CN115471615B - 一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，涉及超深孔探测技术领域。本发明包括通过无人机进行进行航拍，获取航拍数据；基于航拍数据进行建模生成三维纹理模型；获取岩层数据；将三维纹理模型、岩层数据进行结合生成三维深孔模型。钻芯取样负责确定岩石性质，无人机拍摄负责确定深孔中的地貌，通过结合二者取得的数据，本发明实现了对超深孔的地质环境进行准确的建模。
Description
技术领域
本发明涉及超深孔探测技术领域，更具体的说是涉及一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，深地开发已经成为一个热门的方向。传统的地质探测，往往是采用钻孔取芯法，这一方法虽然可以直观的看到地下岩石的性质、种类，但对于地下空间中存在的溶洞、断层等，无法进行精确的描绘，传统的钻芯取样，当钻杆穿过溶洞、断层时，此时通常无法获得岩样，这势必会导致对于所探地区地质现象的误判。
进行地质探测时，为了更准确更直观的描绘出某一超深孔的地质特征，提供一种采用无人机拍摄与钻芯取样相结合的方法，钻芯取样负责确定岩石性质，无人机拍摄负责确定深孔中的地貌，通过结合二者取得的数据，做到对超深孔的地质环境进行准确的建模，以此来还原超深孔内部的具体环境是本领域技术人员亟需解决的问题。相对于传统的在探测杆上安装固定摄像机，使用无人机具有容易操控、定位准确、效率高、成像清晰的优点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，通过无人机拍摄与钻芯取样相结合以达到对超深孔地质环境精确建模的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，具体包括以下步骤：
通过无人机进行航拍，获取航拍数据；
基于航拍数据进行建模生成三维纹理模型；
获取岩层数据；
将三维纹理模型、岩层数据进行结合生成三维深孔模型。
可选的，通过无人机进行航拍的方法包括：
通过航拍无人机采用倾斜摄影方法获取深孔中的影像，其中航拍无人机具有航向重叠度。
可选的，航拍数据包括深孔数据、飞行数据；获取航拍数据具体步骤包括：
操控无人机进入深孔内进行拍摄，获取深孔数据；
控制无人机按照固定速度飞行，并记录无人机的飞行数据。
可选的，航拍数据还包括断层数据；获取断层数据的方法包括：
当无人机探测到断层时，根据需求操控无人机进入探测到的断层内采集断层数据。
可选的，航拍数据还包括溶洞数据；获取溶洞数据的方法包括：
当无人机探测到溶洞时，根据需求操控无人机进入探测到的溶洞采集溶洞数据。
可选的，基于航拍数据进行建模生成三维纹理模型包括以下步骤：
在建模软件中建立模型区域；
将航拍数据导入建模软件中；
按需求在建模软件中进行影像筛选，得到预筛图像；
通过计算机中的图形处理器结合影像所包含的POS信息自动进行空中三角测量计算；
通过空三加密解析空中三角测量生成点云并加密为密集点云，构成三角网格模型；
结合航拍数据中的像素信息生成三维纹理模型。
可选的，还包括三维纹理模型的校验：
其中，飞行数据包括飞行速度、飞行时间、飞行走向；
将记录的无人机飞行速度信息和飞行时间信息进行处理，得到飞行距离信息；
根据无人机的飞行走向信息和飞行距离信息，得到飞行轨迹建模；
将飞行轨迹模型与三维纹理模型进行比对，校验所建的三维纹理模型的尺寸。
可选的，还包括三维纹理模型的校验：
通过多种型号无人机测得的数据分别建立为三维纹理预制模型；对所建的各三维纹理预制模型进行对比，校正为三维纹理模型。
可选的，将三维纹理模型、岩层数据进行结合生成三维深孔模型的方法包括：
根据岩层数据在三维纹理模型中标示出不同高度处地层的岩石种类，得到三维深孔模型。
可选的，获取岩层数据的步骤包括：
通过钻芯取样所获得岩层数据。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，从而可以得到以下有益效果：
1、通过无人机拍摄成像，后续进行三维成像处理，对超深孔的内部结构做到较为精确的还原；
2、使用无人机航拍解决了由于超深空洞内部空间复杂多而导致的人类难以到达现场的困难；
3、钻芯取样负责确定岩石性质，无人机拍摄负责确定深孔中的地貌，通过结合二者取得的数据，做到对超深孔的地质环境进行准确的建模。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的实施例，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获得其他的附图。
