孫莎莎

（北京中色地科測(cè)繪有限公司，北京 101300）

三維全景技術(shù)是一種將圖像進(jìn)行數(shù)字化處理的技術(shù)，其中該技術(shù)的基礎(chǔ)就是全景圖像。全景圖像即利用無(wú)人機(jī)對(duì)所需要探測(cè)的區(qū)域進(jìn)行環(huán)繞型拍攝，將所采集到的圖像信息進(jìn)行融合和拼接，然后實(shí)現(xiàn)圖像的三維實(shí)景瀏覽，該技術(shù)目前常用于一些復(fù)雜類(lèi)型礦區(qū)的信息采集[1]。因此，本文設(shè)計(jì)了借助三維全景技術(shù)采集礦山信息的系統(tǒng)?，F(xiàn)有的信息采集技術(shù)存在建模難度大、工作量大的問(wèn)題，而3D全景技術(shù)可以通過(guò)圖像自動(dòng)拼接的方式批量合成三維實(shí)景圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的快速建模，大大減少建模工作量。在降低成本的同時(shí)，顯得更加真實(shí)直觀，后期數(shù)據(jù)更新也將更加方便快捷[2]。基于3D全景技術(shù)的智慧礦山信息采集系統(tǒng)可以直觀地了解和觀察礦山地形和礦山現(xiàn)場(chǎng)信息，為礦山設(shè)計(jì)提供良好的環(huán)境，也可以幫助專(zhuān)家判斷各種原始數(shù)據(jù)，作出正確的決策。

1 數(shù)據(jù)采集設(shè)備選取

（1）多光譜傳感器。根據(jù)需要研究的礦區(qū)地形，本文選取了多光譜傳感器，該傳感器可以應(yīng)用于復(fù)雜地形的數(shù)據(jù)采集，多光譜傳感器最鮮明的特點(diǎn)就是其鏡頭的分光不同，選取的傳感器類(lèi)型有單鏡頭和多鏡頭。選取的原則主要根據(jù)其使用的環(huán)境來(lái)綜合判斷，如果采集數(shù)據(jù)時(shí)，需要采集的地區(qū)需要使用高空進(jìn)行采集，這種情況下就需要采用多鏡頭進(jìn)行采集，相對(duì)來(lái)說(shuō)，多鏡頭比單鏡頭優(yōu)勢(shì)明顯，其在高點(diǎn)和低點(diǎn)均可以進(jìn)行采集，而單鏡頭使用的環(huán)境比較單一。此次選用的是德國(guó)公司生產(chǎn)的多光譜傳感器，其因輕便且分辨率高被廣泛應(yīng)用于礦山數(shù)據(jù)信息采集工作中，其收集面非常廣，可以采集到很多不連續(xù)的光譜段，可以有效解決圖像信息提取率低的問(wèn)題。

（2）多旋翼無(wú)人機(jī)。目前信息采集使用的無(wú)人機(jī)有很多種類(lèi)型，常見(jiàn)的無(wú)人機(jī)類(lèi)型有無(wú)人直升機(jī)，傘翼機(jī)等，本文選取的是多旋翼無(wú)人機(jī)，多旋翼無(wú)人機(jī)體積小、重量輕，可以自由懸停，且不需要彈射器、發(fā)射架進(jìn)行發(fā)射。多旋翼無(wú)人機(jī)完全符合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，可以將數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建的更加完整，方便數(shù)據(jù)的采集和調(diào)試，多旋翼無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行多方面采集輸出，保證數(shù)據(jù)采集的環(huán)境。

2 智慧礦山信息采集終端設(shè)計(jì)

2.1 使用AT指令連接智慧礦山信息采集單元

采集信息的第一步是要與智慧礦山的各個(gè)單元模塊進(jìn)行連接，連接各個(gè)單元的指令本文選取AT指令，該指令可以完美的實(shí)現(xiàn)將各個(gè)信息單元相連，還可以進(jìn)行通信。需要注意的是，每個(gè)指令具有專(zhuān)一型，一個(gè)指令控制區(qū)域也只有一個(gè)，多種反饋是不被允許的，結(jié)尾選用回車(chē)鍵，指令與功能連接圖如圖1所示。

圖1 AT指令與功能

如圖1所示，數(shù)據(jù)接收的效率與指令的狀態(tài)有關(guān)，采集數(shù)據(jù)后，各個(gè)指令在指定的接口進(jìn)行統(tǒng)一匯合，系統(tǒng)模塊接收時(shí)只需要在接口進(jìn)行。

2.2 基于三維全景技術(shù)生成智慧礦山信息圖像

目前智慧礦山信息生成圖像的方式主要基于三維全景技術(shù)，該技術(shù)可以進(jìn)行任意場(chǎng)景的融合與拼接，場(chǎng)景圖像的采集采用魚(yú)眼鏡頭在每個(gè)采集點(diǎn)拍攝若干張照片，但是上下需要各有1張，水平位置每旋轉(zhuǎn)90°拍攝1張。

如圖2所示，因?yàn)椴捎玫溺R頭為魚(yú)眼鏡頭，該鏡頭可以確保相鄰2幅圖像間均有重疊的區(qū)域，這樣可以以重疊區(qū)域?yàn)閰⒖寄Ｐ瓦M(jìn)行全景拼接。本研究采用三維全景技術(shù)完成全景圖像的自動(dòng)拼接，處理流程如圖2所示。因在使用傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)遙感影像技術(shù)中圖像特征點(diǎn)匹配存在一定問(wèn)題，文章在礦山信息圖像特征點(diǎn)匹配方法改進(jìn)基礎(chǔ)上，提出了三維全景技術(shù)。

