基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法与流程

1.本发明涉及岩土工程勘察技术领域，具体涉及一种基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法。


背景技术：

2.露头是地层、岩体出露于地表的部分。露头节理是长度在几厘米到几十米，并有一定厚度的地质界面，是岩体经历构造运动后的构造形迹。露头节理产状调查对于了解区域岩体的构造演化，指导岩体工程实践具有重要意义。
3.由于岩体露头随机、广泛分布在岩体不同部位，传统的露头调查需要利用卫星遥感图片对于目标区域进行野外地质踏勘，地毯式搜索露头位置，选取平整、新鲜、出露面积较大的良好的露头作为测点，并采用综合测线法开展测量。综合测线法节理调查根据节理与测线的关系将节理分为三种类型(直接相交、延长相交、垂线相交)，测量露头内大于30cm的每条结构面。
4.露头节理具体操作方法为：对于每一个露头，首先布置测线，测线的合理布置须囊括主要走向的所有节理，然后测量测线的走向，记录测线起点的gps坐标值，用手持式gps中多边形法测量模块测量露头的出露面积和每一个拐点的坐标值，便于后期实现露头与其节理迹线的原始恢复；其次测量每一个节理面的倾角、倾向和长度，同时记录节理迹线的起点位置、端点类型、张开度和充填情况等；最后用红色油漆对露头编号，测量露头的倾向与倾角，至此完成了测量露头一个循环。现场调查内容统一记录于规范表格内。室内将野外记录的数据，人工通过excel电子化，然后进行统计分析。
5.传统调查露头分布的方法，通常假设google earth上或遥感卫星图上的反光点(露头没有覆盖物通常反光)为露头，驱车前往附近区域(野外通常道路不全)，人工步行达到目的地(安全考虑，直接舍弃遥远区域)，并且常常无功而返，调查成本高、发现露头的效率低。
6.传统测量露头节理的方法，必须布置测线，确定露头测量范围，以及不同节理的相对位置。然后由测量人员采用激光测距仪、地质罗盘开展测量，记录人员记录数据。由于测量工作主要由人开展，必然受到工作强度、时间、安全等因素影响。实际野外测量工作中过大的露头测量面积，人员沟通不畅，不易操作，为提高测量效率，人工通常采用半迹长测量法，导致节理长度不能完全测量。后续测量人员还需要将原始测量数据电子化开展数据处理。
7.传统的露头调查方法基于测量人员的野外地质踏勘，传统的露头测量方法基于测量人员的对于每一条节理的实地测量，人工成本高、测量效率低，导致整体成本高，调查区域小、测量节理少。因此需要研发一种新的岩体露头测量技术方案。


