摘要：随着社会的发展，我国的无人机工程的发展也有了很大的改善。在高陡边坡的地质调查中，测量岩体结构面的工作经常受到复杂地形的限制无法正常开展，急需一种全方位的精确测量技术。结合近年来低空低速小型无人机技术的快速发展，使用搭载单镜头的小型无人机，基于多视立体视觉算法（PMVS）和运动结构恢复算法（SfM）对目标物进行三维重建，通过现场试验和数据后处理，总结出了一套无人机摄影测量技术在高陡边坡地质调查中的应用方法，并得到了初步的研究结论：轻小型的单镜头多旋翼无人机能够采集到有效的地形数据，在三维点云中处理使用基于最小二乘法的平面拟合算法，可以提取出准确的结构面参数，进一步将这些结构面绘制在赤平极射投影图中，能实现高陡边坡的数字化岩体产状测量。
关键词：无人机摄影测量；高陡边坡地质调查；应用分析
引言
在高陡边坡地质调查过程当中，基于复杂的地形因素等影响，致使岩体结构面测量工作难以顺利进行开展。基于此情况下，传统的测量方式已经无法满足当前的测量需要，而先进的小型无人机摄影测量技术不断的发展，并且凭借其强大的应用优势，在高陡边坡地质调查的应用，成功的弥补了传统测量技术存在的缺陷与不足。尤其近些年来，搭载单镜头的小型无人机的应用，并且根据多视立体视觉算法等辅助，成功的实现了对目标物的三维重建。通过无人机摄影测量技术对现场进行航拍，总结出了一套较为严密的无人机摄影测量方法，本文主要分析了无人机摄影测量技术在高陡边坡地质调查的应用。
1倾斜摄影测量在高陡边坡地质调查的重要性
传统航空摄影测量在进行数据收集时，主要采用大型固定无人机搭载的相机进行操作。当前这种固定翼飞机不但拥有着较为广阔的覆盖范围，而且实际的飞行速度相对较快。基于传统航空摄影测量的优势，在大场景的地形测量中得到了极为广泛的应用。由于高坡边坡所处的地形环境较为复杂化，在加上高坡工程具有一定的局限性，致使其不能够为无人机起降提供较为合适的场所。基于当前这种情况下，大型固定无人机无法投入使用，而轻小型的单镜头电动多旋翼无人机更适合于当前这种操作环境当中。
2倾斜摄影测量在高陡边坡地质调查中的应用
2.1立体视觉的三维建模
相对于单镜头无人机而言，只能够获取单方向单张数字相片。受到小型无人机搭载重量影响，导致其搭载较小画幅的相机。然后在根据相应的序列与间隔，进行相片采集工作。基于多视立体视觉原理进行重建目标物的三维模型。而多视立体视觉原理的三维重建算法，能够在二维影像中对相机拍摄位置、以及目标场景的稀疏几何结构进行恢复。具体体现在以下几个方面的流程：其一，特征点提取。由于无人机拍摄相片存在的缺陷，致使传统的拍摄方式难以提取到纹理特征、以及几何特征等。基于此情况下，可通过尺度不变的特征点提取算法进行操作，该方法不但具备放缩、旋转等功能，而且还能够抗拒一定光照的变化。该方法在实际的应用过程当中，主要分为以下几个步骤：首先，根据实际拍摄需要，建立无人机航摄影像的尺度空间。而后在进行在尺度空间进行极值点搜索。最后，将这些搜索点作为提取点进行提取。其二，影像匹配：在SIFT算法的实施过程当中，如若单纯的依靠该方法，则必然会影响影响匹配的速度。因此，为了提高其速度，则需要对无人机采集图像进行相应的设置，以此来辅助其建立影像间的拓扑结构。通常情况下，主要运用无人机采集图像中囊括的GPS坐标位置数据，或者姿态角数据进行影像的辅助建立。而后可以通过最为临近方法进行图像对应关系的寻找。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其三，运动恢复结构：在此过程当中，可以根据相机成像原理，在空间坐标中投影相片中的像点。然后在定义误差函数为重点投影误差的平方和。然后根据基本的运算程序，计算出目标函数，最后在通过稀疏光束法平差法进行逐步迭代，通过该方法逐渐将观测点与投影点间的投影误差进行最小化。通过该方法将相机的位姿与场景的三维点坐标计算出来。
