一种基于数字露头的野外地质考察新方法与流程

本发明涉及野外地质考察领域，具体说是一种利用倾斜摄影测量技术采集露头照片、室内建立三维数字露头模型、在线进行产状要素测量和信息提取的野外地质考察新方法。

背景技术：

野外露头由地下岩体露出地表后形成，是地质学研究最直接、最真实、最详细的资料。传统野外地质考察主要以现场测量、局部拍照等方式记录露头信息，存在以下问题：(1)野外考察环境恶劣，人身安全风险高；(2)室内照片拼接质量差，容易变形失真；(3)参照物作为图上比例尺进行长度测量的精度非常低；(4)无法室内进行走向、倾角、倾向等产状要素的测量。建立数字地质露头能够真实还原地质露头野外场景，有效的解决以上问题。

倾斜摄影测量技术和三维激光扫描技术是建立数字地质露头的两种重要方式，但由于三维激光扫描仪价格昂贵、操作复杂且在野外环境下架设困难，在国内很少应用。倾斜摄影测量技术可以通过无人机采集数据，室内建立三维模型的方式建立数字露头，使得地质考察从“野外”到“室内”成为可能。然而，这种露头模型数据的浏览需要安装专门软件，且现有软件不支持进一步的地质要素测量与信息提取。因此，采用倾斜摄影测量技术采集并构建野外地质露头三维模型，在浏览器端实现三维露头模型浏览、产状要素测量和地质信息提取是野外地质考察的一种新方法，对地质研究具有重要的实用价值。

本发明提出了基于倾斜摄影测量技术构建数字地质露头，在线提供模型数据浏览、产状要素测量、地质信息提取的一体化解决方案，为野外地质考察提供了一种由“野外”到“室内”的新模式。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提出了一种基于倾斜摄影测量技术构建数字地质露头，在线提供模型数据浏览、产状要素测量、地质信息提取的一体化解决方案，为野外地质考察提供了一种由“野外”到“室内”的新方法。

(二)技术方案

本发明包含以下步骤：

(1)利用倾斜摄影测量方法获取野外地质露头照片；

(2)室内进行地质露头三维模型构建；

(3)露头模型岩线可视化；

(4)在线进行岩层产状要素测量；

(5)在线进行岩性标记、断层面标记、特殊构造标记、沉积相划分等地质信息提取；

(6)地质制图及导出。

进一步，所述步骤(1)中获取野外地质露头照片时，对大范围平躺露头采用专业级无人机搭载五镜头相机通过固定航高采集照片；对直立剖面露头采用消费级无人机搭载单镜头相机，按垂向航线抵近露头进行照片采集；对规模较小且无人机相机获取的照片分辨率不能满足需求的露头，先设置尺度约束信息，然后使用手持单反相机进行照片采集。

进一步，所述步骤(2)中对无人机采集的照片，通过空中三角测量、多视角照片密集匹配、以及纹理映射完成三维露头模型的构建；对手持单反相机采集的照片，先添加步骤(1)中用手持单反相机采集照片时设置的尺度约束信息，再通过空中三角测量、多视角照片密集匹配、以及纹理映射完成三维露头模型的构建。

进一步，所述步骤(3)中将三维露头模型转换成3d-tiles格式，利用cesium将模型叠在谷歌三维地形上，实现露头模型的在线可视化。

进一步，所述步骤(4)中通过cesium拾取岩层面上的不在同一直线上的三点，通过建立水平面和岩层面的方程，进而得到走向线、倾向线方程，最终得到岩层倾角、走向、倾向。

进一步，所述步骤(5)中建立点、线、面的矢量数据存储模型，设置属性字段存储地质信息。

进一步，所述步骤(6)中通过建立地质符号库，将步骤(5)中提取的地质信息制作成专题图，导出供后续研究。

(三)有益效果

本发明的优点体现在：

本发明提出了一种基于倾斜摄影测量技术构建数字地质露头，在线提供模型数据浏览、岩层产状要素测量、在线进行地质信息提取的一体化解决方案，无人机采集露头照片的方式，大大降低了野外地质考察面临的人身安全风险；数字化的三维露头数据，拓展了地质信息的进一步应用；在线提供服务的方式，代替了传统野外地质考察中岩层产状的现场测量。

附图说明

图1为本发明实施的步骤流程图，

图2为垂向航线示意图，

图3为三维模型构建流程图，

图4为岩层产状要素测量计算过程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述：

参照图1，本发明的具体实施步骤为：

(1)利用倾斜摄影测量方法获取野外地质露头照片；

其中，在获取野外地质露头照片时，对大范围平躺露头采用专业级无人机搭载五镜头相机通过固定航高采集照片；参照图2，对直立剖面露头采用消费级无人机搭载单镜头相机，按垂向航线抵近露头进行照片采集；对规模较小且无人机相机获取的照片分辨率不能满足需求的露头，先设置尺度约束信息，然后使用手持单反相机进行照片采集。

(2)参照图3，室内进行地质露头三维模型构建；

其中，对无人机采集的照片，通过空中三角测量、多视角照片密集匹配、以及纹理映射完成三维露头模型的构建；对手持单反相机采集的照片，先添加步骤(1)中用手持单反相机采集照片时设置的尺度约束信息，再通过空中三角测量、多视角照片密集匹配、以及纹理映射完成三维露头模型的构建。

(3)露头模型在线可视化；

其中，将三维露头模型转换成3d-tiles格式，利用cesium将模型叠在谷歌三维地形上，实现露头模型的在线可视化。

(4)在线进行岩层产状要素测量；

其中，计算流程参照图4，通过cesium拾取岩层面上的不在同一直线上的三点，通过建立水平面和岩层面的方程，进而得到走向线、倾向线方程，最终得到岩层倾角、走向、倾向。

(5)在线进行岩性标记、断层面标记、特殊构造标记、沉积相划分等地质信息提取；

其中，建立点、线、面的矢量数据存储模型并设置属性字段存储地质信息。

(6)地质制图及导出；

其中，通过建立地质符号库将已经提取的地质信息制作成专题图，导出供后续研究。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于数字露头的野外地质考察新方法，基本步骤为：利用倾斜摄影测量方法获取野外地质露头照片；室内进行地质露头三维模型构建；露头模型在线可视化；在线进行岩层产状要素测量；在线进行岩性标记、断层面标记、特殊构造标记、沉积相划分等地质信息提取；地质制图及导出。本发明提供的方法科学合理，技术先进，通过倾斜摄影测量技术采集露头照片、室内建立三维数字露头模型、在线进行产状要素测量和信息提取的野外地质考察新方法。

技术研发人员：孔旭旭;刘善伟;池海旭;欧阳志恒;周士博;王朝;段政明
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2019.04.12
技术公布日：2019.06.21