技术实现要素：

8.为此，本发明提供一种基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法，实现露头
节理产状野外测量成本低、高效率的调查，减少测量人员野外工作时间，降低露头调查的人工依赖。
9.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法，包括露头筛查s1和露头测量s2；
10.所述露头筛查s1包括：
11.s11、航区规划：确定岩体露头调查区域，将所述岩体露头调查区域划分为若干筛查区域，在所述筛查区域进行飞行航线规划并进行无人机航测区域飞行；
12.s12、数据处理：将无人机航测区域飞行获得的影像进行正射影像拼接，获得所述筛查区域的正射影像拼接图；
13.s13、露头筛查：采用计算机辅助设计软件，根据停机坪大小标定比例尺，创建图层，标记道路和露头两个目标对象；
14.所述露头测量s2包括：
15.s21、露头拍摄：根据所述露头的坐标标记点，携无人机赶赴现场，采用无人机飞到预设高度拍摄露头全貌；
16.s22、露头测量：获取露头的无人机拍摄影像后，采用地理信息系统将露头进行数字化。
17.作为基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法的优选方案，步骤s11中，所述筛查区域覆盖所述调查区域的比例至少为90％。
18.作为基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法的优选方案，步骤s11中，所述无人机航测区域飞行的时间段为晴天的正午时分。
19.作为基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法的优选方案，在所述筛查区域选择高度、宽度和平整度达到停机要求的位置作为无人机降落点。
20.作为基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法的优选方案，在无人机降落点固定停机坪，并采用pix4dmapper进行飞行航线规划。
21.作为基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法的优选方案，步骤s13中，采用cad软件根据停机坪大小标定比例尺；
22.所述道路和露头处于不同的图层中。
23.作为基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法的优选方案，选定目标露头后，在cad上圈定测量范围，用给定颜色进行标记，并测量面积，标序号。
24.作为基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法的优选方案，在google earth或奥维地图上标定记号，作为野外勘察测量的依据。
25.作为基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法的优选方案，步骤s22中，采用arcgis软件将露头进行数字化。
26.作为基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法的优选方案，所述无人机采用大疆精灵phantom 4pro v2.0。
27.本发明具有如下优点：通过露头筛查和露头测量两个阶段，其中露头筛查包括：航区规划：确定岩体露头调查区域，将岩体露头调查区域划分为若干筛查区域，在筛查区域进行飞行航线规划并进行无人机航测区域飞行；数据处理：将无人机航测区域飞行获得的影像进行正射影像拼接，获得筛查区域的正射影像拼接图；露头筛查：采用计算机辅助设计软
件，根据停机坪大小标定比例尺，创建图层，标记道路和露头两个目标对象；露头测量包括：露头拍摄：根据露头的坐标标记点，携无人机赶赴现场，采用无人机飞到预设高度拍摄露头全貌；露头测量：获取露头的无人机拍摄影像后，采用地理信息系统将露头进行数字化。本发明通过无人机摄影筛查，天眼代替人眼，一方面可以扩大筛查露头的面积、提高找到露头的效率，另一方面降低了人员依赖，减少了测量成本；通过无人机摄影测量，由于视野宽阔，直接反映露头节理的空间分布，可更有效获取露头节理的走向、迹长数据，并直接电子化，减少野外作业时间和人工记录时间。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
29.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
30.图1为本发明实施例中提供的基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法流程示意图；
31.图2为本发明实施例中提供的基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量技术路线图；
32.图3为本发明实施例中提供的基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量中无人机摄影筛查区域布置图；
33.图4为本发明实施例中提供的基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量中露头筛查区域无人机正射影像拼接图；
34.图5为本发明实施例中提供的基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量中无人机摄影筛查示意图；
35.图6为本发明实施例中提供的基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量中无人机摄影测量图；
36.图7为本发明实施例中提供的基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量中arcgis数字化示意图。
具体实施方式
