基于消费级无人机的地质露头三维建模技术研究

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野外地质露头的精细调查对于指导油气勘探与开发 具有重要的作用和意义，是目前碳酸盐岩储层油气增储 上产的关键方法之一[1]，其三维结构的剖析需要地质工 作者携带专业工具进行实地调查、量测和记录，并在此 基础上结合其他辅助工具进行信息提取和数据挖掘。
野外地质露头往往具有高耸、陡立等特点，存在现 场量测难度大、精度低、危险性高等弊端，采用现代测 量工具开展地质露头三维建模正成为行业研究热点[2]。 目前主流的方法是利用激光雷达扫描仪（LiDAR）获取 点云数据，通过计算机可视化技术进行三维数字露头 构建[3]。国内外学者也利用该技术进行了较多的工程实 践：Bellian等利用地面激光雷达扫描技术建立了数字露 头地层建模[4]；郑剑锋、沈安江等对塔里木盆地巴楚地区 的某处地质露头进行了扫描重构，并清晰展示了其沉积 微相、孔隙度和渗透率在三维空间中的变化情况[5]；邓小
基金项目： 国家科技重大专项(2016ZX 05014-002)；山东省重点 研发计划项目(2018GGX109 003)；国家自然科学基金 (41776182)；山东省自然 科学基金(ZR2016DM16)项 目资助 作者简介： 万剑华（1966-），男，山 东单县人，教授，博士，主 要从事3S技术应用、数字城 市等研究工作。 E-mail: wjh66310@ 通讯作者： 刘善伟（1982-），男， 山东青岛人，副教授，博 士，主要从事海洋测绘等 研究工作。 E-mail: shanweiliu@ 收稿日期：2018-03-22
Abstract: In view of the problems in traditional 3D modeling of geological outcrop such as needing expensive equipments, complex processing etc. This article proposed a reconstruction scheme of geological outcrop based on consumer UAVs. Experiments were carried out. Results indicate that this approach works conveniently and is of low cost. Besides, it produces fine texture and real-life surface condition of objects. One can precisely measure distance and direction in this model. The proposed approach helps improve working efficiency and surveying accuracy. It also provides a new technology for the field exploration of geological outcrop. Key words: geological outcrop; 3D model; consumer UAV; oblique photogrammetry
第26卷 第S WORLD
2019.10 Vol.26 No.5
引文格式：万剑华，刘汝涛，刘善伟，等. 基于消费级无人机的地质露头三维建模技术研究[J].地理信息世界,2019,26(5):96-100+106.
基于消费级无人机的地质露头三维建模技术研究
On 3D Modeling of Geological Outcrop Based on Consumer UAVs
WAN Jianhua, LIU Rutao, LIU Shanwei, FENG Jianwei, WANG Zhao, ZHANG Chi (School of Geoscience, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)
龙、李丽慧提出利用激光扫描技术获取复杂地质露头的 表层精细几何数据，再利用Geomagic Studio软件进行 点云数据编辑和曲面拟合模型的重构，最后通过FLAC软 件进行三维模型的生成[6]。美国德克萨斯大学奥斯汀分 校甚至对美国、法国、南非等地区的数十个典型地质露 头进行了扫描刻画，形成了典型露头知识数据库。虽然 LIDAR技术操作简单，数据获取效率高，但也存在很多 弊端，如设备昂贵，获取的数据量大，容易造成数据冗 余，同时受扫描有效距离的限制，难以进行大范围及高 耸目标物体的扫描成像，因此难以得到普及推广。
万剑华，刘汝涛，刘善伟，冯建伟，王 朝，张 驰
（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266580）
【摘要】针对传统地质露头三维建模技术存在设备昂贵、过程复杂等问题，提出一种基于消费级无人机的重 建方案，并开展了精度评定实验和项目应用。利用消费级无人机开展地质露头三维建模易于操作、成本低， 三维模型纹理精细度高，能够真实反映研究对象的表面状况，可在模型上精确量测距离和方向，在降低了野 外工作量的同时，提高了地质露头传统野外量测精度，为地质露头野外踏勘提供了一种新的技术手段。 【关键词】地质露头；三维模型；消费级无人机；倾斜摄影测量 【中图分类号】P208 【文献标识码】A 【文章编号】1672-1586（2019）05-0096-05
消费级无人机具有操作简单，机动灵活，其成本 较专业型无人机低得多，利用倾斜摄影测量技术对照片 进行处理，可获取地表精确的三维坐标和纹理信息，目 前在国土资源勘查、智慧城市建设、电力巡检等领域取 得了广泛的应用[7]。考虑到地质露头的特殊性，本文以 消费级无人机为平台开展地质露头三维建模方法研究，