基于非接觸測量技術(shù)的邊坡點云數(shù)據(jù)獲取

1、    基于非接觸測量技術(shù)的邊坡點云數(shù)據(jù)獲取    鄧一邱淑豪張愷周燁摘 要：本文利用無人機及三維激光掃描儀來獲取邊坡點云數(shù)據(jù)，主要講述非接觸測量技術(shù)在邊坡地質(zhì)信息拾取中的作業(yè)流程及便利性。關(guān)鍵詞：無人機;三維激光掃描儀;點云數(shù)據(jù)1 總述非接觸測量技術(shù)是近年來出現(xiàn)的新技術(shù)，它包括數(shù)字攝影測量技術(shù)和激光掃描技術(shù)1。數(shù)字攝影技術(shù)方面使用較多的是無人機傾斜攝影技術(shù)，通過拍攝影像數(shù)據(jù)提供地形地貌特征;而激光掃描技術(shù)方面使用最多的則為地面三維激光掃描儀，可直接獲取反映邊坡表面地質(zhì)信息的三維點云數(shù)據(jù)。本文將以楊家山隧道某處邊坡為例，采用無人機與三維激光掃描儀獲取邊坡

2、表面地質(zhì)信息，探討如何將非接觸測量技術(shù)用在地質(zhì)信息獲取上。2 點云數(shù)據(jù)獲取方式2.1 無人機獲取點云數(shù)據(jù)本文用大疆無人機獲取邊坡影像數(shù)據(jù)，應(yīng)用pix4d mapper軟件進行影像數(shù)據(jù)處理。使用無人機傾斜攝影測量技術(shù)進行三維地質(zhì)模型獲取的一般作業(yè)流程為：現(xiàn)場踏勘、航線規(guī)劃、飛行作業(yè)、數(shù)據(jù)后處理。（1）現(xiàn)場踏勘：該邊坡長度大概有200m，坡頂坡底相對高差大概有100m，邊坡兩端各有一部分延伸出去的斜坡。由于靠近坡底的位置有幾個較大的水池與圍欄，步行難以靠近，人工測量巖體結(jié)構(gòu)面非常困難，所以采用無人機傾斜攝影的技術(shù)來獲取邊坡表面地質(zhì)信息數(shù)據(jù)。（2）航線規(guī)劃：在地面控制站軟件中進行航線規(guī)劃，航向重疊率

3、為70%，旁向重疊率為50%，飛行相對高度為110m，航線總長度為1554m，飛行時間為10min，覆蓋整個巖質(zhì)邊坡。如圖1所示。（3）飛行作業(yè)：本試驗用大疆無人機進行飛行作業(yè)，在地面控制點上設(shè)定無人機飛行航線，利用無人機的自動飛行模式進行傾斜攝影，從而獲取邊坡表面的數(shù)字航攝影片。（4）數(shù)據(jù)處理：整理本次航線所采集的航攝相片，使用無人機配套的數(shù)據(jù)處理軟件pix4d mapper來提取每張相片的影像數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成地理信息產(chǎn)品，如圖2（a）所示。2.2 三維激光掃描儀獲取點云數(shù)據(jù)根據(jù)掃描目的與精度要求，結(jié)合邊坡周邊環(huán)境，考慮到topcon三維激光掃描儀獲取數(shù)據(jù)的特點，采用遠景掃描，架三個站點，每個站

4、點的位置根據(jù)現(xiàn)場情況布設(shè)，力求掃描范圍較大，遮擋物較少。每站掃描完成后，檢查點云數(shù)據(jù)是否完整，確保最后得到精確可靠的點云數(shù)據(jù)，每兩站點掃描到的點云重復(fù)部分應(yīng)大于掃描范圍的百分之三十，以便后期能準確地進行點云數(shù)據(jù)拼接。采用該三維激光掃描儀配套的后處理軟件scan master對掃描到的點云數(shù)據(jù)進行拼接以得到完整的邊坡表面地質(zhì)信息。該處邊坡掃描到的點云數(shù)據(jù)如圖2（b）所示。2.3 兩種點云數(shù)據(jù)獲取方式對比地面三維激光掃描儀以其靈活快速、非接觸測量的方式，可以解決山陡危險地形的掃描，并且可以快速得到高精度的測量成果，然而使用三維激光掃描儀獲取邊坡地質(zhì)信息，在特殊復(fù)雜的地形條件下，無法找到合適的觀測地

5、點以架設(shè)儀器。并且在實際工程應(yīng)用中，山坡頂部、階梯等容易成為掃描盲區(qū)，測區(qū)情形往往比較惡劣，多植被、深谷，三維激光對植被過濾效果有限，導(dǎo)致獲取的點云數(shù)據(jù)空洞較多。無人機航測以其操作簡便、機動靈活的優(yōu)勢在地形復(fù)雜的山區(qū)中應(yīng)用較多，相對三維激光掃描儀，無人機幾乎不存在測量盲區(qū)，且體積較小、攜帶方便，只是在精度上較三維激光掃描儀低。所以在大部分情況下我們優(yōu)先選用無人機來獲取地質(zhì)信息數(shù)據(jù)。3 結(jié)語本文以楊家山隧道某邊坡為研究對象，采用無人機與三維激光掃描儀獲取該邊坡表面三維地質(zhì)信息，研究非接觸測量技術(shù)相比傳統(tǒng)測量技術(shù)的優(yōu)勢。結(jié)果表明：（1）和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式相比，非接觸測量技術(shù)擁有非接觸性、數(shù)字化程度高、采集信息量大等特點。用三維激光掃描儀與無人機傾斜攝影技術(shù)來采集地質(zhì)信息數(shù)據(jù)是值得提倡的。（2）無人機與三維激光掃描儀以其靈活快速、非接觸測量的特點均可快速獲得大量地質(zhì)信息數(shù)據(jù)。三維激光掃描儀在實際工程應(yīng)用中，遇到坡體復(fù)雜的情況，會出現(xiàn)架站困難、掃描盲區(qū)過多的問題，導(dǎo)致獲取的點云數(shù)據(jù)空洞較多。而無人機相對于三維激光掃描儀，具有體積較小、攜帶方便的特點，且在獲取圖像信息的過程中幾乎不存在盲區(qū)，所以在實際應(yīng)用中采用無人