基于无人机倾斜摄影的三维露头地质建模:以山西吕梁市坪头乡剖面为例

针对野外露头地质知识库数据获取方法存在的不足,利用无人机倾斜摄影的敏捷、全局性视角及定量化程度高的特点,对山西吕梁市坪头乡剖面野外露头数据进行了采集、处理与地质解释,建立了野外露头区地质知识库,并以此为基础建立了典型区块野外露头内部三维地质模型。研究表明:(1)无人机倾斜摄影采集处理后数据模型具有三维坐标(经度、纬度和海拔)及对应的图像信息,可以准确定位并测量任意位置点坐标,为建立精准的地质知识库奠定了良好的基础;(2)对露头区储集层骨架与地质统计学参数进行了统计,建立了典型露头区地质知识库,主要包括储集层成因、砂体连续性与规模、砂体数量与相对比例、砂体几何形态和变差函数等参数;(3)在虚拟井位设置、岩性标定和储集层地质知识库的指导下,利用地质统计学变差函数的方法,建立了典型露头区三维地层-构造模型和2套岩性模型,模型与地质认识较为一致。     

基于无人机倾斜摄影的三维数字露头表征技术

随着地质研究目标精细化和复杂化,地质体表征的尺度越来越小,难度越来越大,已有储层分布及预测的方法亟待改进。基于此,在分析传统野外地质考察局限性的基础上,介绍了无人机装置与倾斜摄影的技术特点,提出了基于无人机倾斜摄影的三维数字露头表征技术,利用无人机采集野外露头模型进行了储层构型分析。研究表明:1）传统野外地质考察至少有七方面的局限性;2）无人机倾斜摄影有明显的创新性和技术优势。采集处理后的数据模型带有三维坐标信息（经度、纬度、海拔）与图像信息,可以准确表征模型中任意位置点坐标和图像,因此,三维野外露头构型分析有了良好的资料基础;3）通过实例分析发现,采集处理后的模型精度高（分辨率约3~5 cm）,对砂体内部结构认识的定量化与精细化程度增高。无人机倾斜摄影技术不仅使数字露头成为现实,也是辅助地质学家进行高效野外考察的可靠技术。     

倾斜摄影测量构建地质数字露头

随着地质研究目标趋向于精细化和复杂化,传统的地质考察手段难以获取地质露头精细化的表征参数。多旋翼无人机和单反相机具有良好的机动性和适应性,可以提供多视角的地质露头影像,倾斜摄影测量技术构建的实景三维模型可以提供精确的三维坐标。利用多旋翼无人机和单反相机采集新疆一间房、断溶体两处地质露头影像,通过倾斜摄影测量技术对两种手段采集的多视角影像进行一体化处理,构建三维数字露头辅助地质考察工作。实践表明:(1)无人机搭载相机适用于大范围的可飞区,单反相机适用于岩溶缝洞、狭窄地带等无人机不易操控区域进行影像采集工作;(2)可以根据不同需要、不同地形选择合适设备灵活采集影像,构建的三维数字露头生动形象,最高分辨率可达毫米级,能够还原野外真实场景,实现地质现象解译的精细化和定量化。     

基于倾斜摄影地表模型的三维地质填图软件关键技术与应用前景

讨论了基于倾斜摄影测量所构建的三维地表模型进行三维地质填图与三维地质建模软件的设计理念、开发环境、软件架构、关键技术、实现现状与应用前景。倾斜摄影影像经处理建模后构建的三维地表模型通常以OSGB格式保存,因此基于倾斜摄影成果的三维地质填图软件最好基于能直接读取、显示OSGB格式数据的OSG开源库,推荐VS2015+QT+OSG开发环境。该类软件的关键技术包括以Proj4为核心的坐标转换系统、地层界线的拾取与半自动追踪技术、基于反距离衰减函数的地层界面防穿透高程调节技术、切制地质剖面并由剖面修改地层界面的二三维联动编辑与修改地层界面的技术、在露头剖面上采集地层界线构建露头地层柱状图的技术。该软件的应用前景包括野外区域地质调查、煤田和油田等行业的野外地质填图,以及滑坡和泥石流崩塌等地质灾害危险区域的圈定。     