2.2现场试验数据采集处理
通过对高坡进行实际数据测量，并且使用无人机倾斜摄影测量技术，不但可以提高测量数据的准确性，而且还能够实现测量三维模型的大量数据。在使用无人机倾斜摄影测量技术的过程当中，需要严格执行以下流程：现场踏勘、航线规划、飞行作业、以及数据后处理。具体包括以下几个方面内容：其一，现场踏勘。现场踏勘主要是为了对测量现场进行实地勘查，了解现场的地形地貌、具体的地理环境特征，根据现场高坡的实际情况，坡度的大小、走向等综合方面因素，进行选择适当的测量方案。只有做好现场踏勘，才能够确保测量数据的准确性。其二，航线规划。在地面进行航线规划的过程当中，首先将航线的重叠率控制在百分之七十，同时要严格控制好其旁向重叠率。此外，还需要设定其航线的总长度，无人机在实际测量中需要飞行的设定时间，并且要做到飞机要覆盖整个设定的航线，覆盖整个高坡。其三，飞行作业：在实际的飞行作业当中，测量单位要根据实际情况，设定符合实际情况的飞行作业飞机，然后利用无人机飞控的自动飞行模式，根据当前预先设定的飞行路线，进行全程自动飞行。以此来对拍摄区进行数据收集。其四，数据处理：根据处理流程对航拍的数据信息进行整理，获取到航线采集的航摄相片，从中获取到预定的数据信息。
2.3数字化结构面产状测量
由无人机倾斜摄影测量的一系列流程所获得了稠密点云数据，在点云数据中岩体结构面被抽象为数以百万记的三维坐标点，其空间几何特征信息赋存其中。点云数据的三维坐标计算参照系为无人机搭载的GPS传感器所获取的空间三维坐标系，即通用的WGS84大地坐标系，因此，这些点云信息包含着岩体结构几乎所有的外部几何特征，可以对点云数据所重建的虚拟的岩体结构面进行识别与提取。通过观察可以发现，本测区中的三维点云数据可以很好地反映结构面的出露几何形态。大部分产状稳定的结构面在三维点云数据中特征明显，表现为一个规整的平面，很容易在三维图像上进行准确识别，可以采用直接判识的方式进行结构面提取。对于三维点云数据中明显的出露面，通过多点拟合的方法，选取具有代表性、起伏度小的点云数据。
3数字化结构面产状测量
通过发挥无人机倾斜摄影测量技术的优势，获取到了一系列的点云数据。在点云数据中岩体结构面被抽象为数以百万记的三维坐标点，而在点云数据的三维坐标计算过程当中，可以完全参照无人机搭载的GPS传感器获取到的数据。因此，当前这些点云数据囊括了大量的岩体结构特征，进而识别出点云数据的所重建的虚拟岩体结构。通过对当前的数据信息进分析可得出，通过三维点云数据可以清晰的反映出结构面的形态。并且绝大部分的稳定结构都可以在三维点云数据中清晰的展现出来。此外，三维点云数据表现为整体的平面，能够准确的在三维图像上进行有效的识别出来。
结语
综上所述，基于当前高陡边坡测量工程而言，通过使用无人机摄影测量技术的应用，再加上运动结构恢复算法、以及多视立体视觉算法等算法的应用，成功的寻找到了在岩体结构面的测量当中，无人机倾斜摄影测量技术的应用方法，进一步总结了该技术、该方法在高陡边坡测量中的优势，极大的提高了实际测量的真确性。
参考文献:
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论文作者:金利彪
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/27
标签：无人机论文; 测量论文; 数据论文; 结构论文; 坡地论文; 算法论文; 技术论文; 《防护工程》2019年第7期论文;