无人机倾斜摄影三维全景技术在地质灾害调查中的应用

无人机倾斜摄影三维全景技术在地质灾害调查中

的应用

邓念东代育朝陕西西安710045）（西安科技大学地质与环境学院，科学技术的更新迭代，摘要：近年来，随着科技的日新月异，无人机倾斜摄影技术已在众多领域蓬勃发展，无人机倾斜摄影丰富了调查成果的多样性与宏观性。依托实际工程，在地质技术在地质灾害调查领域中的运用，提高了调查的时效性及准确性，实际工作中方便快捷、获取的数据为后续工程可行性研究及施工设计灾害调查中引入了无人机倾斜摄影全景图技术，安全高效，提供了全方位的技术参考。地质灾害调查关键词：无人机；倾斜摄影；全景图；中图分类号：TU113.2文献标识码：A文章编号：2096-4390（2020）14-0041-02黄土梁峁沟在陕北府谷-神木地区，地形地貌复杂多变，地质灾害发育强壑发育，纵横交错，人迹罕至的地方交通困难，传统的调烈，黄土高原由于沟多壑深，在进行地质灾害调查时，查手段难以及时的、有效的、全面的了解地质灾害的分布及发育状况，再加上区域地势险要，黄土疏松，裸露基岩风化剥蚀严故而，对于长距离、大跨度、工重，人工调查具有一定的危险性；期短的多灾点线状工程，在野外进行地质灾害调查方面急需引进新的调查技术。其在近年来，随着无人机倾斜摄影测量技术的迅速发展，并取得良好的应用成果，随着各行各业均得到了广泛的应用，目前无人机倾斜技术的更新迭代，其应用的领域更加的广阔；灾害防治、国土资源调查等领摄影技术已经在城市规划建设、朱海斌[1]等把无人机倾斜域进行了应用，并取得的一定的成果；结果表明可摄影技术应用于煤炭露天剥挖矿区的精准测量中，以利用无人机倾斜摄影技术进行露天矿测绘数据采集工作，产管建军,王生的数据成果能够在露天矿生产中得到有效的利用；俊豪[2]等，验证了无人机倾斜摄影开展黄土地区泥石流灾害调查与评价是可行的，获取的信息比地面调查数据更科学合理；陈昕[3]把无人机倾斜摄影技术运用于城市建筑规划竣工测绘彭大雷，许强[4]等中，通过实际生产验证了其有效性与适应性；结果表明把无人机低空摄影测量技术应用于黄土滑坡调查中，在区域滑坡及单体滑坡调查中可以很好的认识其空间分布规律和发育特征；黄海峰,易武[4]等引入小型无人机遥感的滑坡应急治理勘查设计方法，结果表明，在滑坡应急治理工程勘查设计中引入小型无人机遥感技术，既能大大减轻现场工作时间、还能丰富勘强度和风险，也可显著提升工作效率和成果精度，可以实现滑坡勘查设计目查设计过程及成果的形象直观表达，标。现阶段，无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害调查领域多故应用于单体灾害，在长距离、多灾点的线路工程中应用较少，运用倾斜摄影的三维全景本文以无人机倾斜摄影技术为依托，技术，对陕北神府地区黄土梁峁沟壑区域的地质灾害发育特征进行了调查研究，获得了整个线路的全景图，总结了灾害的分对后布特征及发育规律，再结合地面野外调查数据对比调整，明确续工程的可行性研究及工程设计提供了有力的技术参考，多灾点的线状工程调查了无人机倾斜摄影测量技术在长距离、中应用的可行性。1倾斜摄影的三维全景图制作全景图原理：360°全景图，即为模拟人眼观看四周360°全方位视角的一种以点看面的三维影像全景视觉技术；其实现过程为通过拍形成一张2:1的全摄360°的全方位图片，用软件拼接起来后，给景图，然后通过专业软件观看或上传至网络上可在线浏览，任何人都可以通过自己的双手人一种身临其境第一视角观感，全景图或鼠标控制观看视角的方位，恰似亲临现场观看一样；制作流程见图1。图1全景图制作流程图1.1影像采集本文全景制作采用的是PTgui软件，数据采集设备采用的是大疆悟2无人机，镜头像素2400万，无人机采集影像资料简单方便，不受地形控制，可大范围广视角的采集影像资料。拍摄斜视及下视拍摄过程中在一个点的同一水平面分别采用平视、方法每一个拍摄角度连续旋转360°拍摄照片，每个视角拍摄的照片重叠1/4，总计拍三圈，拍摄时每张照片左右重叠1/3拍摄，每个拍摄角度重叠1/3（详见图2）。图2无人机拍摄角度示意图（1989-）研究方向：地质灾害。作者简介：代育朝，男，汉族，陕西西安，研究生，-42-科学技术创新2020.14