基于无人机倾斜摄影的数字露头实景三维模型构建

地质露头在地质研究中具有极其重要的地位。传统地质露头野外数据采集多以相机拍照、人工测量为主,存在诸多局限性。基于无人机的倾斜摄影技术及其配套的快速三维建模技术是近年发展起来的高新技术。本文将无人机倾斜摄影技术引入地质露头数据采集中,研究了基于无人机倾斜摄影的数字露头实景三维模型构建方法并详细论述了工作流程。文章以鄂尔多斯盆地大石头井沟剖面和二道沟剖面为例进行了案例分析。研究表明：基于构建的数字露头实景三维模型可进行剖面量测、岩层岩性分析、岩层走向分析、岩层叠覆情况分析等多种地质分析。相较于传统地质露头数据采集方式,该方法具有真实全面、高效易用的特点。     

数字露头实景三维Web平台研究与云端地质考察应用

露头是地质考察的重点,结合无人机倾斜摄影测量技术构建数字露头实景三维模型并实现露头可视化研究能够为解决传统地质研究中存在的效率低、危险性高和数据复用性差等问题提供全新的思路。论文研究了倾斜影像三维建模、数字露头三维可视化和全景影像可视化等三维技术,并基于Cesium开源三维地球引擎研发了数字露头实景三维Web平台。平台实现了高精度露头实景三维模型的可视化,并将露头相关的描述、图片、视频、全景、文献、观察点、地质标绘等信息与露头三维模型有效结合,实现了露头三维模型上传与实景漫游、露头相关地质信息自主提供、分享、互动与可视化展示。论文通过实例证明了平台云端地质考察应用的有效性和新颖性。该平台作为第21届国际沉积学大会虚拟野外地质路线考察的首选,已成功应用于15条路线中的12条。相比传统地质研究手段,露头云端三维可视化研究能够帮助地质学者更加全面、直观地理解露头地质现象的时空展布和地质特征,并且支持数字环境下露头资源的共建、共享,节省了地质考察的时间和成本。     

储层建模中几种原型模型的建立

储层地质知识库的建立是储层建模过程中极为重要的一步，它为建模提供基本的条件数据及各种统计参数。本文总结了建立地质知识库的主要步骤及基本内容。在资料较少的情况下，需要借助原型模型来提供一些无法直接获得但对建模十分重要的参数，如砂体宽厚比、水平方向变差函数等。文中用3个实例较详细的介绍了建立原型模型的3种主要方法，分别是利用露头、成熟油田和沉积模拟实验建立原型模型，并比较了各自的优缺点。     

大坡度地质露头高分辨率无人机影像采集方法与建模实践*

野外地质露头的观察、研究能够最直接、最有效地获取地下地层信息,为地质科学研究提供最直观、最真实的一手地质资料。然而传统的露头研究,尤其针对大坡度、人员无法到达区域的露头研究,主要依赖坡底部考察、测量和拍照等方式记录露头信息,难以精细、准确地表征整个地质体。消费级无人机具有机动性好、适应性强和成本低等优势,且能够近距离、多视角、变高度地获取露头影像。本研究对无控制点情况下的大坡度地质露头影像采集方法与模型构建精度进行探讨,利用消费级无人机垂向航线采集影像,然后构建模型。结果证明倾斜摄影测量技术结合消费级无人机能够有效地构建具有毫米分辨率精度的大坡度地质露头模型。构建的模型具有分辨率高、分辨率均一、量测精度可达毫米等特点,可有效降低野外考察的工作难度,降低人员安全风险,真实准确地复现野外大坡度露头情况,为大坡度露头剖面解译、分析和量测提供真实可靠的数据基础。     

