矿山低空航空摄影测量中多源数据融合方法研究

吴 锋

（国家电投新疆哈密丝路坤元能源有限责任公司，新疆 哈密 839000）

随着社会的快速发展，对于矿产资源的新需求量不断增加，受到这样的大环境影响，矿产资源的开发程度不断加深。在此过程中，不仅在勘测过程中对矿山地质情况进行分析是十分必要的，在开采过程中，地质数据的监测结果也是对施工进行调整的重要依据。对于矿山地质信息的采集，可应用的方法较多，但随着现代技术的不断发展，数据采集方式更加便捷[1]。其中通过低空航拍是应用较为广泛的一种手段，其可以实现对矿山地势变化、地质特征等综合因素的全面采集。在此基础上，对于采集到的多源数据进行有效融合是实现对数据有效利用的基础，对于该问题，已有学者做出了相关的研究。其中张杨燚[2]等人以霍尔三维模型构建的数据需求为基础，对数据融合进行研究，并制定出了具体的融合策略与融合规则；但融合精度仍有提升空间；刘瑀[3]等人对声呐探测，历史测量图，人工点测量数据进行融合研究，并依据融合结果绘制的实际地形图，但绘制结果并不理性。因此对于多源数据融合方法的研究还有一定的上升空间。

基于此，本文提出矿山低空航空摄影测量中多源数据融合方法研究。充分考虑了现代数据采集的主流趋势，将航拍图像结果作为融合信息，提高该方法的实际应用价值。通过该研究，以期为实际的生产提供有价值的参考。

1 数据配准

在对多源数据进行融合时，考虑到航拍的数据涉及多个同质或异质采集角度，需要对数据进行预处理。

当采集结果为异质时，需对获得的多种数据类型进行统一，使数据转化于同一时空框架中，确保转化后的数据具有相同类型的表示方式，便于后续对数据的融合处理。首先，要对数据的时间进行对准处理，其可表示为：

其中，s表示采集影像数据的属性，t表示数据的采集时间，通过这样的方式，将影像中信息在时间上进行统一。

在此基础上，对数据的空间进行对准处理，本文通过坐标变换的方式实现这一目标，其可以表示为：

其中，(xs,ys,zs)表示影像资料中数据的相对空间坐标，λ表示变换系数，f表示数据在空间中的坐标参量。

当采集结果为同质时，则只需要经数据按照公式（1）进行时间进行对准即可，以此确保数据融合过程中不会因为时间冲突造成融合率低的问题。

2 建立数据相关关系

由于受到采集结果自身误差、环境噪声等的影响，目标量测会出现不可靠，不准确的现象，使融合精度下降的问题。因此本文通过对数据之间建立相关关系的方式降低干扰因素对采集结果的影响，降低数据结果的误差提高数据的可靠性，为保证融合结果能够更加准确地反映真实目标状态打下基础。为此，本文建立了数据相关矩阵，建立数据间的相关关系。

设数据的采集结果是由n个相互独立且不同位置的影像采集结果组成的，在拍摄干扰未知情况下，对参数干扰强度进行检测，量测方程式表示为：

其中，c表示采集到的数据信息，H表示数据的具体参数，γ表示干扰强度，D(c)表示矿山实际数据参数。

在此基础上，对相邻时间的数据采集结果的可靠程度I进行计算，其表述为：

其中，Hi(c)表示连续时刻的数据采集结果，i=1,2,3,…,n，当I>1是认为数据具有一定的可靠度，但存在干扰影响，当0>I>1时，认为采集结果受干扰程度较大，不具有实际意义，对其进行过滤处理；当I=0时，认为数据为受干扰因素影响，具有较高的可靠性。

在此基础上，将采集结果与实际结果之间存在较小差异、相互支持度高的数据作为基础数据，建立相关关系。

首先，利用式(5)三元联系数计算方法计算不同时刻采集结果观测值之间的联系度P。

通过在建立相关关系，减少由于数据差异化程度较大引起的错误融合，同时避免由于数据冲突导致的融合结果不唯一的情况发生。

3 数据融合

在上述基础上，对数据进行融合处理。首先，根据多源数据的空间坐标参数，对数据进行叠加汇聚，将矿山地质多源数据转化为形式化的、计算机可读的内容。对于结构化数据，主要指数值型数据和数据库。其含有明确的表名、对象名，以及严格的属性与值对应关系，因此在融合时，将其作为对矿山地质数据描述的框架，实现从关系到概念的映射；对于半结构化数据，主要是指类报表、HTML和XML等结构较为规范、变化范围较大的数据。对于此，本文将其转化为结构化数据进行描述，以结构化数据的方式对其参数值进行融合，并嵌入到上述建立的地质数据框架中；对于非结构化数据，尤其是矿山地质多源数据大部分都是非结构化数据，因此本文以标签的形式对其进行归类，并依赖于自然语言对数据进行处理，如信息描述、实体识别和内容分析；针对航拍摄影作品的图像特征，借助多媒体内容识别技术，对其数据信息进行进一步细致提取，并嵌入到已经构建的矿山地质数据框架中，使数据结果更加全面，提高融合的精准程度。

4 试验测试

为了对本文提出的数据融合方法进行分析，进行了试验测试。同时，为了提高试验结果的可靠性，分别采用文献[2]和文献[3]提出的数据融合方法同时进行试验，以此提高对数据结果分析的准确性。

4.1 试验环境

本文以某矿山低空航空摄影采集到的数据为试验数据，根据采集结果可以明显观察到矿山的部分区域存在坍塌结构，断裂交错情况较为复杂，褶皱构造形态弱化明显，在低凹地区，形成了以积水潭形式为主的水源结构，河流成规则的带状分布支路河流极少，具体数据如表1所示，分别通过三种数据融合方法对采集到的数据进行融合。

表1 矿山低空航空摄影采集数据结果

4.2 试验结果

为了实现对融合结果的量化分析，本文以融合的数据为制图依据，分别绘制矿山地质图，其结果如图1所示。

图1 不同融合数据地质图绘制结果

从图1中可以看出，对比三种方法的融合护具的绘制结果，本文方法的地质图像在完整度、清晰度上均有良好表现。图中的标识的位置为地理信息模糊的部分，在文献[2]和文献[3]方法中均出现了该情况。而本文方法绘制的地质信息三维图像中，未出现该情况，说明本文提出方法的数据融合效果具有较高的精度和准确度，可以实现对多源数据的有效匹配和融合。这主要是因为本文方法实现了对数据的时间和空间参数进行统一，因此避免了由于数据冲突引起的融合准确率低的问题。

5 结语

随着矿山开采程度以及规模的增加，真实可靠的矿山地质信息成为了施工过程中越来越重要的决策依据。对于多元数据的有效融合是提高数据可靠性的关键。本文提出矿山低空航空摄影测量中多源数据融合方法研究，实现了对数据的高精度融合，采用该方法融合的数据绘制的三维地质图像具有较高的清晰度和完整度，具有较高的实际应用价值。通过该研究，以期为矿山地质环境数据的处理提供有价值的参考，为矿山勘查和开采工作提供帮助。