基于多旋翼飛控平臺的巖體節(jié)理信息提取研究

雷永順 李 飛 王文軍 鄔 金，3 徐 帥

（1.甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司，甘肅嘉峪關(guān)735100；2.東北大學(xué)深部金屬礦山安全開采教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，遼寧沈陽110819；3.遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院工商管理學(xué)院，遼寧沈陽110161）

巖體結(jié)構(gòu)面是決定巖體穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。巖體結(jié)構(gòu)面中規(guī)模相對較小、分布較集中的稱為節(jié)理裂隙，其產(chǎn)狀、形態(tài)及其相互間的排列組合關(guān)系直接影響區(qū)域巖體的力學(xué)效應(yīng)和巖體工程穩(wěn)定性［1］。因此，準(zhǔn)確、快速、全面地采集節(jié)理信息數(shù)據(jù)對于地質(zhì)勘察，工程設(shè)計、評價和施工都有重要意義［2］。隨著工程地質(zhì)等領(lǐng)域相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，巖體結(jié)構(gòu)面信息采集方法也在不斷進(jìn)步。采集方法按照工作人員操作方式的不同可分為接觸式巖體結(jié)構(gòu)面信息采集法與非接觸式巖體結(jié)構(gòu)面信息采集法。

接觸式巖體結(jié)構(gòu)面信息采集法主要包括測窗、測線法和羅盤量測法。接觸式測量方法需要測量人員手持設(shè)備接觸工程巖面采集節(jié)理裂隙信息，工作量大、勞動強(qiáng)度高、費(fèi)時費(fèi)力，在高邊坡等危險環(huán)境中，測量工作存在較大風(fēng)險，并且數(shù)據(jù)精度受測量人員主觀因素影響較大［3］。針對上述不足，近年來國內(nèi)相關(guān)專家學(xué)者提出了改進(jìn)方案，黃磊等［4］基于測窗、測線法數(shù)據(jù)提出了巖體結(jié)構(gòu)面直徑的新算法，對結(jié)構(gòu)面信息采集結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計優(yōu)化；王貴賓等［5］擴(kuò)展了測線法統(tǒng)計節(jié)理平均跡長的理論基礎(chǔ)，采用擴(kuò)展的測線法統(tǒng)計了巖體節(jié)理的平均跡長，效果較好；萬斌等［6］通過修正磁偏角和控制鐵器影響范圍，減小了現(xiàn)場環(huán)境對羅盤工具的影響，進(jìn)而減小了羅盤測量法的誤差。上述工作只是從數(shù)據(jù)處理、誤差修正等方面對測量方法進(jìn)行優(yōu)化，未能從根本上解決接觸式測量法存在的工作量大、數(shù)據(jù)統(tǒng)計易受人為因素影響的問題。

非接觸式巖體結(jié)構(gòu)面信息采集法主要包括三維激光掃描法和攝影測量法，該類方法無需測量人員手持設(shè)備接觸工程巖面即可完成工程巖面節(jié)理裂隙信息采集工作，已成為巖體結(jié)構(gòu)面信息采集工作的發(fā)展方向。在三維激光掃描方面，國外KOCAK等［7］于1999年首次將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于海底巖層露頭勘察中；2001年，F(xiàn)ENG等［8］提出了應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)測量巖體裸露面的理論方法，并于2003年將其應(yīng)用到巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度和跡線測量中，為該項技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用開創(chuàng)了先河。近年來，國內(nèi)金鑫［9］以邊坡巖體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開展了巖體結(jié)構(gòu)面智能識別系統(tǒng)研究，提高了從復(fù)雜、不規(guī)則點(diǎn)云數(shù)據(jù)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)面表面模型重構(gòu)及優(yōu)勢產(chǎn)狀分組的工作效率；李杰林等［10］為了精確獲取地下巷道的結(jié)構(gòu)面信息，基于三維激光掃描技術(shù)，開展了地下礦山巷道巖體結(jié)構(gòu)面探測及識別研究，通過與傳統(tǒng)測量手段對比，證明了三維激光掃描測量獲取的結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)更豐富、全面且準(zhǔn)確。但相較于攝影測量，三維激光掃描結(jié)果多為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，不利于工程地質(zhì)參數(shù)提取，且由于硬件設(shè)備固有精度及后期數(shù)據(jù)處理等原因，存在操作繁瑣、誤差較大等問題。在攝影測量方面，早在20世紀(jì)70年代ROSS-BROWN等［11］首次應(yīng)用攝影攝像圖片解譯方法對節(jié)理的走向和跡線長度進(jìn)行了測量，測量結(jié)果與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，精度有明顯提升；LAURA等［12］采用高陡邊坡的連續(xù)拍攝圖像與現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行了邊坡動態(tài)監(jiān)測；KIM等［13］通過攝影測量技術(shù)調(diào)查了巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況，并對邊坡破壞模式進(jìn)行了反演分析；王鳳艷等［14］應(yīng)用數(shù)字近景測量技術(shù)在采石場邊坡開展試驗，并提取了邊坡巖體結(jié)構(gòu)面的跡長和產(chǎn)狀等信息。上述應(yīng)用取得了顯著成效，但是，用以進(jìn)行巖體節(jié)理裂隙調(diào)查的攝影設(shè)備普遍較笨重、且受調(diào)查區(qū)域地形環(huán)境及巖體工程施工要求等因素限制，工作人員往往無法深入調(diào)查區(qū)域及時有效地獲取巖體節(jié)理裂隙信息。

