無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模技術(shù)在礦山地質(zhì)信息提取中的應(yīng)用研究

華 杉，王正濤，羅 衛(wèi)

（湖北省地質(zhì)局武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北 武漢 430000）

隨著無(wú)人機(jī)建模技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模技術(shù)成果的應(yīng)用領(lǐng)域大大拓展，例如，地形規(guī)劃、考古勘測(cè)、礦區(qū)地質(zhì)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面。在礦產(chǎn)地質(zhì)勘查工作中，傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量技術(shù)需要對(duì)大量拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，其工作周期以及工作量較大。為解決礦山地質(zhì)信息提取工作量大的問(wèn)題，根據(jù)礦山地質(zhì)信息提取任務(wù)的具體要求，本著以最短的時(shí)間，提取全面、高質(zhì)量的礦山地質(zhì)信息為原則，可利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)獲得足夠數(shù)量和具有足夠重疊度的三維影像，實(shí)現(xiàn)三維礦山地質(zhì)模型重建[2]，也就是以無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模為基礎(chǔ)，利用無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模技術(shù)提高礦山地質(zhì)信息提取的精準(zhǔn)度。本文就是對(duì)無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模技術(shù)的操作步驟進(jìn)行研究，為該技術(shù)的應(yīng)用提供一些現(xiàn)實(shí)的案例以作探討。

1 基于無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模技術(shù)的礦山地質(zhì)信息提取方法

在礦產(chǎn)地質(zhì)勘查工作中，對(duì)礦山地質(zhì)信息進(jìn)行無(wú)人機(jī)航測(cè)，將得到的照片數(shù)據(jù)及其坐標(biāo)信息，在三維建模軟件中進(jìn)行一系列處理，包括地質(zhì)體的形態(tài)，如凹陷、趨勢(shì)起伏進(jìn)行空間分析，建立三維模型，編輯模型，為礦山信息定量提取提供科學(xué)準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)和技術(shù)手段，無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模技術(shù)具體操作說(shuō)明及流程如下。

圖1 無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模技術(shù)整體思路和技術(shù)路線

利用無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模技術(shù)，建立三維礦山地質(zhì)模型，通過(guò)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)360°的無(wú)死角轉(zhuǎn)換，在各個(gè)角度對(duì)礦山進(jìn)行航拍[3]。這些圖像作為三維礦山地質(zhì)3D可視化建模的基礎(chǔ)，精確保存礦山地質(zhì)的綜合數(shù)據(jù)信息。在此基礎(chǔ)上，借助Secaterupe技術(shù)將無(wú)人機(jī)所拍攝到的礦山畫(huà)面拼接在一起，這樣就能形成一個(gè)具體的三維礦山地質(zhì)模型。通過(guò)三維礦山地質(zhì)模型，直接將礦山的立體圖像展示出來(lái)。在減少人力和物力方面的非必要投入的同時(shí)，確保礦山實(shí)景測(cè)繪工作的精度和效率。

在提取礦山地質(zhì)信息中，首先要選取相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)。通過(guò)設(shè)定礦山地質(zhì)測(cè)量點(diǎn)參數(shù)，對(duì)礦山地質(zhì)提取的清晰度、完整度以及失真權(quán)值進(jìn)行計(jì)算。礦山地質(zhì)信息提取的具體信息包括地表鉆孔數(shù)據(jù)、地層數(shù)據(jù)、坑探數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)基本上是通過(guò)包含點(diǎn)位信息的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用來(lái)作為三維實(shí)景建模的原始數(shù)據(jù)。

2 三維實(shí)景模型建立

本文以陽(yáng)山金礦為例進(jìn)行三維實(shí)景建模。前期主要收集研究區(qū)的地形圖、地質(zhì)剖面圖、勘探線剖面圖、鉆孔柱狀圖等資料。礦區(qū)內(nèi)地形圖數(shù)據(jù)主要應(yīng)用在地表模型的建立上。通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)地質(zhì)剖面及勘探線剖面采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)測(cè)，可準(zhǔn)確展示各個(gè)地質(zhì)體的地理位置和空間分布特征，提取礦區(qū)內(nèi)的地球化學(xué)異常、蝕變帶信息。同時(shí)，創(chuàng)建礦山地質(zhì)資料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是礦山三維實(shí)景模型建立的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)中包括4種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：鉆孔測(cè)斜數(shù)據(jù)、鉆孔樣品分析數(shù)據(jù)、鉆孔巖性數(shù)據(jù)、鉆孔坐標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)信息可以隨時(shí)更新，使三維實(shí)景模型建立更加準(zhǔn)確。

3 地質(zhì)找礦的變量信息提取

此次研究選擇了陽(yáng)山金礦帶安壩礦段進(jìn)行找礦信息提取，并對(duì)該區(qū)域三維實(shí)景模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。陽(yáng)山金礦破碎帶為近東西走向，長(zhǎng)度在2000m范圍內(nèi)，傾角60°，故本次模型建立的預(yù)測(cè)區(qū)域?qū)捈s2km，長(zhǎng)約3km。在工作中將不同地質(zhì)單元所含單元塊數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，作為礦山信息預(yù)測(cè)中的變量。地質(zhì)找礦中變量信息的提取可以分離所建模型中的干擾信息，所以變量信息的提取需要以地質(zhì)條件控礦作用定量化為導(dǎo)向，以礦床實(shí)際勘探資料為原始數(shù)據(jù)，通過(guò)地質(zhì)體和地質(zhì)場(chǎng)進(jìn)行三維實(shí)景建模，提取礦山地質(zhì)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)指標(biāo)，建立地質(zhì)找礦指標(biāo)變量到礦化分布指標(biāo)變量映射關(guān)系的礦化分布模型，利用礦山所處的空間位置與斷裂面的關(guān)系，提取出勘探線剖面鉆孔信息。本次預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)了礦段10條勘探線剖面的鉆孔原生暈信息，找出了地球化學(xué)元素異常下限。根據(jù)三維實(shí)景建模圖可以看出礦體主要賦存在構(gòu)造破碎帶內(nèi)部，可為礦區(qū)內(nèi)蝕變帶找礦提供一定依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于無(wú)人機(jī)測(cè)量的巨大優(yōu)勢(shì)，以三維實(shí)景建模為基礎(chǔ)，依托陽(yáng)山金礦地質(zhì)勘探工作為實(shí)例，重點(diǎn)對(duì)地質(zhì)找礦中變量信息提取方面進(jìn)行研究。無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模得出的礦山地質(zhì)信息可根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，提高效率，實(shí)現(xiàn)礦山信息資源共享，對(duì)于指導(dǎo)礦山地質(zhì)勘探、投資及決策分析具有非常深遠(yuǎn)的意義，能夠切實(shí)為實(shí)際礦山地質(zhì)勘探工作帶來(lái)一定的幫助。