无人机摄影测量在高陡边坡地质调查中的应用

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。     

基于无人机航摄的高陡/直立边坡快速地形测量及三维数值建模方法

对复杂地形的高陡/直立边坡的地形测量及三维数值模型的建立一直是地质工作者面临的难题。近年来,无人机由于其形体小巧、机动性强以及可以获取高分辨率影像的特性在地质调查中受到了广泛的应用。本文基于低空无人机倾斜摄影技术,借助Agisoft Photoscan三维实景建模软件和基于逆向工程的Geomagic Studio强大的点云数据处理功能,结合南方CASS的地形制图功能对复杂地形的高陡/直立边坡实现快速地形成图。并利用Geomagic Studio的CAD曲面建模功能,重构复杂地形的高陡/直立边坡闭合CAD曲面模型,再通过Hypermesh强大的几何处理及网格划分能力,对CAD曲面模型进行模型切割并网格化,实现复杂地形的高陡/直立边坡的精细三维数值模型的建立,最后转化为FLAC3D可识别的文件格式进行计算分析。本文选择了浙江省神仙居景区飞天瀑景点作为实例研究,结果表明,无人机的使用使复杂地形的高陡/直立边坡实现了快速高效且精确的地形成图和三维建模。该方法具有简单实用、快速便捷且实用性强的优点。     

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。     

基于倾斜摄影测量的矿山生态修复价值核算应用研究

本文以江西永新县废弃露天矿区作为研究区域,探索无人机倾斜摄影测量技术在矿山生态修复中的应用,对废弃矿山生态修复的生态产品价值进行核算研究。结果表明：在无人机倾斜摄影测量三维模型精度满足规范要求情况下,相比传统2D测绘方式,生态产品价值核算的价值量提高20%;此外,生成的高精度的三维模型,立体、直观地还原了矿山环境真实情况,可直接开展矿山面积、体积、边坡坡度等测算,极大的提高矿山修复设计生产效率。基于此,无人机倾斜摄影测量技术在矿山生态修复的应用前景极为广阔,可为矿山生态修复方案设计优化,矿山地质环境问题影响分析、经济影响分析、生态价值核算及社会经济效益分析等提供数据支撑。     

无人机影像在高陡边坡危岩体调查中的应用

在高陡边坡危岩体的调查中,复杂的地形条件经常限制工作的正常开展,如何快速准确地获取地质灾害信息一直是地质灾害调查研究中的难点之一。以往的研究中对无人机遥感技术在黄土、高原等地区应用有所报道,但对西南地区高陡边坡危岩体灾害调查的研究尚无报道。文章以锦屏二级水电站出线场边坡落石灾害所在区域为例,将无人机摄影测量技术应用于高陡边坡危岩体调查中,通过无人机倾斜摄影获取高分辨率遥感影像,开展遥感影像三维建模,进行地质灾害遥感解译,总结了无人机遥感系统在高陡边坡危岩体调查的技术流程。通过三维实景模型,精确地分析了落石灾害的空间分布、失稳模式及演化过程,查明了区域内危岩隐患点的分布特征;基于三维点云模型,提取出地质灾害体的属性信息,测得落石方量为11.7 m3,采用最小二乘法进行平面拟合,得到落石两组主控结构面产状为275.4°∠31.2°、103.5°∠63.3°。实践表明,无人机遥感技术在高陡边坡地区落石灾害调查中具有明显的可行性和优越性,可以较好地应用于高陡边坡危岩体调查中。     

高陡边坡岩体结构信息无人机识别与离散元数值模拟

岩体结构特征的准确表征对边坡稳定性评价具有重要影响。由于高陡边坡岩体结构的人工编录工作开展困难,结构几何信息往往获取不全面,导致边坡数值模型构建往往不理想。以江西德兴银山铜矿露天边坡为工程背景,采用无人机与运动恢复结构法(SfM)获取边坡岩体点云模型。基于点云数据建立结构面识别和解译算法,自动获取结构面产状、迹长、间距等几何信息。对比人工测量结果,无人机测量与结构面识别能够获取更符合实际的坡面与岩体结构模型。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面重构和“Rhino-Griddle-3DEC”联合建模方法,结合岩体结构统计模型构建离散裂隙网络DFN能够快速建立三维离散元数值模型,从而获得更好的数值模拟计算结果,满足岩质高边坡稳定性评价的需要。     

基于无人机倾斜摄影的矿山边坡岩体结构编录方法与工程应用

岩体结构特征控制着岩体力学性质并影响岩体工程稳定性,因此岩体结构地质编录一直是岩体工程地质中的重要内容。针对露天矿山边坡,传统的岩体结构编录方法具有危险性大、效率低等缺点,需要引入新技术实现地质编录的安全、高效。随着近年来无人机的民用化,采用无人机倾斜摄影技术改进传统露天矿坡的地质编录工作将成为未来的发展趋势。本文以浙江某露天采石场矿坡为例,阐述了无人机摄影技术在地质编录中的应用方法和工作流程。基于无人机倾斜摄影技术,采用运动恢复结构法将点云数据转化为岩体三维数字模型,并利用点云的坐标信息实现对岩体结构面产状的解译。通过对比罗盘测量的产状和点云计算的产状验证了该技术应用的可靠性。在此基础上划分了结构面的优势产状,为分析矿山边坡稳定性提供了基础数据支持。     