圖2 處理流程

2.3 實(shí)現(xiàn)基于三維全景技術(shù)的智慧礦山信息采集

在該系統(tǒng)中，信息數(shù)據(jù)采集終端利用串口與多光譜傳感器連接，從傳感器獲取生產(chǎn)設(shè)備或其他方面的信號(hào)，經(jīng)過(guò)終端設(shè)備的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)組，由監(jiān)控中心對(duì)所有采集到的信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。智慧礦山信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的傳輸、信息自動(dòng)采集等方面處理，具體如下：

（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)全面感知。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)的基本途徑是對(duì)生產(chǎn)流程的全面監(jiān)測(cè)，而承擔(dān)監(jiān)測(cè)工作的是大量數(shù)據(jù)采集終端和傳感器。這些傳感器負(fù)責(zé)從采集對(duì)象處獲得物理量，由終端設(shè)備負(fù)責(zé)定時(shí)采集。

（2）傳感器兼容性好。數(shù)據(jù)的種類(lèi)不同，所需要的傳感設(shè)備也不同，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能利用更多的傳感器就能夠豐富可采集數(shù)據(jù)的形式和內(nèi)容。

（3）信息傳遞可靠。數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可以由有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)組成。無(wú)論是哪一種形式的網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)的完整、快速傳遞到監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)組，是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罱K目標(biāo)。因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種連接了終端的智慧礦山專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。

2.4 智慧礦山信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景

智慧礦山信息采集系統(tǒng)有效解決了礦山開(kāi)采相關(guān)地質(zhì)信息跟蹤模擬、動(dòng)態(tài)圖像更新問(wèn)題。礦企進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí)，需逐步向更深區(qū)域進(jìn)行采掘，基于三維全景技術(shù)的礦山信息采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)持續(xù)更新，此種方便快捷的更新機(jī)制更利于礦山作業(yè)人員掌握工作區(qū)域?qū)嶋H變化情況，針對(duì)變動(dòng)狀況做出真實(shí)反映。通過(guò)對(duì)礦山作業(yè)人員定位，掌握人員的作業(yè)行為；礦山信息圖像特征點(diǎn)高度匹配，可確保作業(yè)場(chǎng)所與所設(shè)定開(kāi)采區(qū)域相一致，另外系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械設(shè)備實(shí)施管理，便于礦山作業(yè)人員查看設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，判斷設(shè)備運(yùn)行情況。

3 實(shí)驗(yàn)

為了檢測(cè)本文設(shè)計(jì)的基于三維全景技術(shù)的智慧礦山信息采集系統(tǒng)是否能準(zhǔn)確有效的采集智慧礦山的信息，且其與傳統(tǒng)的信息采集系統(tǒng)相比是否具有明顯的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)如下。

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。在本實(shí)驗(yàn)中，全景瀏覽是使用PTViewer進(jìn)行的。PT-Viewer是用JAVA語(yǔ)言編寫(xiě)的開(kāi)源全景瀏覽組件，可以在任何支持JAVA APPLET的瀏覽器上運(yùn)行。遠(yuǎn)景、近景、左右景、頂視圖都可以形成多個(gè)場(chǎng)景。熱點(diǎn)之間的切換是熱點(diǎn)交互的一個(gè)特征。PT-Viewer使用球體來(lái)投影水平遮擋的全景圖像。垂直范圍可以是介于兩者之間的任何值。在球面投影平面的放大視圖中，水平軸和垂直軸與視角成正比，PT-Viewer的圖像可以通過(guò)編程方式加密，加密后的圖像無(wú)法被標(biāo)準(zhǔn)圖形程序讀取。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論。隨機(jī)選取了7塊智慧礦山地形，分別采用傳統(tǒng)的基于無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的信息采集系統(tǒng)和本文設(shè)計(jì)的基于三維全景技術(shù)的智慧礦山信息采集系統(tǒng)分別進(jìn)行信息采集，檢測(cè)其采集完全部區(qū)域所用的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，本文設(shè)計(jì)的智慧礦山信息采集系統(tǒng)能有效準(zhǔn)確地采集智慧礦山信息，且與傳統(tǒng)的方法相比，消耗的時(shí)間更少，因此具有省時(shí)性。

智慧礦山信息采集具有抽象性、宏觀性和綜合性，應(yīng)用三維全景技術(shù)可以直接獲取礦山宏觀信息和微觀信息，如智慧礦山的環(huán)境信息、基礎(chǔ)設(shè)施布局等。與傳統(tǒng)的技術(shù)相比三維全景技術(shù)可從不同層次全面掌握礦山地形情況，輔助完成智慧礦山信息圖像采集。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的基于三維全景技術(shù)的智慧礦山信息采集系統(tǒng)可以有效地采集智慧礦山的信息，對(duì)礦山地形信息研究具有重要的意義，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明其所用時(shí)間低于傳統(tǒng)的方法，因此具有省時(shí)性，有一定的推廣價(jià)值，但由于礦山地區(qū)的地形錯(cuò)綜復(fù)雜，面對(duì)不同地形時(shí)可能結(jié)果會(huì)產(chǎn)生微小變化，因此需要在后續(xù)的應(yīng)用中進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)。