摘要：当今，信息化、智能化、数字化的新技术使原先的高成本、高危险的工作变得简单。高陡边坡地的地质调查即是其中之一。在高陡边坡地进行地质调查是判断地质、矿藏开采、地质灾害调查等方面的关键工作，但是传统皮尺、开挖等调查手段在高陡边坡地进行具有极大危险性，而在信息技术、智能技术的推动下无人机在高陡边坡地的调查中进行摄影测量不仅效果更好，还极大降低调查风险。近年来，有学者指出三维扫描、数字近景摄影等方式进行高陡边坡地的地质调查，但是成本过高笔者不予赞同，而采用成本低的无人机测量。
关键词：无人机摄影；摄影测量；高陡边坡地；地质调查
前言：在高陡边坡地进行施工具有很大危险性，同时对地质要求很高。也正因此，若在高陡边坡地周围、附近施工，就需要针对其进行严格、细致的地质调查以确保其地质条件符合项目施工要求。但是，传统的调查手段需要测绘人员深入到高陡边坡地现场进行调查，并且运用大量笨重工具。而坡地岩石松动、炮孔等都会对进行调查的工作人员产生风险。不仅无法进行正常地质调查，还会使地质工作人员陷入危险。针对此，国内学者提出激光扫描、近景测量两种三维重建理论。但是设备昂贵、测绘需要控制点、没有定位、操作复杂等缺点仍旧存在，故本文提出无人机摄影测量以解决高陡边坡地的地质调查相关问题。
1概述
无人机（UAV）若仅理解为无人驾驶的飞机的话过于浅薄，应当理解为由地面人工操控、无人驾驶的分为民用、军用不同用途的“飞机”。1917年，第一个无人机被应用到军事领域，基本为侦察机、靶机两种，相较于民用具有极高的要求、标准。而民用无人机基本上采取互联网+无人机的模式应用到农业、植物保护、测绘等行业。
随着数码相机体积变小、像素变高，再加之无人机发展成熟使无人机在摄影测量上具有很大舞台。无人机分为多旋翼、固定翼两种。多旋翼无人机具备以下优势：第一，起降要求低，只需要5平方米即可以进行起降。第二，较强灵活性、稳定性。第三，成本低、分表率高。所以，笔者认为应当将多旋翼无人机投入到高陡边坡地的地质调查之中以适应坡地的恶劣环境。
2009年以来，政府开始主导小型无人机的测绘推广工作。诸如陈斯亮的栈道点云模型、臧伟的建筑物建模等都是在无人机的帮助下完成的摄影测量。因此，无人量在测量精度、还原度、效率等方面满足测量要求，也有了大量应用。但是，鲜有学者针对利用无人机进行地质结构面的摄影测量研究，笔者尝试将无人机测量应用到高陡边坡地地质调查之中，展开以下研究。
2倾斜摄影测量的应用
传统的无人机测量选取的是大型固定翼无人机搭载大型相机进行大场景、大规模的测量，固定翼具备速度快、单次测量范围广等优势。但是突出缺点就是分辨率低，但是坡地周围地矿复杂、局限性突出，通常不具有大的高陡边坡地规模、也不具备充足用于固定翼无人机起飞的场地。因此，在高陡边坡地选取无人机测量使用的应当是多旋翼式无人机并搭载单镜头、小型相机。
2.1立体视觉三维重建
由于多旋翼搭载的是小型、单镜头相机，因此一次只能拍摄一张一个方向的一张照片，并且由于无人机小、相机小，每张的相片拍摄范围限于一个小范围。因此，应当针对固定方向、固定间隔、固定顺序进行拍摄，并基于立体视觉进行坡地的三维重建。此种原理的三维重建可以在二维之中恢复拍摄位置、几何结构。具体程序如下：
第一，提取特征点。特征点不仅是SIFT算法的前提，亦是利用无人机进行坡地地质调查的前提。换言之，所有的建模、重现、规划等手段都要基于特征点的提取。利用无人机得到的相片普遍存在较大的畸变，则为无法利用传统的几何、纹理特征进行重建。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，只能选取特征点重建，即SIFT算法。此算法可以进行放缩、旋转、放射等操作，并且可以适应因光线、视觉产生的偏差。具体而言。首先要对无人机获取的摄影图像进行尺度表示，其次，根据尺度在图像中上找到极值点，建模的特征点即为图中极值点。