基于无人机技术获取岩体结构面信息应用前景
才源，麻潇文，杨超，张菁锐
（吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，吉林长春130118）
摘要：提取边坡岩体结构面几何信息，分析结构面分布组合规律是研究岩质边坡变形规律与破坏机理的基础。传统的采集方法工作效率极低，无人机摄影测量技术具有非接触、高效率的突出优势，建立的三维实景模型可以全方位展示岩质边坡实际状态，易于解译其中携带的地质参数。目前，许多学者开展了应用该项技术获取岩体结构面几何信息的研究工作，取得了丰硕的成果。本文总结了运用该项技术研究岩体结构的代表性成果，并分析未来的发展方向。
关键词：无人机摄影测量；岩体结构面；三维实景建模
中图分类号:TU45文献标志码:A
文章编号：1672-4011（2021）03-0065-02
DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2021.03.033
Application prospect of obtaining rock mass
discontinuity information by UAV Technology
CAI Yuan,MA Xiaowen,YANG Chao,ZHANG Jingrui
（Geomatics&Prospecting Engineering,Jilin Jianzhu
University,Changchun130118,China）
Absrtact:Extracting discontinuity geometric information of rock slope and analyzing discontinuity distribution and combination law is the basis of studying the deformation law and failure mechanism of rock slope.The efficiency of traditional acquisition method is very low.UAV photogrammetry technology has the outstanding advantages of non-contact and high efficiency.The three-dimensional real scene model can show the actual state of rock slope in an all-round way,and it is easy to interpret the geological parameters carried in it.At present,many scholars have carried out the research work of using this technology to obtain the geometric information of rock mass discontinuity,and a-chieved fruitful results.The representative achievements of using this technology to study rock mass structure are summarized,and the future development direction is analyzed.
Key words:unmanned aerial vehicle photogrammetry；rock mass discontinuity；3D real scene modeling
0前言
大量工程实践表明，岩质边坡的稳定性主要受控于坡体内部结构面的分布组合规律。因此，准确、高效获取岩体结构面信息，分析结构面的分布规律，对评价岩质边坡的稳定性有着重要意义。
传统的结构面测量法主要有测线法和窗口统计法两种，这种方式不仅工作量大、工作效率低，而且对于高陡斜坡很多地质人员是无法近距离接触的，因而该方法存在很大的局限。无人机摄影测量技术是一种新兴的测绘方法，具有成本低、操作简单、灵活方便、对环境适应性强等特点，利用无人
收稿日期：2020-07-22
作者简介：才源（1999—），女，河北秦皇岛人，本科，主要研究方向：岩体结构面快速提取方法。
基金项目：大学生创新创业训练计划项目：基于无人机三维实景建模技术的高陡岩质斜坡结构面采集方法研究机飞行平台，搭载多镜头摄影器械，采集地面信息，形成三维倾斜模型，建立三维解译环境，获取测绘信息的技术方法。基于此技术，众多学者开展了获取岩体结构面信息方面的研究，并取得了丰硕的成果。
1研究现状
王凤艳等⑴在数字近景摄影测量测取结构面空间坐标的基础上，应用立体几何、方位概念和投影变换理论，提出并建立了基于空间坐标的结构面迹线三维模型、任一投影展示面的迹线二维模型和详细判据的产状解算模型。李水清等⑵以湖北省汉川市郊区的一处人工采石场边坡为试验场地，利用大疆精灵3无人机拍摄了216张带有GPS坐标属性的照片，导入ContextCapture软件中，建立了3D网格数字模型，读取和记录15条岩体结构面上点的坐标，输入编好的程序中得到了此15条结构面倾向倾角的计算值，并与现场用罗盘测量的测量值进行对比。杨力龙⑶推导了利用坐标计算岩体几何信息的准确方法，优化结构面产状的计算方式，并基于VB语言以excel为载体编写了岩体几何尺寸及岩体结构面产状的计算程序。