图1附图为本发明的一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法结构流程图；
图2附图为本发明的航拍数据组成结构示意图；
图3附图为本发明的应用环境示意图；
图中：1-地面，2-溶洞，3-断层，4-深孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1所示，本发明实施例公开了一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，具体包括以下步骤：
通过无人机进行航拍，获取航拍数据；
基于航拍数据进行建模生成三维纹理模型；
获取岩层数据；
将三维纹理模型、岩层数据进行结合生成三维深孔模型。
进一步的，无人机具有自动摄像功能，无人机配备有辅助照明***，无人机续航时间约为30min。深孔数据、断层数据、溶洞数据为视频数据，视频数据包括影像信息、POS信息。
可选的，通过无人机进行航拍的方法包括：
通过航拍无人机采用倾斜摄影方法获取深孔4中的影像，其中航拍无人机具有航向重叠度。
进一步的，航向重叠度采用53％～60％。无人机在采集数据时采用倾斜摄影技术。为了提高所测数据的准确性，无人机所携带的摄影设备应为多相机摄影***，通过在同一无人机上搭载多镜头相机，在飞行过程中从垂直、倾斜等多个角度同时采集深孔4内部的影像，获取更为完整精确的深孔4地貌信息。在建立深孔模型与表面纹理的过程中，垂直影像中包含深孔水平尺寸信息，倾斜影像能够提供洞壁侧面的视角，两者结合满足生成深孔4表面纹理和模型的需要。倾斜摄影建模软件是基于倾斜摄影原理开发的三维建模软件。
如图2所示，可选的，航拍数据包括深孔数据、飞行数据；获取航拍数据具体步骤包括：
操控无人机进入深孔4内进行拍摄，获取深孔数据；
控制无人机按照固定速度飞行，并记录无人机的飞行数据。
可选的，航拍数据还包括断层数据；获取断层数据的方法包括：
当无人机探测到断层3时，根据需求操控无人机进入探测到的断层3内采集断层数据。
可选的，航拍数据还包括溶洞数据；获取溶洞数据的方法包括：
当无人机探测到溶洞2时，根据需求操控无人机进入探测到的溶洞2采集溶洞数据。
如图3所示，进一步的，在采用无人机航拍的过程中，要充分发挥无人机快捷高效，可移动的优势。在深孔4出口的地面1附近，将飞机起飞并飞进深孔4，当无人机飞至溶洞2、断层3等区域时，为了进一步确定断层3、溶洞2的大小，可以控制无人机进入断层3、溶洞2内部进行拍摄。在某些必要测量的关键部位，可以在无人机上安装探地雷达，以此来获得更加准确、有效的数据。
可选的，基于航拍数据进行建模生成三维纹理模型包括以下步骤：
在建模软件中建立模型区域；
将航拍数据导入建模软件中；
按需求在建模软件中进行影像筛选，得到预筛图像；
进一步的，在建模软件中填写设置参数阈值的选项，通过调整所用影像占原始影像的百分比进行影像筛选，以得到预筛图像，来减少需要处理的信息量，以此来提高后续建模的速度；
通过计算机中的图形处理器结合影像所包含的POS信息自动进行空中三角测量计算；
通过空三加密解析空中三角测量生成点云并加密为密集点云，构成三角网格模型；
结合航拍数据中的像素信息生成三维纹理模型。
进一步的，将具有一定重叠度的无人机航拍倾斜摄影所采集到的深孔数据导入建模软件中，计算机中的图形处理GPU会结合像片所包含的POS信息自动进行空中三角测量计算，生成点云并加密为密集点云，构成三角网格模型，最后结合倾斜影像中的像素信息生成富有纹理的三维深孔模型。
可选的，还包括三维纹理模型的校验：
其中，飞行数据包括飞行速度、飞行时间、飞行走向；
将记录的无人机飞行速度信息和飞行时间信息进行处理，得到飞行距离信息；
根据无人机的飞行走向信息和飞行距离信息，得到飞行轨迹建模；
将飞行轨迹模型与三维纹理模型进行比对，校验所建的三维纹理模型的尺寸。
进一步的，根据公式h＝v*t，将飞行速度信息和飞行时间信息进行处理，转换为距离信息。为保证视频拍摄质量，无人机垂直飞行速度为0.5m/s。
更进一步的，对传输回来的视频进行处理，依照h＝v*t，确定各地质层的厚度，以及溶洞2、断层3的高度大小。并通过三维建模技术，把复原后的超深孔洞的地质形态呈现出来。无人机进入深孔4后，为了保证信号的传输质量，遥控设备应位于洞口周围。无人机可以通过向控制***传递自身坐标以及改变海拔高度，以此来验证所测数据，通过公式h＝v*t转换为长度之后的数值是否准确。
可选的，还包括三维纹理模型的校验：
通过多种型号无人机测得的数据分别建立为三维纹理预制模型；对所建的各三维纹理预制模型进行对比，校正为三维纹理模型。