第二，影像匹配。若单纯按照SIFT的方式、步骤进行特征点匹配固然可以完成匹配，但是速度过慢。因此，在特征点的基础上利用基于GPS的坐标数IMU的姿态角建立起的拓扑结构辅助进行影像匹配。然后基于临近原则寻找特征点的位置、对应关系，从而建立起一套特征点集合，最终由这些点构建起目标的三维点云。第三，运动回复结构。根据相机成像的原理将获取的点投射到三维空间之中。但是这样构建的模型具有重投影误差，因此需要稀疏光束法平差法一步一步的最小化误差，然后形成最终的三维坐标。
2.2数据采集、后处理
利用无人机进行倾斜摄影测量一般要经过：现场勘查、规划飞行线路、飞行摄影测量、数据后处理四步骤。现场勘查是整个测量的基础，所有的工作都需要在进行现场的勘查、分析之后再进行谈论、实施，以避免不了解现场地形、特征等造成测量的失误。其中要注意：应当由实际操控无人机的人员参与到现场勘查之中，避免信息误传。规划飞行路线是勘查现场之后针对现场特征、施工需求等合理规划无人机进行摄影的线路、飞行速度、拍摄频率等具体操作。飞行测量是进行坡地地质调查的实质勘测阶段，要工作人员操控无人机进行具体的飞行、拍摄工作。数据后处理就是整个坡地调查的最后阶段针对无人机拍摄得到的数据进行专业、科学的整理、分析、处理。
2.3数字化结构面产状测量
在得到高陡边坡地的地质信息之后就需要对其进行建模、找出结构产状。而经过基于立体视觉的三维重建利用无人机摄影就可以构建出坡地的几何结构，大部分的结构面都可以表现出明显、准确的结构面直接进行识别、提取。但是存在部分的结构面由于起伏小的结构面通过最小二乘算进行平面的拟合，并且最终得到参数、方程。最后根据结构面的产状、参数之间的联系找到对应关系最终得到最终结构产状。
3赤平极射投影分析
经过现场勘查、规划飞行线路、飞行摄影测量、数据后处理之后，我们将无人机摄影所获取的位置、坐标等信息、数据进行整合、处理后就得到了坡地的最终结构产状。但是，仅如此并不能获得最科学、直观、完整的坡地图像。故而，利用无人机在坡地的地质调查的最后一步便是--赤平极射投影。将最后获得的边坡产状、结构面产状进行整合，统一放置于赤平极射投影图之中最可以获得立体的边坡、结构面的空间位置关系。根据投影获得边坡、结构面的空间位置关系之后就需要判断究竟是顺倾、还是逆倾关系。若为顺倾整个结构不太稳定，是危险结构。反之，若是逆倾结构整体结构就很稳定，不易发生危险。经过赤平极射投影之后可以清晰的获得整个高陡边坡地的整的大致地质状态，进而选择是否施工、施工前是否需要加固、防滑等技术处理。
4结束语
高陡边坡地的地质测量一直是实际的地质测量难点，各学者也针对坡地的特点，结合当点地址调查最新科技成果提出了自己的创新型意见。笔者认为，激光扫描、近景测量固然对坡地的地质调查有积极意义，但是成本高、操作难、设备复杂的问题不适宜在高陡边坡地进行。而无人机的摄影可以满足质量、安全、成本的全部要求，应当是当前在坡地测量中最合适的调查手段。但是，无人机摄影应用到地理测绘已普遍，但是在高陡边坡地的地质调查之中应用却鲜有实践支持，故而利用无人机进行坡地地质调查固然会存在问题，但不可否认无人机在未来的坡地地质调查中的价值。
参考文献：
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[3]董秀军.三维空间影像技术在地质工程中的综合应用 研究[D].成都理工大学，2015.
论文作者:吴同孝
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第4期
论文发表时间:2019/9/20
标签：无人机论文; 坡地论文; 测量论文; 地质论文; 结构论文; 产状论文; 特征论文; 《建筑细部》2019年第4期论文;