利用数字露头模型技术对曲流河三角洲沉积储层特征的研究

数字露头模型技术（DOM）是利用三维可视化技术虚拟露头表面,建立由一系列结构多边形构成的初步模型体,进而在模型体上叠加露头剖面所有数字化地质信息,包括三维地面激光雷达数据、遥感图像、高精度灰度照片、探地雷达数据等露头地质剖面所有地质学信息数字化数据,实现多种地质特征综合解释与测量的数字露头模型技术,已在野外露头剖面上沉积体系三维储层建模、岩性分类、构造断裂精细解译等方面研究发挥作用。本文为准确刻画沉积体系砂体与储集层空间分布特征,尝试利用数字露头模型技术,对鄂尔多斯盆地延长组曲流河三角洲平原河道砂体空间分布特征精确测量与描述,实测不同位置河道砂体储集性能,并利用探地雷达数据预测露头区域地下砂体形态特征,综合建立砂体三维空间分布模型,为储层精细对比研究提供依据。数字露头模型显示:（1）潭家河剖面河道形态明显,砂体呈顶平底凸的透镜体,横向延伸192 m,最厚处约14 m,河道与围岩切割关系明显,内部为4期沉积充填,整体表现为复合正韵律;（2）曲流河三角洲平原的分支河道砂体呈孤立状,砂体侧向迁移,垂向多期叠加,砂体在探地雷达剖面上反射特征表明,地面之下曲流河三角洲平原的分支河道砂体也呈孤立状,横向迁移频繁;横向上不同期次砂体宽度分别为192.4 m、32.54 m、41.83 m以及79.97 m,厚度对应为14 m、4.52 m、3.85 m以及5.66 m,宽厚比平均为12∶1;（3）典型砂体储集物性解剖认为,三角洲平原分支河道砂体储集物性较差,储集物性空间分布特征表现为河道砂体内每期砂体下部物性优于上部,中间优于两翼,单期河道砂体最厚位置处储集性最好,孔隙度最高可达8%,渗透率为0.13×10-3 μm2。     

鄂尔多斯盆地麻黄山西区块宁东2、3井区侏罗系延8油层组三维储集层建模

针对鄂尔多斯盆地麻黄山西区块宁东2、3井区延8油层滚动勘探开发现状和需要,以层序地层学、沉积学、油气地质学和地质统计学等多学科的理论与方法为指导,从沉积微相特征分析和储集层特征等基础地质研究出发,充分利用现有的三维地震、测井、岩心和露头等资料,采用相控建模方法,建立了该地区侏罗系延安组延8油层组三维储集层地质模型。建模结果分析表明,麻黄山西区块延8油层组三维储集层模型与实际砂体展布和物性特征吻合较好,实现了储集层地质特征的定量化和可视化。     

基于Google Earth软件建立曲流河地质知识库

在对密井网解剖、露头解剖、现代沉积解剖、沉积模拟实验等建立地质知识库方法优缺点分析基础上,利用Google Earth软件测量了一系列曲流河道的基础数据,结合“将今论古”思想,提出了基于Google Earth软件建立曲流河地质知识库的方法。首先,分析了已有方法的优缺点。其次,介绍了Google Earth软件测量曲流河道的方法步骤,并测量了不同地区不同曲率的河道宽度、点坝长度及弧长,得到了一系列测量数据,建立了测量数据表,并结合已有经验公式与测量数据拟合得到的公式综合分析。结果表明,不同环境中曲流河的河道宽度和点坝长度具不同的相关关系,曲流河的地质知识库不能按统一标准考虑。在不同曲率情况下,河道宽度和点坝长度之间的相关关系亦不同,且随着曲率的减少,其相关关系减弱,反映出点坝的发育程度受河流弯曲程度控制。最后,建议采用建立地质模式库的思想建立定量化曲流河地质知识库,用于对储层建模进行有效约束。     

无人机摄影测量在矿山地质环境调查中的应用

为解决传统的人工野外矿山地质环境调查易受交通、地形影响,且劳动强度大、效率低、成本高等问题,将无人机摄影测量技术应用在矿山地质环境调查中。以长春市净月东升采石场为研究区,利用RTK（实时动态差分技术）获取地面控制点坐标,采用大疆精灵4无人机进行航空摄影,在Pix4Dmapper建立的研究区三维模型上经量测、解译等,提取研究区内矿坑面积、边坡方位、长度、高度、体积和表面积以及滑坡、崩塌堆积体和断层等矿山地质环境相关的几何信息,制作了研究区地形图、DOM（数字正射影像）和DSM（数字表面模型）,同时解译了边坡大量随机结构面迹线和产状信息。结果表明,基于无人机摄影测量技术的矿山地质环境调查可以快速获取矿山地质环境信息,获取的结构面倾向、倾角误差分别在5°和4°以内,可满足矿山地质环境调查精度要求。     

