基于无人机倾斜摄影技术的边坡巡检研究

邵裕健 史玉峰

摘 要：目前边坡的巡检大多采用人工巡检的方式，时间和经济消耗很大，且有时难以到达一些环境较为恶劣的地区。本文研究利用低成本无人机倾斜摄影技术对边坡进行巡检，该方法能够快速识别、标注边坡的病害，对边坡的信息进行数字化管理，有效提高边坡巡检质量。

关键词：无人机; 倾斜摄影; 边坡巡检

中图分类号：TD67         文献标识码：A        文章编号：1006-3315（2021）8-198-002

1.引言

自然条件下，由于山体边坡的岩性及地质构造、地形地貌和水文及降雨情况等因素，边坡常常会发生各种各样的破坏，如崩塌、滑坡以及由于边坡失稳引起的位移，这些破坏所造成的危害是极大的，会对生态环境、基础设施和城市景观造成威胁。传统的对于边坡的人工巡检具有劳动强度大、效率低、费用高、复杂地区局限性制约等缺点。随着无人机倾斜摄影测量技术的不断发展，其在管道、高架线缆、森林火灾、公路边坡等行业巡检中的应用越来越多。国内外很多学者和研究人员基于无人机倾斜摄影测量技术在相关领域开展研究，Yue[1]等基于无人机智能视觉特征分析方法，构建了用于海洋灾害智能检查的无人机遥感图像采集模型，利用海洋灾害边缘轮廓特征分解方法对海洋灾害进行了智能检测;Liu[2]等应用无人机飞行器对输电线路进行了检查;洪梓铭[3]对输电线路进行了三维建模，对三维模型的局部进行放大后完成了对输电线路的巡检、输电线路故障的排查;郗来迎[4]完成了输电线路故障的排查、安全隐患的排除。本文拟采用无人机倾斜摄影技术对大坡度边坡进行巡检研究。

2.无人机倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量技术集遥感传感器技术、GPS差分技术和POS定位定向技术于一体，并以高效的数据采集设备及快捷的数据处理流程作为其支撑，是一种达到真實效果和测绘级精度的新型技术。无人机倾斜摄影测量系统将多个传感器安装在同一个飞行平台上，从一个垂直和四个倾斜方向采集图像。倾斜摄影测量不仅可以用于建设地面数字模型和测绘各种地形图以直观地描绘地物和地貌，还可以准确地定位出地理位置的信息，同时输出DEM、DOM、DLG等成果。

无人机倾斜摄影测量数据获取的过程主要包括：测区资料收集与分析、场地选取、航线设计、航空摄影和质量检查。倾斜摄影测量数据处理包括预处理、空中三角测量和影像匹配、三维模型构成等。预处理环节主要包括相机的畸变差校正、大气折光改正、地球曲率改正等。空三加密通常采用前方交会和后方交会，利用影像匹配获得的控制点坐标，将所有的用于生产的区域放入到这些控制点坐标的坐标系中，得到未知点的坐标和影像的外方位元素。光束法区域网联合平差是常用的方法，将每个像片作为解算单位，在像控点和像片的公共点的帮助下，把每张像片的光束连接后形成一个完整的区域后通过区域网平差来得到每张像片的外方位元素和加密点坐标。空三完成后进行多视影像密集匹配，根据影像之间的重叠区域可以发现他们之间的位置关系。多视影像匹配的关键是在匹配过程中较好地利用冗余信息，用来纠正错误的匹配信息，得到精度更高的点云数据。根据密集点云构建不规则三角网来建立三维模型，通过将每一个物体构建三角网来完成整个模型的构建，三角网的大小和密集程度与航片重叠度和地物的复杂程度有一定关联，重叠度高、地物复杂，则会形成更为复杂的三角网。

3.无人机倾斜摄影测量边坡巡检应用分析

以位于南京市龙潭采石场某复垦边坡为研究对象，研究区域高约120m，土质主要为砂石，图1为边坡正面影像。采用大疆PHANTOM 4RTK多旋翼无人机采集研究区域的影像，航线设计参数如表1所示。对采集的影像进行分析处理后，生成研究区域的三维模型如图2所示，依据该模型可以对其放大进行目视巡检，发现边坡病害。另外，应用相关软件，可以在图2中三维模型中完成的坐标、距离、面积、体积进行直接测量，可以直接量测边坡裂缝宽度或下滑长度等。

4.结语

采用无人机倾斜摄影测量技术进行边坡巡检，是传统人工巡检的很好的替代方式，能够提高边坡巡检的效率，并且能够产生较大的经济效益与社会效益，具有广阔的应用前景。无人机倾斜摄影测量建立的三维模型能够支持边坡病害的标注及距离、面积等的测量，为后续的工作提供依据。

*国家自然科学基金：大场景机载点云建筑语义建模（No.41971415）

参考文献：

[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]洪梓铭.倾斜摄影技术的无人机电力巡检设计研究[J]电子技术与软件工程，2020（22）：192-194

[4]郗来迎，赵赫男，王松波，张孝超，马明阳.基于倾斜摄影技术的无人机电力巡检设计[J]电子科技，2019，32（05）：85-88