37.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.传统的航空摄影主要采用大型固定翼飞机，由于空域管制、气候变化等影响，大型固定翼飞机缺乏机动能力，同时飞行使用成本高，不适用测量测区面积小、分辨率高的岩体
露头调查。为此选择大疆精灵phantom 4pro v2.0作为摄影筛查测量的机型，该机型组装简单，易操控，不必申请空域飞行，无需专用起降场地，单人可背包运输，抗风能力强(空中风速小于6级)，特别适宜区域降雨少，地形起伏较大的岩体露头调查。
39.参见图1、图2、图3、图4、图5和图6，提供一种基于便携无人机摄影筛查的岩体露头测量方法，包括露头筛查s1和露头测量s2；
40.所述露头筛查s1包括：
41.s11、航区规划：确定岩体露头调查区域，将所述岩体露头调查区域划分为若干筛查区域，在所述筛查区域进行飞行航线规划并进行无人机航测区域飞行；
42.s12、数据处理：将无人机航测区域飞行获得的影像进行正射影像拼接，获得所述筛查区域的正射影像拼接图；
43.s13、露头筛查：采用计算机辅助设计软件，根据停机坪大小标定比例尺，创建图层，标记道路和露头两个目标对象；
44.所述露头测量s2包括：
45.s21、露头拍摄：根据所述露头的坐标标记点，携无人机赶赴现场，采用无人机飞到预设高度拍摄露头全貌；
46.s22、露头测量：获取露头的无人机拍摄影像后，采用地理信息系统将露头进行数字化。
47.本实施例中，步骤s11中，所述筛查区域覆盖所述调查区域的比例至少为90％。所述无人机航测区域飞行的时间段为晴天的正午时分。在所述筛查区域选择高度、宽度和平整度达到停机要求的位置作为无人机降落点。在无人机降落点固定停机坪，并采用pix4dmapper进行飞行航线规划。
48.参见图3，具体的，本实施例中采用的大疆精灵phantom 4pro v2.0机型一次飞行航测面积大约1km2，将整个调查区域划分为9个筛查区域h1～h9，覆盖调查区域90％以上。为避免阴影遮挡，选择阳光明媚的正午时分，摄影筛查人员携带无人机达到指定筛查区域后，以“高、宽、平”为原则选择无人机降落点，固定停机坪，采用pix4dmapper规划飞行航线，组装无人机开始航测区域飞行，飞行参数配置为：飞行高度：100m，飞行速度10m/s，旁向重叠率60％，航向重叠率70％为佳。
49.具体的，每一个航测区域大约1km2，设置飞行参数后，单个航测区域可获取约600张图片，每张图片约10m，将图片导入现有的航测数据处理软件，以航测区域h1为例，参见图4，可得到大小约3g的正射影像拼接图(orthomosaic map)，作为摄影筛查的基础。
50.本实施例中，步骤s13中，采用cad软件根据停机坪大小标定比例尺；
51.所述道路和露头处于不同的图层中。
52.具体的，采用cad软件，首先通过停机坪大小(直径1.1m)，标定比例尺；其次创建图层，标记道路和露头两个目标，以h1航测区域摄影筛查为例，如图5所示。标记处越野车行车道路，及后期测量人员的可能步行道路(如河沟)，封闭曲线为露头测量区域。
53.在针对露头的摄影筛查中，因野外勘测成本高，目标露头需要满足可测性和典型性两个基本条件。可测性主要指岩体风化弱，出露面积大，节理出露明显，露头面平整。这样选取的新鲜露头可避免起伏不平的露头给产状测量带来较大的偏差，保障测量获取的数据可靠，而露头面积尽可能选大一些，则保证了足够的数据样本，尽可能多地测量结构面产状
数据；典型性主要指露头节理的分布形态与测区中露头的分布形态一致，可以代表周边岩体的结构面出露特征，与可测性区分。选定目标露头后，在cad上圈定测量范围，用颜色标记，并测量面积，标序号，并依据在google earth和奥维地图上标定记号，下一步野外勘察测量奠定基础。
54.本实施例中，参见图6，根据google earth和奥维地图上露头坐标标记点，测量人员携无人机赶赴现场，采用无人机飞到一定高度，拍摄露头全貌。参见图7，获取露头的无人机拍摄照片后，采用arcgis软件将露头数字化。
55.本领域技术人员知悉的是，地图数字化是获取矢量空间数据的一种重要方式，包括地图的扫描、配准和裁剪、图像拼接、图形要素的跟踪、采集、属性字段的添加和属性数据的录入等环节。现有的地理信息系统，如arcgis具备对应的数字化功能。
56.本领域技术人员知悉的是，pix4dmapper是瑞士pi4d公司的全自动快速无人机数据处理软件，集全自动、快速、专业精度为一体的无人机数据和航空影像处理软件。无需专业知识，无需人工干预，即可将数千张影像快速制作成专业的、精确的二维地图和三维模型，可从航拍片中利用摄影测量与多目重建的原理快速获取点云数据，并进行后期的加工处理。加工处理后的应用，可惠及不同行业，例如测绘、文物保护、矿业等等，应用领域包括航测制图、灾害应急、安全执法、农林监测、水利防汛、电力巡线、海洋环境、高校科研、军事等多个领域。
57.本发明通过露头筛查和露头测量两个阶段，其中露头筛查包括：航区规划：确定岩体露头调查区域，将岩体露头调查区域划分为若干筛查区域，在筛查区域进行飞行航线规划并进行无人机航测区域飞行；数据处理：将无人机航测区域飞行获得的影像进行正射影像拼接，获得筛查区域的正射影像拼接图；露头筛查：采用计算机辅助设计软件，根据停机坪大小标定比例尺，创建图层，标记道路和露头两个目标对象；露头测量包括：露头拍摄：根据露头的坐标标记点，携无人机赶赴现场，采用无人机飞到预设高度拍摄露头全貌；露头测量：获取露头的无人机拍摄影像后，采用地理信息系统将露头进行数字化。本发明针对测量区域，采用无人机巡航飞行，室内数据处理，筛查适合测量露头；针对测量露头，采用无人机定点飞行，摄影露头节理，室内测量节理数据，本发明通过无人机摄影筛查，天眼代替人眼，一方面可以扩大筛查露头的面积、提高找到露头的效率，另一方面降低了人员依赖，减少了测量成本；通过无人机摄影测量，由于视野宽阔，直接反映露头节理的空间分布，可更有效获取露头节理的走向、迹长数据，并直接电子化，减少野外作业时间和人工记录时间。
58.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。