基于无人机遥感信息的地质解译方法及在地质调查中的综合应用研究

为了更加系统、全面地从无人机航拍资料中提取相关地质信息,让无人机更好地服务于地质调查工作。本文研究了利用无人机航拍影像资料进行地质宏观分析的思路以及基于三维彩色数字地面模型进行地质点、线、面、体等信息获取的工作流程,同时形成了一套利用无人机进行辅助地质调查工作的技术方法。通过在滑坡灾害地质调查实际工作中的具体应用验证了基于无人机辅助开展地质调查工作的可行性和高效性。该方法对如何基于无人机航空地质测绘进行全面系统地质资料的有效获取和地质综合调查具有一定指导意义。     

三维地质建模及可视化系统的设计与开发

三维地学模拟是三维地质信息GIS可视化的核心内容。基于基础GIS软件平台MAPGIS,利用功能强大的三维可视化开发平台MAPGIS-TDE,设计、开发具有自主版权的三维地质建模及可视化系统。MAPGIS-TDE包括MAPGIS内核模块、MAPGIS-TDE基础平台、MAPGIS-TDE构建平台和基于MAPGIS-TDE的应用系统等4个层次。基于MAPGIS-TDE的三维地质建模及可视化系统分为地质数据管理、二维地质分析、地质断面处理、地质结构建模和地质属性建模等5大功能模块。系统实现时,将空间数据库划分为基础地理图形库、区域地质数据库、工程地质数据库、水文地质数据库、地球物理数据库、地球化学数据库等6类。该系统不仅提供了强大的地质数据管理、三维地质建模以及模型的可视化功能,还为专业技术人员提供了一个可视化的分析、设计平台。     

High resolution UAV image acquisition method and modeling practice for geological outcrop with a large slope

The observation on the outcrop in the field is one of the most direct and efficient methods to obtain the underground formation information, which provides the most direct first-hand geological data for geological science research. However, the traditional outcrop investigation, especially for the outcrop with a large slope and unreachable area, mainly relies on the inspection, measurement of the slope bottom, and photos to record outcrop information, making it difficult to accurately characterize the whole geological body. Consumer unmanned aerial vehicle (UAVs) with the advantages of good mobility, strong adaptability and low cost, can obtain outcrop images from a short distance, multiple perspectives and varying heights. In this paper, the image acquisition method and model construction accuracy without control points available for the geological outcrop with a large slope are discussed. Consumer UAVs is used to capture images through vertical route and then the geological model is set up. The results show that oblique photogrammetry technology combined with consumer UAVs can effectively build a large slope geological outcrop model with millimeter resolution. The model has the characteristics of high resolution, uniform resolution and high measurement accuracy up to millimeter, which can effectively reduce the difficulty of field investigation and the personnel safety risk, thus it accurately reproduces the outcrop situation with large slope in the field, providing a real and reliable data basis for the section interpretation, analysis and measurement of large slope outcrop.     

基于无人机的滑坡地形快速重建与稳定性分析

对滑坡进行快速准确的定量化调查评价可以为滑坡应急处置提供科学依据。无人机航摄系统以其机动灵活、响应迅速等特点,日益成为地质灾害调查的可靠手段。以册亨平庆组滑坡为例,将无人机摄影测量技术应用于滑坡的调查中,总结出一套基于轻型无人机航摄技术的边坡快速调查与定量评价方法:首先通过多种软件建立高精度三维地质模型,使用有限差分软件进行数值模拟;然后对滑坡变形机制进行分析,并对滑坡稳定性进行评价。研究结果表明:（1）通过Global mapper、Pix4Dmapper、Rhinoceros等软件对无人机采集数据进行处理并建立三维计算模型,具有简便、快捷、可靠的特点;（2）以无人机航摄为核心的滑坡调查评价,能将传统地质的定性分析和数值模拟的定量分析有效结合,为后续应急处置提供有力的依据及数据支撑;（3）册亨平庆组滑坡是在降雨条件下由坡体自重应力作用引发的蠕滑-拉裂式滑坡,调查时滑坡已启动,地面裂缝有加速扩展的趋势。