無人機(jī)航拍技術(shù)的發(fā)展給地質(zhì)調(diào)查工作提供了新思路。當(dāng)前無人機(jī)航拍視頻圖像的清晰度與分辨率等參數(shù)精度完全可以達(dá)到節(jié)理圖像尺度的識別要求，且輕型無人機(jī)體積小、價格低廉、操作步驟簡單；依靠設(shè)備自帶的定位操作系統(tǒng)，能夠使無人機(jī)輕易抵達(dá)測量人員或其它手持式設(shè)備無法到達(dá)的地質(zhì)勘查區(qū)域開展工作?；诖朔N思路，賈曙光等［15］分析了無人機(jī)航拍技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用，提出了一套使用無人機(jī)采集巖體結(jié)構(gòu)面信息的工作流程；趙明宇等［16］采用無人機(jī)攝影測量技術(shù)獲取巖體結(jié)構(gòu)面信息，提取了結(jié)構(gòu)面二維跡線及產(chǎn)狀等信息；李水清等［17］利用無人機(jī)攝影測量技術(shù)半自動統(tǒng)計了巖體結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀信息，并與人工實(shí)測值進(jìn)行了比較分析，驗證了方法的可行性。上述研究重點(diǎn)在于針對巖體結(jié)構(gòu)面傾角、傾向信息提取，對于結(jié)構(gòu)面三維間距、跡長等關(guān)鍵參數(shù)的統(tǒng)計分析涉及較少，且相應(yīng)工作流程中關(guān)于無人機(jī)現(xiàn)場航拍部分的工作步驟有待進(jìn)一步簡化，后期三維巖體結(jié)構(gòu)模型的建模效果也有待提高。為此，本研究提出一種基于多旋翼飛控平臺的巖體節(jié)理裂隙信息提取方法，通過多旋翼飛控平臺精準(zhǔn)、快速地對局部區(qū)域的節(jié)理裂隙發(fā)育情況進(jìn)行現(xiàn)場航拍調(diào)查，并根據(jù)拍攝圖像開展區(qū)域三維地質(zhì)建模及結(jié)構(gòu)面繪制等工作，快速且有效地提取局部巖體節(jié)理裂隙信息。所提出的巖體節(jié)理調(diào)查方法可以有效降低節(jié)理裂隙調(diào)查工作的工作量、節(jié)省成本，可為大范圍、高精度提取巖體節(jié)理信息提供參考。

1 基于多旋翼飛控平臺的巖體節(jié)理信息提取系統(tǒng)

基于多旋翼飛控平臺的區(qū)域巖體節(jié)理信息提取系統(tǒng)包括多旋翼航拍無人機(jī)、3DF照片建模軟件及Sirovision圖像處理軟件。

1.1 硬件

多旋翼無人機(jī)選用DJI大疆公司新一代消費(fèi)級無人機(jī)御Navic Air 2，飛機(jī)實(shí)物如圖1所示。該款直升機(jī)搭載1/2英寸影像傳感器，可拍攝4 800萬像素的照片及4 K/60FPS（每秒傳輸幀數(shù)（Frames Per Second））MP4格式的視頻，圖傳距離達(dá)10 km。該款無人機(jī)為多旋翼無人機(jī)，可依靠多個旋翼產(chǎn)生的升力來平衡飛行器自身重力；通過改變每個旋翼的轉(zhuǎn)速來控制飛行器姿態(tài)，使無人機(jī)實(shí)現(xiàn)垂直起降、懸停拍攝并在一定速度范圍內(nèi)以任意姿態(tài)飛行拍攝［18］。

