基于多源數(shù)據(jù)融合的礦山大比例尺地形圖測(cè)繪方法研究

礦山地形圖測(cè)繪是礦山工程建設(shè)和資源勘查過(guò)程中必不可少的重要工作，傳統(tǒng)的大比例尺地形圖測(cè)繪具有人工采集數(shù)據(jù)繁瑣、外業(yè)工作量大、人力和物力資源投入大、受限制條件多、成本高和作業(yè)周期長(zhǎng)的弊端，且所獲數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，導(dǎo)致地形圖的成圖效果低，嚴(yán)重的限制了礦山工程快速建設(shè)的基本需求，同時(shí)傳統(tǒng)的地形圖測(cè)繪對(duì)后期數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合入庫(kù)等影響較大

。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文介紹了基于多源數(shù)據(jù)融合的方法某礦山大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用，為快速獲取礦山大比例尺地形圖提供參考。

1 技術(shù)流程

多源數(shù)據(jù)融合方法在礦山大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用主要流程見(jiàn)圖1所示。在獲取研究區(qū)具體位置的基礎(chǔ)上，選擇地面控制點(diǎn)及靜態(tài)GPS聯(lián)測(cè)等工作，并編制相應(yīng)的航飛計(jì)劃，選擇良好天氣條件下進(jìn)行航空拍攝，采集LiDAR數(shù)據(jù)。每次飛行所獲影像數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)檢查，對(duì)出現(xiàn)漏飛、影像數(shù)據(jù)質(zhì)量差的區(qū)域需要進(jìn)行補(bǔ)飛或者重飛處理。航飛結(jié)束后，應(yīng)立即對(duì)所獲點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及POS數(shù)據(jù)等核查，若數(shù)據(jù)無(wú)誤，則可采用IMU、GPS聯(lián)合解算，最終得到可進(jìn)一步處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和DOM數(shù)據(jù)等。

2 主要操作方法

2.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

點(diǎn)云數(shù)據(jù)是生產(chǎn)數(shù)字線(xiàn)劃圖的基礎(chǔ)，其預(yù)處理過(guò)程對(duì)提高地形圖精度具有明顯的影響。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理一般按照點(diǎn)云分揀等將冗余的數(shù)據(jù)剔除，如噪音點(diǎn)、飛點(diǎn)以及低點(diǎn)

。由于本次航飛是根據(jù)不同的航帶執(zhí)行飛行任務(wù)，當(dāng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)重疊概率超過(guò)百分之三十，出現(xiàn)了一定數(shù)量的重復(fù)數(shù)據(jù)，且該類(lèi)型的數(shù)據(jù)精度相對(duì)較低。此時(shí)，為了消除航帶重疊區(qū)冗余數(shù)據(jù)對(duì)精度的影響等，需要進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理，將費(fèi)地面點(diǎn)等按照統(tǒng)一格式分類(lèi)，能夠有效地的降低對(duì)正常數(shù)據(jù)的干擾。

所以，處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的目標(biāo)是將采集文件進(jìn)行有效分類(lèi)，也是消除冗余數(shù)據(jù)的主要措施。

2.2 點(diǎn)云自動(dòng)濾波

此時(shí)，需要通過(guò)一定的算法將噪聲點(diǎn)去除，才能獲得更高精度的地形圖。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的去噪處理方法主要包括：①可采用剔除低點(diǎn)、飛點(diǎn)等方法將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的大多數(shù)噪聲點(diǎn)剔除；②運(yùn)用人機(jī)交互的方式去除點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲點(diǎn)

。

此外，DEM產(chǎn)品生產(chǎn)之前需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，上述操作是在點(diǎn)云數(shù)據(jù)無(wú)誤的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作。同時(shí)，由于在獲取點(diǎn)云過(guò)程中所測(cè)繪的面積往往比實(shí)際面積較大，故要先進(jìn)行裁切及裁邊檢查，合格后才可生產(chǎn)規(guī)則的DEM產(chǎn)品。

