無人機攝影測量在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應用分析

葉培鵬

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心青海總隊，青海 西寧 810000）

1 傾斜攝影測量在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應用

傳統(tǒng)航空攝影測量在進行數(shù)據(jù)收集時，主要采用大型固定無人機搭載的相機進行操作。當前這種固定翼飛機不但擁有著較為廣闊的覆蓋范圍，而且實際的飛行速度相對較快。基于傳統(tǒng)航空攝影測量的優(yōu)勢，在大場景的地形測量中得到了極為廣泛的應用。

由于高坡邊坡所處的地形環(huán)境較為復雜化，在加上高坡工程具有一定的局限性，致使其不能夠為無人機起降提供較為合適的場所。

基于當前這種情況下，大型固定無人機無法投入使用，而輕小型的單鏡頭電動多旋翼無人機更適合于當前這種操作環(huán)境當中。

1.1 立體視覺的三維建模

相對于單鏡頭無人機而言，只能夠獲取單方向單張數(shù)字相片。受到小型無人機搭載重量影響，導致其搭載較小畫幅的相機。然后在根據(jù)相應的序列與間隔，進行相片采集工作。

基于多視立體視覺原理進行重建目標物的三維模型。而多視立體視覺原理的三維重建算法，能夠在二維影像中對相機拍攝位置、以及目標場景的稀疏幾何結構進行恢復。具體體現(xiàn)在以下幾個方面的流程：其一，特征點提取。由于無人機拍攝相片存在的缺陷，致使傳統(tǒng)的拍攝方式難以提取到紋理特征、以及幾何特征等?；诖饲闆r下，可通過尺度不變的特征點提取算法進行操作，該方法不但具備放縮、旋轉(zhuǎn)等功能，而且還能夠抗拒一定光照的變化。該方法在實際的應用過程當中，主要分為以下幾個步驟：首先，根據(jù)實際拍攝需要，建立無人機航攝影像的尺度空間。而后在進行在尺度空間進行極值點搜索。最后，將這些搜索點作為提取點進行提取。其二，影像匹配：在SIFT算法的實施過程當中，如若單純的依靠該方法，則必然會影響影響匹配的速度。因此，為了提高其速度，則需要對無人機采集圖像進行相應的設置，以此來輔助其建立影像間的拓撲結構。通常情況下，主要運用無人機采集圖像中囊括的GPS坐標位置數(shù)據(jù)，或者姿態(tài)角數(shù)據(jù)進行影像的輔助建立。而后可以通過最為臨近方法進行圖像對應關系的尋找。其三，運動恢復結構：在此過程當中，可以根據(jù)相機成像原理，在空間坐標中投影相片中的像點。然后在定義誤差函數(shù)為重點投影誤差的平方和[1]。然后根據(jù)基本的運算程序，計算出目標函數(shù)，最后在通過稀疏光束法平差法進行逐步迭代，通過該方法逐漸將觀測點與投影點間的投影誤差進行最小化。通過該方法將相機的位姿與場景的三維點坐標計算出來。

1.2 現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)采集處理

通過對高坡進行實際數(shù)據(jù)測量，并且使用無人機傾斜攝影測量技術，不但可以提高測量數(shù)據(jù)的準確性，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)測量三維模型的大量數(shù)據(jù)。在使用無人機傾斜攝影測量技術的過程當中，需要嚴格執(zhí)行以下流程：現(xiàn)場踏勘、航線規(guī)劃、飛行作業(yè)、以及數(shù)據(jù)后處理。具體包括以下幾個方面內(nèi)容：其一，現(xiàn)場踏勘?，F(xiàn)場踏勘主要是為了對測量現(xiàn)場進行實地勘查，了解現(xiàn)場的地形地貌、具體的地理環(huán)境特征，根據(jù)現(xiàn)場高坡的實際情況，坡度的大小、走向等綜合方面因素，進行選擇適當?shù)臏y量方案。只有做好現(xiàn)場踏勘，才能夠確保測量數(shù)據(jù)的準確性。其二，航線規(guī)劃。在地面進行航線規(guī)劃的過程當中，首先將航線的重疊率控制在百分之七十，同時要嚴格控制好其旁向重疊率。此外，還需要設定其航線的總長度，無人機在實際測量中需要飛行的設定時間，并且要做到飛機要覆蓋整個設定的航線，覆蓋整個高坡。其三，飛行作業(yè)：在實際的飛行作業(yè)當中，測量單位要根據(jù)實際情況，設定符合實際情況的飛行作業(yè)飛機，然后利用無人機飛控的自動飛行模式，根據(jù)當前預先設定的飛行路線，進行全程自動飛行。以此來對拍攝區(qū)進行數(shù)據(jù)收集。其四，數(shù)據(jù)處理：根據(jù)處理流程對航拍的數(shù)據(jù)信息進行整理，獲取到航線采集的航攝相片，從中獲取到預定的數(shù)據(jù)信息。

2 數(shù)字化結構面產(chǎn)狀測量

通過發(fā)揮無人機傾斜攝影測量技術的優(yōu)勢，獲取到了一系列的點云數(shù)據(jù)。在點云數(shù)據(jù)中巖體結構面被抽象為數(shù)以百萬記的三維坐標點[2]，而在點云數(shù)據(jù)的三維坐標計算過程當中，可以完全參照無人機搭載的GPS傳感器獲取到的數(shù)據(jù)。

因此，當前這些點云數(shù)據(jù)囊括了大量的巖體結構特征，進而識別出點云數(shù)據(jù)的所重建的虛擬巖體結構。通過對當前的數(shù)據(jù)信息進分析可得出，通過三維點云數(shù)據(jù)可以清晰的反映出結構面的形態(tài)。并且絕大部分的穩(wěn)定結構都可以在三維點云數(shù)據(jù)中清晰的展現(xiàn)出來。此外，三維點云數(shù)據(jù)表現(xiàn)為整體的平面，能夠準確的在三維圖像上進行有效的識別出來[3]。

3 結語

綜上所述，基于當前高陡邊坡測量工程而言，通過使用無人機攝影測量技術的應用，再加上運動結構恢復算法、以及多視立體視覺算法等算法的應用，成功的尋找到了在巖體結構面的測量當中，無人機傾斜攝影測量技術的應用方法，進一步總結了該技術、該方法在高陡邊坡測量中的優(yōu)勢，極大的提高了實際測量的真確性。