1.2 軟件系統(tǒng)

（1）3DF建模軟件。3DF建模軟件由意大利烏迪內(nèi)大學(xué)（University of Udine）下屬的3Dflow軟件公司研發(fā)，是一款可用于攝影測量、真實(shí)感三維建模、三維處理和三維視覺效果展示的商用三維圖片建模軟件，可以利用無人機(jī)航拍獲得的視頻文件，對現(xiàn)場工程巖面進(jìn)行三維虛擬重構(gòu)（圖2（a））。

（2）Sirovision軟件。Sirovision軟件由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）研發(fā)，是一款專門用于開展礦山和巖體工程節(jié)理裂隙調(diào)查及分析研究，繼而輔助開展巖體穩(wěn)定性評價工作的軟件系統(tǒng)（圖2（b））。

1.3 系統(tǒng)工作流程

基于多旋翼飛控平臺的巖體節(jié)理裂隙信息提取系統(tǒng)工作流程包含外業(yè)測量與內(nèi)業(yè)建模兩部分，作業(yè)流程如圖3所示。外業(yè)測量是指多旋翼無人機(jī)飛控平臺按照規(guī)劃好的航拍線路，對工程巖面進(jìn)行結(jié)構(gòu)面信息采集工作；詳細(xì)劃分為勘察節(jié)理調(diào)查區(qū)域、規(guī)劃無人機(jī)航拍路線、布置坐標(biāo)控制點(diǎn)以及無人機(jī)現(xiàn)場航拍4個部分。巖體工程現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，為保證無人機(jī)獲得清晰的航拍圖像，完整記錄巖體結(jié)構(gòu)面信息，保證后期建模效果，盡可能選取節(jié)理裂隙發(fā)育特征明顯、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀具有代表性的工程巖面展開調(diào)查；按照無人機(jī)航拍高度、拍攝距離及待測工程巖面面積等參數(shù)合理規(guī)劃無人機(jī)航拍路線；在待測工程巖面上布置坐標(biāo)控制點(diǎn)，并利用測繪設(shè)備讀取控制點(diǎn)三維坐標(biāo)，便于后期提取結(jié)構(gòu)面空間信息；無人機(jī)拍攝時應(yīng)預(yù)先排除車輛、人員、工業(yè)設(shè)備等干擾因素，保證良好的巖體結(jié)構(gòu)面勘探環(huán)境。

內(nèi)業(yè)建模是指利用航拍視頻數(shù)據(jù)重構(gòu)工程巖面的三維模型，進(jìn)行節(jié)理裂隙信息提取工作，包括航拍視頻數(shù)據(jù)處理、重構(gòu)區(qū)域巖體三維模型、三維模型坐標(biāo)真實(shí)化以及節(jié)理裂隙信息提取4個部分。航拍得到的原始視頻數(shù)據(jù)需要按實(shí)際要求拆分為數(shù)量不等的圖片數(shù)據(jù)，才能利用圖片建模技術(shù)重構(gòu)巖體三維模型。重構(gòu)模型的優(yōu)劣性在很大程度上依賴航拍視頻的質(zhì)量，對于建模失敗或質(zhì)量無法滿足節(jié)理信息提取要求的模型，需排查外業(yè)測量流程中的各個環(huán)節(jié)，重新進(jìn)行航拍測量，直到模型滿足后續(xù)工作要求。為精確統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面走向、傾向等產(chǎn)狀信息，將現(xiàn)場布設(shè)的控制點(diǎn)坐標(biāo)信息導(dǎo)入生成的三維模型，使模型空間信息與工程巖面信息（走向、傾向）相匹配。在模型表面進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)面繪制時，軟件將根據(jù)繪制結(jié)果自動提取巖體結(jié)構(gòu)面信息，并對結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與分布特征進(jìn)行統(tǒng)計分析。