根據(jù)上文的描述可知，點(diǎn)云自動(dòng)濾波應(yīng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的工作：①如下工作內(nèi)容：數(shù)據(jù)自動(dòng)分類(lèi)精準(zhǔn)但出現(xiàn)了點(diǎn)云數(shù)據(jù)低于周?chē)匚锲骄叱厅c(diǎn)數(shù)值，多見(jiàn)于比較狹窄或者地物面積小的區(qū)域，由于反射點(diǎn)數(shù)量少且分布不均勻，故在處理過(guò)程中應(yīng)按照地物中心點(diǎn)高程與周邊其它點(diǎn)高程值比較，若明顯低于其它地物點(diǎn)，則將該點(diǎn)分離出去；②分離空中點(diǎn)（是指高程明顯低于周邊平均高程，且在地面以上的點(diǎn)），若在搜索周邊一定半徑范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，部分點(diǎn)的平均高程明顯高于周邊其它點(diǎn)云數(shù)據(jù)，且與平均高程值之間的差大于給定的閾值時(shí)，可將其作為空中點(diǎn)從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中剔除，如塔尖、草垛等；③分離地面點(diǎn)，按照三角網(wǎng)TIN模型迭代分類(lèi)算法將地面點(diǎn)分離出來(lái)。

2.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪處理

點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分主要是以生成數(shù)字表面模型為標(biāo)準(zhǔn)。將冗余及噪聲的數(shù)據(jù)篩選出后，剩下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可直接生成DSM，而數(shù)字高程模型（DEM）是在DSM的基礎(chǔ)上提出了非地面點(diǎn)而生成的模型，該類(lèi)非地面點(diǎn)主要包括水域點(diǎn)云、建筑物點(diǎn)云、架空橋梁點(diǎn)云等。由上可知，在對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)劃分時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：①將與地面點(diǎn)相互連接的道路、水系以及臺(tái)階等地物保留；②將明顯高于地面點(diǎn)的高塔、建筑物以及架空橋梁等從地面點(diǎn)中剔除；③將面積較大的水域，一般置平處理；④若所獲DEM產(chǎn)品的網(wǎng)格大于地物尺寸時(shí)，可將該地物忽略。如礦山生活區(qū)臨近河道的DEM產(chǎn)品（圖3）。

將點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分過(guò)程也可稱(chēng)之為點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)濾波，工作原理為依照相關(guān)參照物體的形狀特征、反射強(qiáng)度、回波次數(shù)等，運(yùn)用算法計(jì)算各地物點(diǎn)的數(shù)據(jù)自動(dòng)提取過(guò)程，主要依據(jù)有：①裸露基巖僅有一次回波，其反射點(diǎn)就是地面點(diǎn)；②植被發(fā)育區(qū)域因遮擋等造成多次回波，故一般情況下最后一次回波的反射點(diǎn)應(yīng)為正常的地面點(diǎn)。所以，可以斷定點(diǎn)云數(shù)據(jù)的劃分主要是依據(jù)回波特征，計(jì)算出地物坡面閾值，直至獲取正常的地面點(diǎn)為止。

2.4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分

點(diǎn)云數(shù)據(jù)在預(yù)處理和自動(dòng)濾波處理后雖然顯著的減少了點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的冗余數(shù)據(jù)，如重復(fù)數(shù)據(jù)、飛點(diǎn)和噪聲點(diǎn)等。但是，由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取過(guò)程中形成的多源融合數(shù)據(jù)仍然具有不同成因的噪聲點(diǎn)，且該類(lèi)噪聲點(diǎn)多與設(shè)備的系統(tǒng)誤差以及被測(cè)地物的物理性質(zhì)等密切相關(guān)。

2.5 DEM成果

按照Churchill開(kāi)發(fā)新量表的程序，本研究在系統(tǒng)梳理相關(guān)經(jīng)典文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析、界定了高校創(chuàng)新能力的內(nèi)涵與外延，構(gòu)建了高校創(chuàng)新能力的題項(xiàng)池。［13］本文首先使用SPSS軟件對(duì)81份調(diào)查問(wèn)卷中的創(chuàng)新能力測(cè)量題項(xiàng)進(jìn)行了探索性因子分析，見(jiàn)表1。其中，因子提取方法是主成分分析法，旋轉(zhuǎn)方法為方差最大法，最終析出了5個(gè)因子。所有題項(xiàng)的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率是68．5%，每個(gè)題項(xiàng)的相應(yīng)因子載荷均大于0．5的閾值，且交叉載荷不顯著，本測(cè)量模型中5因子結(jié)構(gòu)的高校創(chuàng)新能力與理論模型相吻合。