程强等⑷采用数码摄影测量技术，建立了四川省理县杂谷脑河右岸边坡三维模型，获取结构面上三点坐标，采用三点法计算得到结构面的产状，进一步分析了边坡岩体结构。贾曙光等⑸首先利用配备单镜头的轻小型电动多旋翼无人机获取高陡边坡的三维点云数据，利用基于最小二乘法的多点拟合方法得到岩体出露结构面的平面参数，最后采用赤平极射投影方法进行产状优势分组。赵明宇等⑹利用大疆精灵3无人机对长春净月东升采石场边坡进行摄影，利用免棱镜全站仪进行坡面控制测量，利用Pix4Dmapper建立边坡三维模型，用未参与建模的控制点进行模型检核，满足精度要求后，在边坡三维模型上测得岩体结构面特征点坐标，结合结构面迹线展示模型和基于三维坐标的产状计算模型，获取结构面的迹线和产状信息。
张恺等：7］采用运动恢复结构（SfM）算法将无人机摄影获得的二维照片恢复出具有岩体结构的三维点云数据，通过对点云坐标的提取解译出岩体结构面的产状。并通过对比罗盘测量的产状和点云计算的产状验证了该方法的可靠性。冯威⑻在无人机倾斜摄影测量建立的斜坡三维模型上，判译识别岩体结构面标志。针对面状结构面，通过测量面状结构面边缘上至少三个特征点，提取结构面主要几何信息，包含迹线、迹长、产状等；对于线状结构面，追踪结构面起点、中间各转点及终点坐标，提取线状结构面几何信息。徐岗等⑼以九绵高速A15标段边坡为研究对象，采用无人机摄影技术通过搭载高分辨率光学相机获取摄影图像和三维点云坐标合成实测区域三维网格模型，进一步整理分析，对坡体的高陡危岩体进行测量，例如危岩体的尺寸、危岩体的剖面图、结构面产状、裂缝的长宽、危岩体的边界条件以及陡崖断面形状等信息。周增辉等［⑹选取南宁市大明山保护区三宝至天坪区公路的两段路堑边坡，采用无人机三维实景建模技术，通过航拍和影像数据处理，构建三维实景模型，提取岩体结构
（下转第81页）
3)装药结束后，仔细检查填塞长度，根据检查结果及时地优化装药位置与装药量。科学选用炮孔堵塞材料，同时需要严格控制炮孔堵塞力度，防止破坏脚线⑸。
4)此公路工程中光面爆破与预裂爆破均选择的是起爆方式，在爆破后必须及时处理现场渣土，以便于进行再次爆破。此外，需要对边坡危面与松石进行处理，做好相关安全防护措施。
5)关于临近边坡线的爆破，应选择光面爆破方式，结合边坡眉线情况确定最佳爆破位置，以达到边坡开挖预期效果。同时炮孔钻孔角度应与边坡坡度相协调，经过爆破试验确定爆破各项参数，从而保证爆破效果。
6)针对光面爆破与预裂爆破而言，炮孔间距应结合岩石、土层具体状况进行科学调节，一般炮孔间距需达到50cm o
4爆破安全保障措施
4.1爆破震动防护措施
针对爆破施工而言，应选择毫米爆破、光面爆破以及预裂爆破等方法，同时科学控制装药量与最大单响装药量，建立毫秒间隔起爆方案，使爆破施工后的岩石松动，从而为再次爆破创造有利条件。综合分析保护物与爆破源位置情况，确定最佳的起爆顺序和方向。在正式爆破施工前，应实地勘察工程现场岩石、土层结构特性，经过数次爆破试验确定最优爆破参数，单耗不管是偏大或者是偏小，都会影响到爆破震动安全防护，所以爆破阶段必须严格监测爆破震动情况，第一时间把爆破震动结果交给施工企业，从而为爆破参数优化提供指导与依据。
4.2爆破飞石防护措施
实时监督爆破飞石变化情况，定期对防护排架进行严格长春分类信息
(上接第65页)
面参数、危岩体尺寸等几何信息。张文等[⑴采用无人机与近景摄影测量技术，识别并解译了阿坝藏族自治州汶川县绵虎镇境内大溪沟斜坡整体斜坡的长大控制性结构面与坡面上的6663条随机构造结构面。
2应用前景
应用无人机三维实景建模技术获取岩体结构面信息可以避免传统测量方法的不足，具有显著优势。同时也存在一些问题，例如如何提高消费级无人机的航拍精度，力求达到毫米级乃至毫米级以下；在有植被覆盖的高陡边坡，如何扣除植被正确反映实际边坡状态；现有的自动化获取结构面信息的方法精度不高，存在部分误识别现象。
因此，如何提高无人机航测数据精度以及开发更高效更可靠的岩体结构面计算机识别程序是今后的研究方向。
3结论
应用无人机摄影测量技术获取高陡边坡岩体结构面信息，可以有效避免传统测量方法的不足，提高工作效率。但仍然存在一些问题，在今后的工作中，应注重提高无人机航测数据精度并开发准确快速识别岩体结构面的程序。笔者相信，该方法会在未来的实际工作中发挥出更大的经济效益。
[ID：011032]参考文献：
[1]王凤艳，陈剑平，杨国东，等•基于数字近景摄影测量的岩体结检查，使物体近体防护与爆破表面防护满足设计基本要求，工程现场所有工作人员、设备等必须及时撤离至安全警戒线外⑹。加大爆破阶段信息化管理力度，认真分析与总结爆破经验与教训。结合岩层土质情况确定最佳爆破参数，科学地调整装药量与填塞深度。应选用合适的起爆方式，并适当地延迟起爆时间，使所有炮孔与自由面相倾斜，防止后排抵抗线的方向失控。
5总结
在公路路基石方边坡开挖工程中选择爆破技术与方法，能够有效提高施工效率，达到预期爆破效果。为了发挥爆破技术作用，实现安全施工，就必须根据工程现场地质状况选用合适的爆破技术，确定最佳爆破参数。同时要加强爆破震动与爆破飞石安全防护，提高爆破安全性，以保证设备、人员的安全。[ID：011017]
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