3：Mine Geological Environment Investigation System based on 3D Realistic Terrain Scene and Skyline Platform
5 结论
现代高端设备的崛起，为多源大数据的获取提供了强有力手段，进而多源大数据的应用为管理模式的革新创造了可能，改变了“巧妇难为无米之炊”的窘境。本文矿山地质环境调查系统依托于近年来新兴大数据，借助Skyline平台，通过二次开发建立了实景三维矿山地质环境调查系统，实现了多源大数据数据融合，为不同层次的决策分析提供了科学支撑，革新了传统矿山地质环境调查模式，开辟了倾斜摄影技术在矿山地质环境调查领域应用的先河，具有巨大的实用及推广价值。
参考文献：
[1]盛业华，张卡，张凯，王永波地面三维激光扫描点云的多站数据无缝拼接[J].中国矿业大学学报，2010，（2），233～237.
[2]何林，柳林涛，许超铃，良星辉 常见平面坐标系之间相互转换的方法研究[J].测绘通报，2014，（9）6~11.
[3]Yu Jinxia，Cai Zixing，Duan Zhuohua，Improved method for the feathure extraction of Laser scanner using genetic clustering[J].Journal of Systems Engineering and Electronics，Vol.19.No.2.2008，280～285.
作者简介：
侯飞（1984-），男，山东聊城人，工程师，主要研究方向为移动测量技术及应用。
论文作者:侯飞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/17
标签：数据论文; 矿山论文; 地质论文; 实景论文; 环境论文; 系统论文; 环境监测论文; 《基层建设》2018年第29期论文;