基于无人机X100低空摄影测量DOM制作的研究

无人机摄影测量技术近年来得到快速发展,以无人机X100在低空摄影测量中的应用为例,从无人机外业数据采集、航片拼接、正射影像图输出以及三维立体图生成等几个方面进行了探讨,突出了无人机X100在DOM制作中的优势。     

无人机在强震区地质灾害精细调查中的应用研究

为对强震区地质灾害进行精细调查,基于无人机低空摄影测量系统能够获取高精度、高分辨率和高时效的遥感影像且具有灵活性强和不受复杂地形影响等特点。本文将无人机低空摄影测量系统应用到强震区地质灾害精细调查,探讨了强震区地质灾害无人机遥感精细调查流程及成果应用。以老虎嘴滑坡所在区域的应用为例,阐述了无人机遥感像片的获取和DEM、DOM及三维真实空间场景的制作方法,重点介绍了利用三维真实场景对地质灾害进行定性及定量分析及精确描述。实践结果表明:（1）同常规的遥感调查方法相比,该方法不仅能够获取更高分辨率和更高精度的地质灾害精细调查基础数据,而且还提高了其时效性及可靠性;（2）构建的地质灾害体三维真实空间场景突破了传统的二维地质灾害解译技术,提高了地质灾害解译的精度及准确度。本文较完整地阐述了无人机低空摄影测量系统在强震区地质灾害精细调查的流程及方法,可以较好地应用于强震区地质灾害精细调查。     

模型机航空近景摄影测量系统的开发和应用

对于通行困难或作业危险地区的工程,现有大多数位移监测技术耗时耗力,甚至无法实施。卫星遥感、航空摄影测量等技术虽然不受场地条件限制,但测量精度较低,后者还受航空管制等政策的限制。既不受场地条件制约,又有较高精度,且不受航空管制的高效、低成本的位移测量技术具有广泛的应用领域和前景。为此,开发了基于微型模型机的航空近景摄影测量系统。该系统已成功用于阳朔月亮山的低空航拍和大冶铁矿东露天高陡边坡地质调查以及地形测量,取得了良好的效果。     

基于无人机摄影测量技术的高陡边坡危岩体特征构建与分析

在高陡边坡的危岩体调查中, 受限于调查人员可到达的范围, 难以获取危岩体的特征参数, 从而影响危岩体的稳定性判别。无人机摄影测量技术能够安全、快速、全面、精准的获取危岩体的特征信息。本文以鸡冠岭崩塌隐患为例, 利用无人机摄影测量技术获取坡面高精度影像, 通过提取点云数据构建三维模型, 基于最小二乘法完成平面拟合获取危岩体的体积及结构面产状信息, 并结合实际测量数据, 采用赤平极射投影法和极限平衡法定性和定量评价危岩体的稳定性。经过分析计算, 鸡冠岭崩塌四处主要危岩体的体积分别为102.86 m3、355.27 m3、236.60 m3和454.91 m3, 根据定性分析和定量计算, 危岩体均为欠稳定状态。通过本文的实践, 体现了无人机摄影测量技术在识别高位隐蔽危岩体方面的优势, 对于发展基于无人机摄影测量技术定量判定危岩体的稳定性方面具有借鉴意义。     

控制点布设方案对无人机精度测量的影响及其应用

近年来矿区地质灾害愈发严重。为准确监测尾矿坝地表沉陷变形,以地形地貌复杂的尾矿坝为研究实例,开展无人机低空摄影的形式进行监测数据收集。无人机原始POS数据存在系统误差的问题,文章利用误差改正模型纠正原始POS数据,并设计7种像控点布设方案,并对获取的尾矿坝高分辨率正射影像及DEM进行了精度评价。结果显示,当布设像控点数量为8个时,数据误差可以控制在3 mm以内;用两期DEM数据差值覆于地面模型,生成尾矿坝沉降图, 沿Y=350 m、Y=100 m和X=60 m剖面线做剖面图。基于测量结果发现,尾矿坝已出现整体沉降,其中南部尾矿坝下坡沉降范围最大,沉降范围在0.16 m之内。这次应用验证了在尾矿坝地表监测中无人机低空摄影测量的精度是可靠的。利用无人机的高精度成图方法对尾矿坝变形进行监测,对应急响应溃坝可能导致的绿洲地区及周边河湖生态灾难地形和矿区安全生产起到一定的预警作用。     

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.     

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。     

Application of UAV equipped with high resolution sensors in fine topographic mapping北大核心CSCD

无人机搭载高分辨率传感器,获取的正射影像和数字表面模型(DSM),能够很好的反映精细地形表面特征。本文以藏东南地区雅弄冰川末端为研究区,利用M300 RTK无人机搭配睿铂M6P量测型相机,获得了地面分辨率为1.5 cm的正射影像及DSM。与航天遥感数据Planet影像和数字高程模型TanDEM相比,无人机航测获取的正射影像、DSM在提取冰川边界、冰川表面形态上具有较大优势。本文利用坡度阈值法、R成像波段阈值法,能够有效提取冰裂隙、冰面湖的分布,且自动提取误差小于10%。因此,无人机航测获取冰川区精细地形在未来冰川研究中具有非常大的潜力,尤其是提取冰面特殊形态,研究微尺度地形对冰川变化的影响。