無人機攝影測量在高陡邊坡地質調查中的應用分析

葉培鵬

（中國建筑材料工業地質勘查中心青海總隊，青海 西寧 810000）

1 傾斜攝影測量在高陡邊坡地質調查中的應用

傳統航空攝影測量在進行數據收集時，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。基于傳統航空攝影測量的優勢，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，致使傳統的拍攝方式難以提取到紋理特征、以及幾何特征等。基于此情況下，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坐標位置數據，或者姿態角數據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為重點投影誤差的平方和[1]。然后根據基本的運算程序，計算出目標函數，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 現場試驗數據采集處理

通過對高坡進行實際數據測量，并且使用無人機傾斜攝影測量技術，不但可以提高測量數據的準確性，而且還能夠實現測量三維模型的大量數據。在使用無人機傾斜攝影測量技術的過程當中，需要嚴格執行以下流程：現場踏勘、航線規劃、飛行作業、以及數據后處理。具體包括以下幾個方面內容：其一，現場踏勘。現場踏勘主要是為了對測量現場進行實地勘查，了解現場的地形地貌、具體的地理環境特征，根據現場高坡的實際情況，坡度的大小、走向等綜合方面因素，進行選擇適當的測量方案。只有做好現場踏勘，才能夠確保測量數據的準確性。其二，航線規劃。在地面進行航線規劃的過程當中，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：在實際的飛行作業當中，測量單位要根據實際情況，設定符合實際情況的飛行作業飛機，然后利用無人機飛控的自動飛行模式，根據當前預先設定的飛行路線，進行全程自動飛行。以此來對拍攝區進行數據收集。其四，數據處理：根據處理流程對航拍的數據信息進行整理，獲取到航線采集的航攝相片，從中獲取到預定的數據信息。

2 數字化結構面產狀測量

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

因此，當前這些點云數據囊括了大量的巖體結構特征，進而識別出點云數據的所重建的虛擬巖體結構。通過對當前的數據信息進分析可得出，通過三維點云數據可以清晰的反映出結構面的形態。并且絕大部分的穩定結構都可以在三維點云數據中清晰的展現出來。此外，三維點云數據表現為整體的平面，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勢，極大的提高了實際測量的真確性。