1.4 系統(tǒng)特點(diǎn)

相比于當(dāng)前其它節(jié)理裂隙調(diào)查系統(tǒng)，基于多旋翼飛控平臺的巖體節(jié)理裂隙信息提取系統(tǒng)特點(diǎn)為：①方便快捷地測繪現(xiàn)場巖體結(jié)構(gòu)，采集節(jié)理裂隙信息，降低工人的工作量；②實(shí)現(xiàn)無接觸測繪，可在保障工作人員安全的同時擴(kuò)大測繪范圍；③快速詳盡地對巖體結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，并生成相應(yīng)的調(diào)查報告；④方便巖體結(jié)構(gòu)面信息管理，為后續(xù)巖體穩(wěn)定性分析和質(zhì)量分級工作奠定基礎(chǔ)。

2 關(guān)鍵技術(shù)問題研究

2.1 區(qū)域節(jié)理巖體無人機(jī)視頻采集

如圖4（a）所示，無人機(jī)在對工程巖面進(jìn)行視頻圖像采集過程中，應(yīng)按照無人機(jī)拍攝距離L與拍攝工程巖面高度S等條件設(shè)計合理的航拍計劃。整個航拍工作過程應(yīng)遵守以下兩個原則：①應(yīng)確保無人機(jī)航拍的視頻圖像完整清晰地記錄待測工程巖面信息，便于下一步區(qū)域巖體建模得到蘊(yùn)含完整節(jié)理信息的巖體三維模型；②如圖4（b）所示，應(yīng)在待拍攝工程巖面上預(yù)先選定坐標(biāo)控制區(qū)域，在該區(qū)域預(yù)先布置3個控制點(diǎn)；控制點(diǎn)1、2、3分別以“叉”、“點(diǎn)”、“圈叉”來進(jìn)行標(biāo)記區(qū)分，相互間距盡量控制在1～2 m以內(nèi)，現(xiàn)場通過RTK與免棱鏡激光全站儀等測量設(shè)備獲取3個控制點(diǎn)的（X、Y、Z）空間坐標(biāo)信息以完成對工程巖面的空間坐標(biāo)定位；根據(jù)3點(diǎn)確定1個空間平面的原理獲取待測工程巖面的尺寸、傾角等信息，便于后期模型的三維坐標(biāo)真實(shí)化。

系統(tǒng)采用大疆御2無人機(jī)作為航拍攝影平臺。經(jīng)測試，在開展節(jié)理信息采集工作時，拍攝視頻的分辨率達(dá)到3 840×2 160（4 K）、幀率采用60FPS、無人機(jī)飛行速度控制在1 m/s左右時，拍攝的工程巖面視頻效果較好，圖像上的巖體節(jié)理特征及分布狀態(tài)清晰可見，后期可實(shí)現(xiàn)良好的巖體三維建模效果。

2.2 基于航拍視頻的節(jié)理巖體模型虛擬重構(gòu)

如圖5所示，將無人機(jī)航拍生成的MP4格式視頻文件導(dǎo)入3DF圖像三維建模軟件中，利用圖像建模技術(shù)構(gòu)建區(qū)域巖體三維模型。其主要工作步驟如下：

（1）視頻分割為圖像集。將現(xiàn)場無人機(jī)航拍視頻導(dǎo)入3DF軟件中，通過人工修改FPS提取參數(shù)將航拍視頻分割為數(shù)量不等的圖片集。其中FPS提取參數(shù)設(shè)置越大，分割的圖片集數(shù)量就越多，越能為后續(xù)模型重構(gòu)提供更多的圖片樣本，達(dá)到更好的建模效果，但相對應(yīng)的模型重構(gòu)所需時間也就越長，對于計算機(jī)GPU處理能力的要求也就越高。經(jīng)測試，一般將FPS提取參數(shù)設(shè)置為2，分割的圖片集數(shù)量即可滿足后期的圖像建模要求。

（2）圖像識別和自動拼接。3DF軟件可從多幅二維圖像中計算所需重構(gòu)模型的三維特征點(diǎn)，并以三維特征點(diǎn)為基礎(chǔ)，以導(dǎo)入的原始視頻數(shù)據(jù)為參考，自動進(jìn)行圖像拼接與拍攝場景的三維模型重構(gòu)，最終生成測點(diǎn)區(qū)域的3D模型。

