邵裕健 史玉峰

摘 要：目前邊坡的巡檢大多采用人工巡檢的方式，時(shí)間和經(jīng)濟(jì)消耗很大，且有時(shí)難以到達(dá)一些環(huán)境較為惡劣的地區(qū)。本文研究利用低成本無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對(duì)邊坡進(jìn)行巡檢，該方法能夠快速識(shí)別、標(biāo)注邊坡的病害，對(duì)邊坡的信息進(jìn)行數(shù)字化管理，有效提高邊坡巡檢質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：無人機(jī); 傾斜攝影; 邊坡巡檢

中圖分類號(hào)：TD67? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2021）8-198-002

1.引言

自然條件下，由于山體邊坡的巖性及地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌和水文及降雨情況等因素，邊坡常常會(huì)發(fā)生各種各樣的破壞，如崩塌、滑坡以及由于邊坡失穩(wěn)引起的位移，這些破壞所造成的危害是極大的，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施和城市景觀造成威脅。傳統(tǒng)的對(duì)于邊坡的人工巡檢具有勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、費(fèi)用高、復(fù)雜地區(qū)局限性制約等缺點(diǎn)。隨著無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的不斷發(fā)展，其在管道、高架線纜、森林火災(zāi)、公路邊坡等行業(yè)巡檢中的應(yīng)用越來越多。國內(nèi)外很多學(xué)者和研究人員基于無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域開展研究，Yue[1]等基于無人機(jī)智能視覺特征分析方法，構(gòu)建了用于海洋災(zāi)害智能檢查的無人機(jī)遙感圖像采集模型，利用海洋災(zāi)害邊緣輪廓特征分解方法對(duì)海洋災(zāi)害進(jìn)行了智能檢測;Liu[2]等應(yīng)用無人機(jī)飛行器對(duì)輸電線路進(jìn)行了檢查;洪梓銘[3]對(duì)輸電線路進(jìn)行了三維建模，對(duì)三維模型的局部進(jìn)行放大后完成了對(duì)輸電線路的巡檢、輸電線路故障的排查;郗來迎[4]完成了輸電線路故障的排查、安全隱患的排除。本文擬采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對(duì)大坡度邊坡進(jìn)行巡檢研究。

2.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)集遙感傳感器技術(shù)、GPS差分技術(shù)和POS定位定向技術(shù)于一體，并以高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及快捷的數(shù)據(jù)處理流程作為其支撐，是一種達(dá)到真實(shí)效果和測繪級(jí)精度的新型技術(shù)。無人機(jī)傾斜攝影測量系統(tǒng)將多個(gè)傳感器安裝在同一個(gè)飛行平臺(tái)上，從一個(gè)垂直和四個(gè)傾斜方向采集圖像。傾斜攝影測量不僅可以用于建設(shè)地面數(shù)字模型和測繪各種地形圖以直觀地描繪地物和地貌，還可以準(zhǔn)確地定位出地理位置的信息，同時(shí)輸出DEM、DOM、DLG等成果。

無人機(jī)傾斜攝影測量數(shù)據(jù)獲取的過程主要包括：測區(qū)資料收集與分析、場地選取、航線設(shè)計(jì)、航空攝影和質(zhì)量檢查。傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處理、空中三角測量和影像匹配、三維模型構(gòu)成等。預(yù)處理環(huán)節(jié)主要包括相機(jī)的畸變差校正、大氣折光改正、地球曲率改正等。空三加密通常采用前方交會(huì)和后方交會(huì)，利用影像匹配獲得的控制點(diǎn)坐標(biāo)，將所有的用于生產(chǎn)的區(qū)域放入到這些控制點(diǎn)坐標(biāo)的坐標(biāo)系中，得到未知點(diǎn)的坐標(biāo)和影像的外方位元素。光束法區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差是常用的方法，將每個(gè)像片作為解算單位，在像控點(diǎn)和像片的公共點(diǎn)的幫助下，把每張像片的光束連接后形成一個(gè)完整的區(qū)域后通過區(qū)域網(wǎng)平差來得到每張像片的外方位元素和加密點(diǎn)坐標(biāo)?？杖瓿珊筮M(jìn)行多視影像密集匹配，根據(jù)影像之間的重疊區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)他們之間的位置關(guān)系。多視影像匹配的關(guān)鍵是在匹配過程中較好地利用冗余信息，用來糾正錯(cuò)誤的匹配信息，得到精度更高的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)密集點(diǎn)云構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)來建立三維模型，通過將每一個(gè)物體構(gòu)建三角網(wǎng)來完成整個(gè)模型的構(gòu)建，三角網(wǎng)的大小和密集程度與航片重疊度和地物的復(fù)雜程度有一定關(guān)聯(lián)，重疊度高、地物復(fù)雜，則會(huì)形成更為復(fù)雜的三角網(wǎng)。

3.無人機(jī)傾斜攝影測量邊坡巡檢應(yīng)用分析

以位于南京市龍?zhí)恫墒瘓瞿硰?fù)墾邊坡為研究對(duì)象，研究區(qū)域高約120m，土質(zhì)主要為砂石，圖1為邊坡正面影像。采用大疆PHANTOM 4RTK多旋翼無人機(jī)采集研究區(qū)域的影像，航線設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。對(duì)采集的影像進(jìn)行分析處理后，生成研究區(qū)域的三維模型如圖2所示，依據(jù)該模型可以對(duì)其放大進(jìn)行目視巡檢，發(fā)現(xiàn)邊坡病害。另外，應(yīng)用相關(guān)軟件，可以在圖2中三維模型中完成的坐標(biāo)、距離、面積、體積進(jìn)行直接測量，可以直接量測邊坡裂縫寬度或下滑長度等。

4.結(jié)語

采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行邊坡巡檢，是傳統(tǒng)人工巡檢的很好的替代方式，能夠提高邊坡巡檢的效率，并且能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。無人機(jī)傾斜攝影測量建立的三維模型能夠支持邊坡病害的標(biāo)注及距離、面積等的測量，為后續(xù)的工作提供依據(jù)。

*國家自然科學(xué)基金：大場景機(jī)載點(diǎn)云建筑語義建模（No.41971415）

參考文獻(xiàn)：

[1]Guang Yue， Yutian Pan， Intelligent Inspection of Marine Disasters Based on UAV Intelligent Vision. J. of Coastal Research， 93（sp1）：410-416 （2019）

[2]Zifa Liu， Xinyue Wang ，Yunyang Liu， Application of Unmanned Aerial Vehicle Hangar in Transmission Tower Inspection Considering the Risk Probabilities of Steel Towers. IEEE ACCESS， 2019. 7： p. 159048-159057

[3]洪梓銘.傾斜攝影技術(shù)的無人機(jī)電力巡檢設(shè)計(jì)研究[J]電子技術(shù)與軟件工程，2020（22）：192-194

[4]郗來迎，趙赫男，王松波，張孝超，馬明陽.基于傾斜攝影技術(shù)的無人機(jī)電力巡檢設(shè)計(jì)[J]電子科技，2019，32（05）：85-88