葉培鵬

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心青?？傟?duì)，青海 西寧 810000）

1 傾斜攝影測(cè)量在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量在進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時(shí)，主要采用大型固定無(wú)人機(jī)搭載的相機(jī)進(jìn)行操作。當(dāng)前這種固定翼飛機(jī)不但擁有著較為廣闊的覆蓋范圍，而且實(shí)際的飛行速度相對(duì)較快?；趥鹘y(tǒng)航空攝影測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，在大場(chǎng)景的地形測(cè)量中得到了極為廣泛的應(yīng)用。

由于高坡邊坡所處的地形環(huán)境較為復(fù)雜化，在加上高坡工程具有一定的局限性，致使其不能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)起降提供較為合適的場(chǎng)所。

基于當(dāng)前這種情況下，大型固定無(wú)人機(jī)無(wú)法投入使用，而輕小型的單鏡頭電動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)更適合于當(dāng)前這種操作環(huán)境當(dāng)中。

1.1 立體視覺的三維建模

相對(duì)于單鏡頭無(wú)人機(jī)而言，只能夠獲取單方向單張數(shù)字相片。受到小型無(wú)人機(jī)搭載重量影響，導(dǎo)致其搭載較小畫幅的相機(jī)。然后在根據(jù)相應(yīng)的序列與間隔，進(jìn)行相片采集工作。

基于多視立體視覺原理進(jìn)行重建目標(biāo)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(duì)相機(jī)拍攝位置、以及目標(biāo)場(chǎng)景的稀疏幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行恢復(fù)。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的流程：其一，特征點(diǎn)提取。由于無(wú)人機(jī)拍攝相片存在的缺陷，致使傳統(tǒng)的拍攝方式難以提取到紋理特征、以及幾何特征等?；诖饲闆r下，可通過(guò)尺度不變的特征點(diǎn)提取算法進(jìn)行操作，該方法不但具備放縮、旋轉(zhuǎn)等功能，而且還能夠抗拒一定光照的變化。該方法在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，主要分為以下幾個(gè)步驟：首先，根據(jù)實(shí)際拍攝需要，建立無(wú)人機(jī)航攝影像的尺度空間。而后在進(jìn)行在尺度空間進(jìn)行極值點(diǎn)搜索。最后，將這些搜索點(diǎn)作為提取點(diǎn)進(jìn)行提取。其二，影像匹配：在SIFT算法的實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，如若單純的依靠該方法，則必然會(huì)影響影響匹配的速度。因此，為了提高其速度，則需要對(duì)無(wú)人機(jī)采集圖像進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，以此來(lái)輔助其建立影像間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通常情況下，主要運(yùn)用無(wú)人機(jī)采集圖像中囊括的GPS坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)，或者姿態(tài)角數(shù)據(jù)進(jìn)行影像的輔助建立。而后可以通過(guò)最為臨近方法進(jìn)行圖像對(duì)應(yīng)關(guān)系的尋找。其三，運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)：在此過(guò)程當(dāng)中，可以根據(jù)相機(jī)成像原理，在空間坐標(biāo)中投影相片中的像點(diǎn)。然后在定義誤差函數(shù)為重點(diǎn)投影誤差的平方和[1]。然后根據(jù)基本的運(yùn)算程序，計(jì)算出目標(biāo)函數(shù)，最后在通過(guò)稀疏光束法平差法進(jìn)行逐步迭代，通過(guò)該方法逐漸將觀測(cè)點(diǎn)與投影點(diǎn)間的投影誤差進(jìn)行最小化。通過(guò)該方法將相機(jī)的位姿與場(chǎng)景的三維點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出來(lái)。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集處理

通過(guò)對(duì)高坡進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)量，并且使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，不但可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量三維模型的大量數(shù)據(jù)。在使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的過(guò)程當(dāng)中，需要嚴(yán)格執(zhí)行以下流程：現(xiàn)場(chǎng)踏勘、航線規(guī)劃、飛行作業(yè)、以及數(shù)據(jù)后處理。具體包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：其一，現(xiàn)場(chǎng)踏勘?，F(xiàn)場(chǎng)踏勘主要是為了對(duì)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘查，了解現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌、具體的地理環(huán)境特征，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高坡的實(shí)際情況，坡度的大小、走向等綜合方面因素，進(jìn)行選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方案。只有做好現(xiàn)場(chǎng)踏勘，才能夠確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其二，航線規(guī)劃。在地面進(jìn)行航線規(guī)劃的過(guò)程當(dāng)中，首先將航線的重疊率控制在百分之七十，同時(shí)要嚴(yán)格控制好其旁向重疊率。此外，還需要設(shè)定其航線的總長(zhǎng)度，無(wú)人機(jī)在實(shí)際測(cè)量中需要飛行的設(shè)定時(shí)間，并且要做到飛機(jī)要覆蓋整個(gè)設(shè)定的航線，覆蓋整個(gè)高坡。其三，飛行作業(yè)：在實(shí)際的飛行作業(yè)當(dāng)中，測(cè)量單位要根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定符合實(shí)際情況的飛行作業(yè)飛機(jī)，然后利用無(wú)人機(jī)飛控的自動(dòng)飛行模式，根據(jù)當(dāng)前預(yù)先設(shè)定的飛行路線，進(jìn)行全程自動(dòng)飛行。以此來(lái)對(duì)拍攝區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。其四，數(shù)據(jù)處理：根據(jù)處理流程對(duì)航拍的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，獲取到航線采集的航攝相片，從中獲取到預(yù)定的數(shù)據(jù)信息。

2 數(shù)字化結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測(cè)量

通過(guò)發(fā)揮無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，獲取到了一系列的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中巖體結(jié)構(gòu)面被抽象為數(shù)以百萬(wàn)記的三維坐標(biāo)點(diǎn)[2]，而在點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，可以完全參照無(wú)人機(jī)搭載的GPS傳感器獲取到的數(shù)據(jù)。

因此，當(dāng)前這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)囊括了大量的巖體結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而識(shí)別出點(diǎn)云數(shù)據(jù)的所重建的虛擬巖體結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息進(jìn)分析可得出，通過(guò)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以清晰的反映出結(jié)構(gòu)面的形態(tài)。并且絕大部分的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)都可以在三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中清晰的展現(xiàn)出來(lái)。此外，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)表現(xiàn)為整體的平面，能夠準(zhǔn)確的在三維圖像上進(jìn)行有效的識(shí)別出來(lái)[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于當(dāng)前高陡邊坡測(cè)量工程而言，通過(guò)使用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，再加上運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)恢復(fù)算法、以及多視立體視覺算法等算法的應(yīng)用，成功的尋找到了在巖體結(jié)構(gòu)面的測(cè)量當(dāng)中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用方法，進(jìn)一步總結(jié)了該技術(shù)、該方法在高陡邊坡測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)，極大的提高了實(shí)際測(cè)量的真確性。