可清晰地了解到调查1.2数据处理通过野外调查及室内成图解译分析，分类、排序、点节理裂隙是否发育、裸露基岩风化程用PTgui软件对所采集的影像数据进行识别、是否局部已发生崩塌、对影像资料特征进行分析，度从而判定灾害的规模、威胁对象、危害程度以及危矫正，并对其模糊的照片进行剔除，发育程度、为后续控制点的生成做准备。险性。威胁对象、危害程度作为1.3同点匹配本次评估主要以灾害的发育程度、软件根据相邻照片重叠区域评估指标，数据分析后，进行同点匹配，最终对拟建工程可能受到各种灾害的危险性进行预如表2所示。的影像像素特征在每张照片上生成仅限于相邻照片之间共同测评估，的控制点（同点），控制点越多，后期融合效果及精度越好，若软表2拟建工程预测评估表件未能对个别相邻照片生成控制点，后期可以手动添加控制灾点编号 灾害类型 发育程度 威胁对象 危害程度 危险性

点。1 岩质崩塌 强 拟建1#压力泵站 大 大

1.4叠加融合2 岩质崩塌 强 拟建2#压力泵站 大 大

对生成控制点后，软件对相邻照片重叠的部位进行叠加，3 土质崩塌 中等 拟建1#隧洞入口 中等 中等

分选出每张照片重叠区域不同照片的明暗进行自动优化融合，4 岩质崩塌 强 拟建1#隧洞出口 中等 大

5 岩质崩塌 中等 拟建2#隧洞入口 中等 中等 然后把所有叠瓦碎片拼接的重叠区域，形成一个个叠瓦碎片，6 岩质崩塌 强 拟建2#隧洞出口 大 大 所有叠瓦碎片连接起来，使得相邻瓦片衔接处过渡清晰平滑，7 土质崩塌 弱 拟建3#隧洞入口 小 小

在一起即可生成长宽2：1的全景图。8 岩质崩塌 强 拟建3#隧洞出口 中等 大

1.5全景制作及发布9 岩质崩塌 中等 拟建4#隧洞入口 中等 中等

在对所有照片处理分析、控制点匹配及调整融合后，即可10 岩质崩塌 强 拟建4#隧洞出口 大 大

提交生成2:1的全景影像图片，由于拍摄过程中头顶天空为无 人机拍摄的视野盲区，在全景图生成后，可用其他软件3结论用专业软件（Photoshop等）对天空进行补漏，在对天空补漏后，方便快捷，3.1地质灾害调查中引入无人机倾斜摄影技术，保证了作业人员的人身浏览或上传至网络上在线浏览。准确全面，极大地降低了调查的成本，2工程应用安全。2.1工程实例简介3.2地质灾害调查中全景图的引入可以方便后期灾害治理调查区设计时设计人员全方位的了解灾点的规模大小以及发育规律，本次研究项目依托榆林市黄河东线马镇引水工程，域横跨陕西省榆林市神木市及榆阳区，总计长度约125km，引水对室内专家论证分析提供准确的视角参考。工程采用管道隧洞模式铺设，所经过区域神木地段地质环境条参考文献地质灾害发育程度强烈，由于[1]朱海斌，李亚梅.基于无人机的露天矿区测绘研究[J].煤件情况复杂多变，沿线沟谷发育，王妍，成本高、危险大，本次调炭工程，沟宽谷深，传统人工调查方式时间长、2018，50（10）：162-166.

基本摸清[2]管建军，王双亭，等.无人机倾斜摄影在黄土地区泥石查引入无人机全景影技术，极大的缩减了调查时间，王俊豪，了沿线灾害发育规律及发育程度。流灾害调查与评价中的应用[J].中国地质灾害与防治学报，质量轻、操控2017，本次调查采大疆悟2无人机，其具有体积小、28（4）：137-145.

其自身携带的GPS及红外[3]陈昕.无人机倾斜摄影测量在建筑规划竣工测绘中的应用[J].简便、起降要求低、转场灵活等特点，距离传感器可实时读取当前位置的与地面的相对高度以及地城市勘测，2017（1）：82-85+90.理坐标，调查人员可实时记录灾点的位置及高度等信息，通过[4]彭大雷，许强，董秀军，巨袁臻，亓星，陶叶青.无人机低空摄影实时影像确认灾点灾害发育情况，把人工调查的危险性降到了测量在黄土滑坡调查评估中的应用[J].地球科学进展，2017，32最低。无人机主要技术参数见表1。（3）：319-330.

张国栋，等.引入小型无人机遥感的滑坡应急治表1大疆悟2主要技术指标易武，[5]黄海峰，理勘查设计方法[J].防灾减灾工程学报，2017，37（1）：99-104.

大疆悟2主要参数

相机参数

飞行上限 最大控制半径 飞行作业高度 续航时间 最大升降速度 最大巡航速度 悬停精度

500m 5000m 50-100m 27min 升4m/s，降9m/s

108km/h

垂直±0.1m，水平±0.3m

相机型号 传感器 像元大小 图像最大分辨率

焦距 镜头旋转角 视场角

禅思X4S 13.2*8.8mm 2.4um 5472*3678 f/2.8-11mm +30/-90 84°

2.2灾点分析评估根据拟建输水管线的拟建标高及区域地形地质图初步确并根据卫定了露出地表的管线可能遭受地质灾害影响的地段，图解译拟定了拟建工程的重点调查区域。