[发明专利]一种工程地质调查中基于小型无人机录像的三维影像获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程地质勘察技术领域，尤其涉及一种工程地质调查中基于小型无人机录像的三维影像获取方法。

背景技术

随着小型无人机技术的迅猛发展，在民用领域的使用越来越广泛。无人机具有成本低、无伤亡风险、超视距飞行、操控简单、工作效能高等特点，目前大量应用于工程建设中，特别在工程地质勘察中提供了重要的技术支持。

随着我国西南地区开发建设进入高峰时期，在西南地区广袤的高山峡谷地区，工程建设中面临着大量地质条件复杂的高边坡问题，高边坡问题不仅使得工程建设面临巨大的安全风险，甚至可能成为工程建设的制约性因素，从而影响社会经济发展。

近年来，无人机技术被大量应用于地质灾害调查预警、工程地质勘察等领域，有效提高了工作效率，降低了人员在野外调查工作中面临的安全风险，也显著提高了收集资料的全面性及准确性。

随着相应的计算机软件技术的配套发展，通过无人机获取三维影像技术正在被工程建设领域广泛运用。在西南地区超高自然边坡以及工程边坡工程地质勘察中发挥着巨大的作用。无人机获取三维影像的传统方法是控制无人机携带的相机对目标区拍摄照片，相邻两张照片需要70％以上重合度的前提下才能合成三维影像。传统方法在现场操作中面临相邻照片70％重合度不易保证、照片画幅不均一等问题(如图1)，从而降低了三维影像合成的成功率，致使现场航拍难度大、获取三维影像的效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种工程地质调查中基于小型无人机录像的三维影像获取方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种工程地质调查中基于小型无人机录像的三维影像获取方法，包括以下步骤：

1)按照设计图纸开挖工程边坡完成之后，清理壁面并进行施工放样桩号标记点；

2)控制无人机相机获取单级边坡全幅实时画面，使用全站仪测得无人机相机镜头至坡面距离；将无人机转入航点飞行模式，在单级边坡全幅实时画面状态下无人机记录当前初始飞行航点，控制无人机平行边坡，镜头垂直坡面飞行，每10m～20m设置一个航点，如遇边坡形态转折，在边坡形态转折处增加航点，依次操作至边坡终点，输入无人机航点飞行速度参数后，启动无人机航点飞行功能并打开无人机相机摄像模式，此时无人机返回第一航点按照记录航点飞行并对边坡进行录像；

3)对坡面施工桩号标记点使用测量仪器测量其坐标；

4)完成边坡录像后使用计算机导出无人机录像数据，使用软件对录像数据进行提取处理，其中提取单帧画面的间隔时间根据飞行速度与相机镜头距离坡面距离计算得到，

单帧画面间隔时间t可按下式计算：

式中：t为单帧画面提取间隔时间(s)；

δ为三维影像保证系数；

d为无人机相机镜头至坡面距离(m)；

v为无人机飞行速度(m/s)，根据经验，当d≤15m时，v不宜大于3m/s；

α为无人机相机视角(°)；

5)使用Smart3D软件导入提取的录像单帧照片，并导入施工桩号标记点坐标进行合成获得边坡三维影像；

6)在三维影像中获取检查点坐标对比其实际测量坐标对三维影像精度进行校核，检查三维影像坐标是否存在错误或精度是否满足要求。

按上述方案，所述步骤1)中边坡按照5m～10m间隔设置标记点。

按上述方案，所述步骤2)中获取单级边坡全幅实时画面时控制无人机相机画幅范围10m×5m至10m至15m，每个画幅范围包含4至6个标记点。

按上述方案，所述相机为视角94°，单张影像数据分辨率4000×3000、有效像素1276万的数码相机。

本发明产生的有益效果是：

1.本发明提取目标区单帧照片有效画幅一致，大幅降低了三维影像拼接难度；

2.使用无人机智能飞行模式减小了人为操作与外部环境因素对影像成果的影响，并显著降低了现场外业操作难度；

3.合成三维影像的成功率大幅提高，理论成功率高达100％。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是传统方法操作中照片重合度不足示意图；

图2是本发明实施例的方法流程图；

图3是本发明实施例中获取单级边坡高程全幅实时画面示意图；

图4是无人机智能飞行航点设置示意图；

图5是全站仪测量施工桩号标记点示意图；

图6是本发明实施例合成的三维影像俯视图；