露天矿山智能网络视频三维动态监管与预警
二〇二二年十二月
南京隽图科技有限公司
一、概述
露天开采矿山全面数字化、信息化、智能化生产与监管，是未来发展趋势。
◆各省露天矿山占比高，矿山数量多、地处偏远、分散，对监管工作提出了新的挑战。
◆传统地面方法：劳动强度大、费时费力、效率低、风险大；
◆无人机摄影测量/无人机LiDAR：数据获取代价较高、自动化水平低、耗时长；
◆矿山现有摄像头视频，仅限用于人员、设备2D监控，无法实现矿山储量三维动态监管；
智能网络视频三维动态监管技术优势：
（1）基于物联网技术，数据采取效率高，可实现矿山全天候、无人值守三维动态监测；
（2）具有非接触式、面域数据采集、信息丰富、形象直观等优势；
（3）充分利用矿山现有监控摄像头，成本投入相对较低，数据获取代价低。
一、概述
技术路线：在矿区安装高清摄像头，实时采集矿山视频影像，通过无线传输网络将视频影像自动传输到监测中心服务器，基于摄影测量原理对视频关键帧时序影像进行量测化处理，重建矿区多时相三维立体模型，自动计算、分析矿山储量变化。
研究内容与目标
实现视频影像的矿山三维模型重建；
实现动用储量计算
二、系统研发
远程视频数据采集
海康威视（HIKVISION）
二、系统研发
参数设置模块
立体摄像机参数设置
矿界坐标录入
坐标转换参数设置
二、系统研发
数字化建模模块
地图矢量化与三维建模
地形图矢量化三维建模
终了设计图矢量化三维建模
二、系统研发
储量计算分析模块
通过多时相DEM叠加计算动态储量
三、应用实例
测区概况：湖北省荆门市紫岗矿业（范围 1km×1km，海拔140~320m ）。
1#摄像头抓拍影像
2#摄像头抓拍影像
像幅大小：3840×2160像素（800万像素）；摄影基线：58.7m；拍摄距离：300~700m。
三、应用实例
视频影像处理结果
视频重建实景三维模型
三、应用实例
视频重建数字表面模型(DSM)（空间分辨率 0.1m）
三、应用实例
精度验证：
无人机倾斜摄影建立的实景三维模型
仿地飞行，相对航高约100m，拍摄范围约1.3k×1.4km。原始影像平均地面分辨率优于0.03m/p
与高精度无人机监测成果对比验证
三、应用实例
视频实景三维模型与无人机实景三维模型叠加分析
精度对比验证
三、应用实例
视频实景三维模型与无人机实景三维模型叠加分析
三、应用实例
DSM叠加三维可视化（红色：无人机DSM；绿色：视频DSM）
三、应用实例
△hi=Hi-Hi′
矿山总储量计算结果统计
矿山动态储量监测误差统计（设年剥离量100万m3）
高程误差统计（点数：1294万）
四、总结与展望
首次尝试采用视频监测露采矿山三维形态，提出了一种露采矿山视频三维监测方法，创建了矿山视频三维监测的技术框架和理论方法体系，实现对露采矿山的面域、持续、无人值守、远程全自动化监测，三维地形建模相对误差小于1%，储量监测相对误差可达1%以内，精度可满足矿山储量动态监测的精度要求。
主要创新点包括：
（1）提出一种旋转单基线摄影模式的露采矿山三维监测方法，采用普通双摄像头实现对露采矿山的面域、持续、无人值守、远程全自动化监测；
（2）提出一种免惯导、免三维控制点的视频序列影像光束法空中三角测量方法，精确解算物像空间相对位置和姿态参数，为矿山地形三维重建提供基本参数。
四、总结与展望
应用前景
◆直观的监视和记录现场的实时情况，为各种事故的发生提供了第一手的视频资料，为后续的事故处理提供可靠证据；
◆通过时序影像三维重建，实时监测矿山储量的变化，对越界开采等非法行为进行预警；
◆随着摄像机传感器技术的发展，视频三维重建的精度也将逐步提高，可进一步应用于矿山地质灾害、自然灾害监测预警等领域，具有良好的推广前景。
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