基于非接觸測(cè)量技術(shù)的邊坡點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取

鄧一　邱淑豪　張愷　周燁

摘 要：本文利用無(wú)人機(jī)及三維激光掃描儀來(lái)獲取邊坡點(diǎn)云數(shù)據(jù)，主要講述非接觸測(cè)量技術(shù)在邊坡地質(zhì)信息拾取中的作業(yè)流程及便利性。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);三維激光掃描儀;點(diǎn)云數(shù)據(jù)

1 總述

非接觸測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的新技術(shù)，它包括數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)和激光掃描技術(shù)[1]。數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)方面使用較多的是無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，通過(guò)拍攝影像數(shù)據(jù)提供地形地貌特征;而激光掃描技術(shù)方面使用最多的則為地面三維激光掃描儀，可直接獲取反映邊坡表面地質(zhì)信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

本文將以楊家山隧道某處邊坡為例，采用無(wú)人機(jī)與三維激光掃描儀獲取邊坡表面地質(zhì)信息，探討如何將非接觸測(cè)量技術(shù)用在地質(zhì)信息獲取上。

2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方式

2.1 無(wú)人機(jī)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)

本文用大疆無(wú)人機(jī)獲取邊坡影像數(shù)據(jù)，應(yīng)用Pix4D mapper軟件進(jìn)行影像數(shù)據(jù)處理。使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行三維地質(zhì)模型獲取的一般作業(yè)流程為：現(xiàn)場(chǎng)踏勘、航線規(guī)劃、飛行作業(yè)、數(shù)據(jù)后處理。

（1）現(xiàn)場(chǎng)踏勘：該邊坡長(zhǎng)度大概有200m，坡頂坡底相對(duì)高差大概有100m，邊坡兩端各有一部分延伸出去的斜坡。由于靠近坡底的位置有幾個(gè)較大的水池與圍欄，步行難以靠近，人工測(cè)量巖體結(jié)構(gòu)面非常困難，所以采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影的技術(shù)來(lái)獲取邊坡表面地質(zhì)信息數(shù)據(jù)。

（2）航線規(guī)劃：在地面控制站軟件中進(jìn)行航線規(guī)劃，航向重疊率為70%，旁向重疊率為50%，飛行相對(duì)高度為110m，航線總長(zhǎng)度為1554m，飛行時(shí)間為10min，覆蓋整個(gè)巖質(zhì)邊坡。如圖1所示。

（3）飛行作業(yè)：本試驗(yàn)用大疆無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行作業(yè)，在地面控制點(diǎn)上設(shè)定無(wú)人機(jī)飛行航線，利用無(wú)人機(jī)的自動(dòng)飛行模式進(jìn)行傾斜攝影，從而獲取邊坡表面的數(shù)字航攝影片。

（4）數(shù)據(jù)處理：整理本次航線所采集的航攝相片，使用無(wú)人機(jī)配套的數(shù)據(jù)處理軟件Pix4D mapper來(lái)提取每張相片的影像數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成地理信息產(chǎn)品，如圖2（a）所示。

2.2 三維激光掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)

根據(jù)掃描目的與精度要求，結(jié)合邊坡周邊環(huán)境，考慮到Topcon三維激光掃描儀獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用遠(yuǎn)景掃描，架三個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)的位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布設(shè)，力求掃描范圍較大，遮擋物較少。每站掃描完成后，檢查點(diǎn)云數(shù)據(jù)是否完整，確保最后得到精確可靠的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，每?jī)烧军c(diǎn)掃描到的點(diǎn)云重復(fù)部分應(yīng)大于掃描范圍的百分之三十，以便后期能準(zhǔn)確地進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接。采用該三維激光掃描儀配套的后處理軟件Scan Master對(duì)掃描到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接以得到完整的邊坡表面地質(zhì)信息。該處邊坡掃描到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖2（b）所示。

2.3 兩種點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方式對(duì)比

地面三維激光掃描儀以其靈活快速、非接觸測(cè)量的方式，可以解決山陡危險(xiǎn)地形的掃描，并且可以快速得到高精度的測(cè)量成果，然而使用三維激光掃描儀獲取邊坡地質(zhì)信息，在特殊復(fù)雜的地形條件下，無(wú)法找到合適的觀測(cè)地點(diǎn)以架設(shè)儀器。并且在實(shí)際工程應(yīng)用中，山坡頂部、階梯等容易成為掃描盲區(qū)，測(cè)區(qū)情形往往比較惡劣，多植被、深谷，三維激光對(duì)植被過(guò)濾效果有限，導(dǎo)致獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)空洞較多。

無(wú)人機(jī)航測(cè)以其操作簡(jiǎn)便、機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)勢(shì)在地形復(fù)雜的山區(qū)中應(yīng)用較多，相對(duì)三維激光掃描儀，無(wú)人機(jī)幾乎不存在測(cè)量盲區(qū)，且體積較小、攜帶方便，只是在精度上較三維激光掃描儀低。所以在大部分情況下我們優(yōu)先選用無(wú)人機(jī)來(lái)獲取地質(zhì)信息數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以楊家山隧道某邊坡為研究對(duì)象，采用無(wú)人機(jī)與三維激光掃描儀獲取該邊坡表面三維地質(zhì)信息，研究非接觸測(cè)量技術(shù)相比傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明：

（1）和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式相比，非接觸測(cè)量技術(shù)擁有非接觸性、數(shù)字化程度高、采集信息量大等特點(diǎn)。用三維激光掃描儀與無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)來(lái)采集地質(zhì)信息數(shù)據(jù)是值得提倡的。

（2）無(wú)人機(jī)與三維激光掃描儀以其靈活快速、非接觸測(cè)量的特點(diǎn)均可快速獲得大量地質(zhì)信息數(shù)據(jù)。三維激光掃描儀在實(shí)際工程應(yīng)用中，遇到坡體復(fù)雜的情況，會(huì)出現(xiàn)架站困難、掃描盲區(qū)過(guò)多的問題，導(dǎo)致獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)空洞較多。而無(wú)人機(jī)相對(duì)于三維激光掃描儀，具有體積較小、攜帶方便的特點(diǎn)，且在獲取圖像信息的過(guò)程中幾乎不存在盲區(qū)，所以在實(shí)際應(yīng)用中采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)較好。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊帆，董景利，薛偉，等.三維激光掃描技術(shù)及其相關(guān)軟件在建模方面的應(yīng)用[J].地礦測(cè)繪，2012，28（03）：21-23+29.