DEM成果的制作是快速獲取數(shù)字線(xiàn)劃圖（DLG）的基礎(chǔ)。因此，制作DEM產(chǎn)品是礦山大比例尺地形圖測(cè)繪的主要過(guò)程之一。因此，生成數(shù)字高程模型（DEM）是至關(guān)重要的。DEM生成過(guò)程中所需要的點(diǎn)云數(shù)據(jù)主要包括兩部分內(nèi)容，一是地面點(diǎn)數(shù)據(jù)，二是斷裂線(xiàn)數(shù)據(jù)。上述兩種點(diǎn)云數(shù)據(jù)在點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)分類(lèi)和人工精細(xì)分類(lèi)過(guò)程中均以Ground類(lèi)點(diǎn)云和斷裂輔助線(xiàn)數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)，故在生產(chǎn)DEM產(chǎn)品過(guò)程中僅需要提取Ground類(lèi)點(diǎn)云和斷裂輔助線(xiàn)數(shù)據(jù)兩個(gè)文件就可自動(dòng)生成，其方法有兩個(gè)：一是在Ground類(lèi)點(diǎn)云輸出中選擇點(diǎn)云形成數(shù)字高程模型，二是在LiDAR-DP軟件中有效運(yùn)用斷裂線(xiàn)輔助數(shù)據(jù)，設(shè)定分類(lèi)間隔為兩米距離網(wǎng)格點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

在完成上述操作的基礎(chǔ)上，就可進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的采集操作，是生產(chǎn)大比例尺地形圖的最后環(huán)節(jié)，也是形成地形圖成果的重要部分。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的采集包括自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和手動(dòng)數(shù)據(jù)采集，前者是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入至相應(yīng)的軟件系統(tǒng)中，按照地形圖編輯要素，可自動(dòng)生成初始的數(shù)字線(xiàn)劃圖（DLG）（圖4）。同時(shí)，等高距的大小應(yīng)根據(jù)輸出比例尺要求做適當(dāng)調(diào)整，以盡可能反映地形的微地貌為基本原則。在數(shù)字線(xiàn)劃圖生成之后，需要采集地理注記點(diǎn)等信息，此時(shí)可以初步以自動(dòng)數(shù)據(jù)采集方式生成注記點(diǎn)，再通過(guò)手動(dòng)數(shù)據(jù)采集功能調(diào)整注記點(diǎn)的密度，以能夠滿(mǎn)足地形圖順利閱讀和確保注記點(diǎn)布局合理為宜，即地形圖中的注記點(diǎn)不宜過(guò)于稀疏也不宜過(guò)于稠密。

在鼻胃鏡可通過(guò)狹窄病變的病例中，利用鼻胃鏡成功輔助完成46例消化道狹窄內(nèi)鏡下治療，成功率100%。在食管癌中，行16例支架置入/調(diào)整術(shù)，2例光動(dòng)力治療；食管術(shù)后吻合口狹窄中，行5例支架置入術(shù)，2例吻合口狹窄擴(kuò)張術(shù)，1例引流管置入術(shù)，1例光動(dòng)力治療術(shù)；食管外壓性狹窄中，行1例支架置入術(shù)；食管不明原因性狹窄中，行1例擴(kuò)張術(shù)。胃癌中，行7例支架置入術(shù)，1例腸梗阻導(dǎo)管置入術(shù)；胃術(shù)后吻合口狹窄中，行2例支架置入術(shù)，1例營(yíng)養(yǎng)管置入術(shù)。結(jié)直腸癌中，行4例支架置入術(shù)，2例腸梗阻導(dǎo)管置入術(shù)(表6)。

