基于無人機傾斜攝影技術的邊坡巡檢研究

邵裕健 史玉峰

摘 要：目前邊坡的巡檢大多采用人工巡檢的方式，時間和經濟消耗很大，且有時難以到達一些環境較為惡劣的地區。本文研究利用低成本無人機傾斜攝影技術對邊坡進行巡檢，該方法能夠快速識別、標注邊坡的病害，對邊坡的信息進行數字化管理，有效提高邊坡巡檢質量。

關鍵詞：無人機; 傾斜攝影; 邊坡巡檢

中圖分類號：TD67? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）8-198-002

1.引言

自然條件下，由于山體邊坡的巖性及地質構造、地形地貌和水文及降雨情況等因素，邊坡常常會發生各種各樣的破壞，如崩塌、滑坡以及由于邊坡失穩引起的位移，這些破壞所造成的危害是極大的，會對生態環境、基礎設施和城市景觀造成威脅。傳統的對于邊坡的人工巡檢具有勞動強度大、效率低、費用高、復雜地區局限性制約等缺點。隨著無人機傾斜攝影測量技術的不斷發展，其在管道、高架線纜、森林火災、公路邊坡等行業巡檢中的應用越來越多。國內外很多學者和研究人員基于無人機傾斜攝影測量技術在相關領域開展研究，Yue[1]等基于無人機智能視覺特征分析方法，構建了用于海洋災害智能檢查的無人機遙感圖像采集模型，利用海洋災害邊緣輪廓特征分解方法對海洋災害進行了智能檢測;Liu[2]等應用無人機飛行器對輸電線路進行了檢查;洪梓銘[3]對輸電線路進行了三維建模，對三維模型的局部進行放大后完成了對輸電線路的巡檢、輸電線路故障的排查;郗來迎[4]完成了輸電線路故障的排查、安全隱患的排除。本文擬采用無人機傾斜攝影技術對大坡度邊坡進行巡檢研究。

2.無人機傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術集遙感傳感器技術、GPS差分技術和POS定位定向技術于一體，并以高效的數據采集設備及快捷的數據處理流程作為其支撐，是一種達到真實效果和測繪級精度的新型技術。無人機傾斜攝影測量系統將多個傳感器安裝在同一個飛行平臺上，從一個垂直和四個傾斜方向采集圖像。傾斜攝影測量不僅可以用于建設地面數字模型和測繪各種地形圖以直觀地描繪地物和地貌，還可以準確地定位出地理位置的信息，同時輸出DEM、DOM、DLG等成果。

無人機傾斜攝影測量數據獲取的過程主要包括：測區資料收集與分析、場地選取、航線設計、航空攝影和質量檢查。傾斜攝影測量數據處理包括預處理、空中三角測量和影像匹配、三維模型構成等。預處理環節主要包括相機的畸變差校正、大氣折光改正、地球曲率改正等。空三加密通常采用前方交會和后方交會，利用影像匹配獲得的控制點坐標，將所有的用于生產的區域放入到這些控制點坐標的坐標系中，得到未知點的坐標和影像的外方位元素。光束法區域網聯合平差是常用的方法，將每個像片作為解算單位，在像控點和像片的公共點的幫助下，把每張像片的光束連接后形成一個完整的區域后通過區域網平差來得到每張像片的外方位元素和加密點坐標。空三完成后進行多視影像密集匹配，根據影像之間的重疊區域可以發現他們之間的位置關系。多視影像匹配的關鍵是在匹配過程中較好地利用冗余信息，用來糾正錯誤的匹配信息，得到精度更高的點云數據。根據密集點云構建不規則三角網來建立三維模型，通過將每一個物體構建三角網來完成整個模型的構建，三角網的大小和密集程度與航片重疊度和地物的復雜程度有一定關聯，重疊度高、地物復雜，則會形成更為復雜的三角網。

3.無人機傾斜攝影測量邊坡巡檢應用分析

以位于南京市龍潭采石場某復墾邊坡為研究對象，研究區域高約120m，土質主要為砂石，圖1為邊坡正面影像。采用大疆PHANTOM 4RTK多旋翼無人機采集研究區域的影像，航線設計參數如表1所示。對采集的影像進行分析處理后，生成研究區域的三維模型如圖2所示，依據該模型可以對其放大進行目視巡檢，發現邊坡病害。另外，應用相關軟件，可以在圖2中三維模型中完成的坐標、距離、面積、體積進行直接測量，可以直接量測邊坡裂縫寬度或下滑長度等。

4.結語

采用無人機傾斜攝影測量技術進行邊坡巡檢，是傳統人工巡檢的很好的替代方式，能夠提高邊坡巡檢的效率，并且能夠產生較大的經濟效益與社會效益，具有廣闊的應用前景。無人機傾斜攝影測量建立的三維模型能夠支持邊坡病害的標注及距離、面積等的測量，為后續的工作提供依據。

*國家自然科學基金：大場景機載點云建筑語義建模（No.41971415）

參考文獻：

[1]Guang Yue， Yutian Pan， Intelligent Inspection of Marine Disasters Based on UAV Intelligent Vision. J. of Coastal Research， 93（sp1）：410-416 （2019）

[2]Zifa Liu， Xinyue Wang ，Yunyang Liu， Application of Unmanned Aerial Vehicle Hangar in Transmission Tower Inspection Considering the Risk Probabilities of Steel Towers. IEEE ACCESS， 2019. 7： p. 159048-159057

[3]洪梓銘.傾斜攝影技術的無人機電力巡檢設計研究[J]電子技術與軟件工程，2020（22）：192-194

[4]郗來迎，趙赫男，王松波，張孝超，馬明陽.基于傾斜攝影技術的無人機電力巡檢設計[J]電子科技，2019，32（05）：85-88