（3）模型坐標(biāo)真實(shí)化。在3DF軟件內(nèi)輸入現(xiàn)場布設(shè)的控制點(diǎn)坐標(biāo)，對生成的巖體表面3D模型進(jìn)行坐標(biāo)真實(shí)化，使模型尺寸和空間分布狀況（模型的空間傾向、走向）與真實(shí)的工程巖體環(huán)境相對應(yīng)，為進(jìn)一步進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)信息繪制與統(tǒng)計分析提供基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)。

重構(gòu)完成的節(jié)理巖體三維模型應(yīng)滿足如下幾點(diǎn)要求，方可進(jìn)行下一步巖體節(jié)理裂隙信息的提取與統(tǒng)計。

（1）導(dǎo)入控制點(diǎn)坐標(biāo)信息后的巖面模型不應(yīng)出現(xiàn)明顯的模型區(qū)域錯位、反轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，應(yīng)保持與現(xiàn)場工程巖面一致的空間分布形態(tài)。

（2）生成的三維模型上的節(jié)理特征及分布信息應(yīng)清晰可見，盡量保持模型整體的完整性，即模型上不應(yīng)出現(xiàn)明顯的漏洞、破損等錯誤區(qū)域。

（3）工程巖面模型構(gòu)建后，應(yīng)正常導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)PLY格式的三維mesh模型與三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型，便于后期節(jié)理裂隙信息提取與統(tǒng)計。

2.3 巖體節(jié)理裂隙信息提取與統(tǒng)計

利用Sirovision圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行巖體節(jié)理信息提取。如圖6所示，在已生成的測點(diǎn)3D模型表面，采用人工識別方法進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)繪制，系統(tǒng)具體操作流程可參考文獻(xiàn)［19-20］所提出的基于Sirovision的節(jié)理巖體調(diào)查方法。最終得到包括各個節(jié)理面的中心點(diǎn)坐標(biāo)信息（X、Y、Z坐標(biāo)）、節(jié)理傾角信息（Dip）、節(jié)理傾向信息（Dip Direction）、跡線長度信息（Persistence）等節(jié)理產(chǎn)狀與分布信息。

2.4 系統(tǒng)精度驗證

基于上述分析可知，該節(jié)理信息提取系統(tǒng)的精度誤差主要存在于：①重構(gòu)所得區(qū)域巖體三維模型自身精度；②在三維模型上提取巖體節(jié)理裂隙信息的精度。兩者共同決定該系統(tǒng)對巖體結(jié)構(gòu)面信息的提取效果。

為驗證系統(tǒng)重構(gòu)得到的三維模型精度，采用如圖7（圖中坐標(biāo)點(diǎn)“×—·”、“·—?”、“?—×”之間的距離為“b”、“c”、“a”，坐標(biāo)點(diǎn)“×”、“·”、“?”對應(yīng)的夾角為“ α”、“β”、“γ”）所示方法統(tǒng)計3組三維模型上各控制點(diǎn)間的距離、夾角參數(shù)，通過與現(xiàn)場利用羅盤、卡尺等工具獲得的實(shí)測參數(shù)進(jìn)行對比，驗證系統(tǒng)所建工程巖面三維模型的精度與可靠性，數(shù)據(jù)對比結(jié)果如表1所示。

由表1可知：系統(tǒng)測得模型坐標(biāo)點(diǎn)距離、夾角等參數(shù)與現(xiàn)場實(shí)際測量值十分接近，說明系統(tǒng)所建模型與實(shí)際工程巖面之間有一致的空間信息，可用來進(jìn)行下一步的結(jié)構(gòu)面信息提取工作。

為驗證系統(tǒng)在三維模型上提取的巖體節(jié)理裂隙信息的可靠性，分別對同一工程巖面上選定的3組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀信息進(jìn)行現(xiàn)場勘察測量和三維模型結(jié)構(gòu)面信息提取。兩者對比結(jié)果見表2。

由表2可知：系統(tǒng)提取所得結(jié)構(gòu)面參數(shù)值與現(xiàn)場采用羅盤等設(shè)備獲得的實(shí)際量測值十分接近，驗證了本系統(tǒng)提取的結(jié)構(gòu)面信息數(shù)據(jù)的有效性。