进一步的，无人机可以是市面上可以买到的任意一种无人机，可以为固定翼无人机、旋翼无人机、伞翼无人机或扑翼无人机。但为了保证探测的便捷性及可行性，应在满足探测标准的前提下，尽量选择体积较小的无人机。当无人机飞过溶洞2、断层3等位置时，为了更好的观察到溶洞2、断层3的细节，应适当的降低飞行速度，在某些关键的位置，可以选择悬停，以便取得更加清晰的视频及照片。为了保证建模的准确性，可以使用不同型号的无人机重复拍摄，对采集到的图像进行进一步的处理，取不同无人机拍摄的建模成果进行对比，以此来达到减小误差的目的。
可选的，将三维纹理模型、岩层数据进行结合生成三维深孔模型的方法包括：
根据岩层数据在三维纹理模型中标示出不同高度处地层的岩石种类，得到三维深孔模型。
进一步的，将前期通过钻孔所获得岩层数据，与无人机航拍所建的模型相结合，标示出模型中不同高度处地层的岩石种类，以此获得所测地区完整的地层数据。
可选的，获取岩层数据的步骤包括：
通过钻芯取样所获得岩层数据。
进一步的，岩层数据包括岩层类型。传统的钻芯取样，当钻杆穿过溶洞2、断层3时，此时通常无法获得岩样，这势必会导致对于所探地区地质现象的误判，为了更准确更直观的描绘出某一超深孔的地质特征，采用无人机拍摄与钻芯取样相结合的方法。钻芯取样负责确定岩石性质，无人机拍摄负责确定深孔4中的地貌，通过结合二者取得的数据，做到准确的建模，以此来还原超深孔4内部的具体环境。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
通过无人机进行航拍，获取航拍数据；
基于航拍数据进行建模生成三维纹理模型；
获取岩层数据；
将三维纹理模型、岩层数据进行结合生成三维深孔模型；
航拍数据还包括溶洞数据；获取溶洞数据的方法包括：
当无人机探测到溶洞(2)时，根据需求操控无人机进入探测到的溶洞(2)采集溶洞数据；
还包括三维纹理模型的校验：
其中，飞行数据包括飞行速度、飞行时间、飞行走向；
将记录的无人机飞行速度信息和飞行时间信息进行处理，得到飞行距离信息；
根据无人机的飞行走向信息和飞行距离信息，得到飞行轨迹建模；
将飞行轨迹模型与三维纹理模型进行比对，校验所建的三维纹理模型的尺寸。
2.根据权利要求1所述一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，其特征在于，通过无人机进行航拍的方法包括：
通过航拍无人机采用倾斜摄影方法获取深孔(4)中的影像，其中航拍无人机具有航向重叠度。
3.根据权利要求1所述一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，其特征在于，航拍数据包括深孔数据、飞行数据；获取航拍数据具体步骤包括：
操控无人机进入深孔(4)内进行拍摄，获取深孔数据；
控制无人机按照固定速度飞行，并记录无人机的飞行数据。
4.根据权利要求3所述一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，其特征在于，航拍数据还包括断层数据；获取断层数据的方法包括：
当无人机探测到断层(3)时，根据需求操控无人机进入探测到的断层(3)内采集断层数据。
5.根据权利要求1所述一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，其特征在于，基于航拍数据进行建模生成三维纹理模型包括以下步骤：
在建模软件中建立模型区域；
将航拍数据导入建模软件中；
按需求在建模软件中进行影像筛选，得到预筛图像；
通过计算机中的图形处理器结合预筛影像所包含的POS信息自动进行空中三角测量计算；
通过空三加密解析空中三角测量生成点云并加密为密集点云，构成三角网格模型；
结合航拍数据中的像素信息生成三维纹理模型。
6.根据权利要求1所述一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，其特征在于，还包括三维纹理模型的校验：
通过多种型号无人机测得的数据分别建立为三维纹理预制模型；对所建的各三维纹理预制模型进行对比，校正为三维纹理模型。
7.根据权利要求1所述一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，其特征在于，将三维纹理模型、岩层数据进行结合生成三维深孔模型的方法包括：
根据岩层数据在三维纹理模型中标示出不同高度处地层的岩石种类，得到三维深孔模型。
8.根据权利要求7所述一种基于无人机航拍成像的超深孔地质成像方法，其特征在于，获取岩层数据的具体内容：
通过钻芯取样所获得岩层数据。
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