2.6 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集

對(duì)于方言的定義，有研究者提出這樣一個(gè)政治檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：語(yǔ)言是官方確定的全國(guó)通用語(yǔ)，而方言則不是。這一檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)排斥了屬于語(yǔ)言范疇的語(yǔ)言。按照這一說(shuō)法，少數(shù)民族的語(yǔ)言可能得不到官方的承認(rèn)，如果因此就把屬于不同語(yǔ)系的一種語(yǔ)言看成是方言，那是滑稽可笑的。

此外，若點(diǎn)云數(shù)據(jù)局部區(qū)域數(shù)據(jù)較少，可以通過(guò)補(bǔ)測(cè)或者重測(cè)進(jìn)行解決，以滿(mǎn)足大比例尺地形圖精度要求為主。在完成上述操作的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)字線(xiàn)劃圖進(jìn)行編輯加工，制作圖名、圖框、圖例等必要要素，同時(shí)整飾圖面，就可提交最終的成果文件，即礦山大比例尺地形圖。

從廣州出發(fā)飛 行了16個(gè)小時(shí)，再坐上2小時(shí)的大巴，穿越一片片平坦開(kāi)闊的葡萄園、橄欖園，路過(guò)一棟棟白色或淺黃色的石屋，終于抵達(dá)普利亞產(chǎn)區(qū)的中心城市：曼杜里亞。此時(shí)接近正午，陽(yáng)光正好，清勁的海風(fēng)撲面而來(lái)，一下子驅(qū)散了長(zhǎng)途旅行的不適。空氣中彌漫著橄欖香、泥土香，暖暖的，非常愜意。放眼望去，都是狹窄的石頭街道、古老的石頭房子和教堂，街上行人寥寥。

無(wú)菌環(huán)境下，采集患病雞的少量新鮮糞便，放置在載玻片上，滴加1滴生理鹽水，混合均勻后蓋上蓋玻片，在低倍顯微鏡下觀察，可觀察到呈現(xiàn)卵圓形的球蟲(chóng)卵囊。采集上述病死雞典型病變腸道組織，輕輕刮取病變較為明顯的腸道黏膜表層物放置在載玻片上，加同等量的甘油和生理鹽水混合物，蓋上蓋玻片后，在低倍顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)存在圓形的裂殖體和裂殖子[2]。無(wú)菌環(huán)境下采集患病雞排出的新鮮糞便10 g，用10倍飽和食鹽水稀釋?zhuān)浞只旌虾?，靜置30 min，用玻璃棒蘸取表面液膜，抖落在載玻片上，在低倍顯微鏡下觀察，可以發(fā)現(xiàn)有卵圓形的球蟲(chóng)卵囊存在。

3 測(cè)量精度對(duì)比

為了分析多元數(shù)據(jù)融合方法在大比例尺地形圖制作中的精度，隨著的獲取了5個(gè)點(diǎn)的全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)和該5點(diǎn)處周邊點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平均值，其結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知：使用多元數(shù)據(jù)融合方法所點(diǎn)的三維坐標(biāo)與全站儀所測(cè)的三維坐標(biāo)基本一致，其精度完全滿(mǎn)足1/2000大比例尺地形圖測(cè)量的精度要求，說(shuō)明多元數(shù)據(jù)融合方法能夠滿(mǎn)足礦山大比例尺地形圖測(cè)量的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，多元數(shù)據(jù)融合方法是在礦山大比例尺地形測(cè)圖中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不僅所獲的地形圖精度高，能夠滿(mǎn)足礦山應(yīng)用實(shí)際需要，而且具有成圖快、周期短、成本低和效率高等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)方面比傳統(tǒng)測(cè)量方法更具優(yōu)勢(shì)。因此，該技術(shù)可以在相似礦山生產(chǎn)中應(yīng)用。

[1]于笑雨.基于機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)的DEM獲取和精度影響因素分析——以沈陽(yáng)攝區(qū)為例[J].城市勘測(cè),2021(06):95-99.

[2]黃妙華.基于多源數(shù)據(jù)融合的大比例尺地形圖制作方法研究[J].智能城市,2021,7(11):55-56.

[3]李雪健,張潤(rùn)廷,杜勇志,田羽.無(wú)人機(jī)機(jī)載LIDAR系統(tǒng)在高寒露天煤礦測(cè)量驗(yàn)收中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2020(21):97-100.