3 工程應(yīng)用

鏡鐵山鐵礦黑溝礦區(qū)礦體形態(tài)簡單、厚度較大，采用露天方式進(jìn)行開采。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造為向斜構(gòu)造，屬次級褶皺，并為數(shù)條斷層所切割，巖層經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用普遍發(fā)生劈裂，節(jié)理較發(fā)育。為保障礦區(qū)安全生產(chǎn)、分析邊坡穩(wěn)定狀態(tài)，掌握礦區(qū)真實(shí)的巖體結(jié)構(gòu)信息，開展了黑溝礦區(qū)工程巖體節(jié)理裂隙調(diào)查工作。

本研究以礦區(qū)北翼3 760 m水平局部邊坡為例進(jìn)行節(jié)理裂隙調(diào)查。該區(qū)域邊坡高度15 m，調(diào)查區(qū)域空間跨度達(dá)71 m。采用大疆御2多旋翼無人機(jī)，拍攝視頻的分辨率達(dá)到4 K（3 840×2 160），幀率采用60 FPS，將無人機(jī)的飛行速度控制在1 m/s左右，按照預(yù)先規(guī)劃的無人機(jī)視頻采集路線對該區(qū)域進(jìn)行航拍得到視頻圖像?？傆嫼臅r2 min，即可完成對當(dāng)前區(qū)域的視頻數(shù)據(jù)采集工作。

按照如圖3所示的節(jié)理裂隙信息提取流程，將拍攝的原始視頻數(shù)據(jù)重構(gòu)得到如圖8所示的該區(qū)域三維殼體模型。在該模型基礎(chǔ)上繪制120處結(jié)構(gòu)面，總結(jié)上述結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息，得到如圖9所示的巖體節(jié)理產(chǎn)狀分布極點(diǎn)圖（圖9（a））、玫瑰花圖（圖9（b））以及等密度圖（圖9（c））。根據(jù)數(shù)據(jù)聚類結(jié)果可知，在該區(qū)域范圍內(nèi)存在2組主節(jié)理（優(yōu)勢節(jié)理）和1組隨機(jī)節(jié)理方向。其中第1組優(yōu)勢節(jié)理產(chǎn)狀為傾角66.1°、傾向159.9°，第2組優(yōu)勢節(jié)理產(chǎn)狀為傾角40.1°、傾向178.6°。該區(qū)域的三維模型重構(gòu)與節(jié)理信息提取工作共用時1 h，經(jīng)后期現(xiàn)場勘察驗證，所得到的節(jié)理信息提取結(jié)果符合該區(qū)域節(jié)理分布的實(shí)際情況，滿足節(jié)理信息采集工作需要。

4 結(jié) 論

（1）提出了通過無人機(jī)航拍采集現(xiàn)場節(jié)理巖體的視頻數(shù)據(jù)，利用3DF軟件進(jìn)行節(jié)理巖體模型三維重構(gòu)，基于Sirovision軟件開展巖體節(jié)理信息提取與統(tǒng)計分析的巖體節(jié)理信息提取方法。該方法可以快速且有效地提取局部巖體節(jié)理裂隙信息，降低工人勞動強(qiáng)度，在保障測量人員安全的同時，提高節(jié)理調(diào)查工作的推廣覆蓋范圍和精細(xì)化程度。

（2）無人機(jī)航拍開展現(xiàn)場節(jié)理信息采集時，控制無人機(jī)以1 m/s的飛行速度勻速飛行，按照預(yù)先規(guī)劃的航拍路線進(jìn)行拍攝。拍攝視頻的分辨率達(dá)到4 K（3 840×2 160）、幀率采用60 FPS時，獲得的區(qū)域巖體視頻圖像可以精確構(gòu)建大范圍、高精度的巖體三維模型，有效支持節(jié)理信息提取工作。

（3）黑溝礦區(qū)露天邊坡節(jié)理裂隙調(diào)查結(jié)果反映出本研究提出的節(jié)理裂隙信息提取方法合理有效，可實(shí)現(xiàn)露天邊坡節(jié)理信息的精細(xì)調(diào)查。但受光照和飛行安全限制，地下空間等狹窄復(fù)雜空間環(huán)境下的巖體節(jié)理信息采集效果有待驗證。