航空攝影技術在地質災害監測的應用

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摘要:傾斜航空攝影技術具有精度高、機動靈活和周期短等優勢，在地質災害監測中的應用越來越廣泛。本文結合某地區的滑坡災害，在Smart3DCapture軟件平臺自動制作了監測區域的實景三維模型，根據模型反映的災害情況，劃定了滑坡災害的受災面積，預測了受災范圍，估算了可能誘發泥石流、滑坡的土石方量，為相關部門制定相應撤離計劃提供了可靠的依據;同時識別出對下方居民威脅較大的2處危巖體，應對其及時清除治理。

關鍵詞:傾斜航空攝影技術;地質災害;災害監測

交通網絡的建設對區域經濟發展起到了巨大推動作用。但交通網絡的建設形成了大量的臨河公路、山區公路等，逐漸成為泥石流、崩塌、滑坡等地質災害的頻發區域，不僅威脅著公路沿線過往車輛的行駛安全，而且耗費了大量的人力、財力維護公路［1］。此外，在公路、鐵路等修建過程中形成了大量的臨空邊坡，如我國西南片區由于地形地貌起伏變化較大，沿途臨空邊坡較多，導致小型滑坡、崩塌災害頻發，特別是在雨水、地震等內、外部因素的作用下極易誘發災害。因此，如何加強公路、鐵路沿線的地質災害隱患點監測是當前亟待解決的問題，也是有效防治各類災害的基礎。隨著計算機技術以及圖像處理技術的快速發展，傾斜航空攝影測量技術代替了傳統的垂直航空攝影技術，實現了多角度、多方位獲取拍攝區域航空影像的目標，逐漸在地質災害隱患點排查中的應用越來越廣泛［2］。傾斜航空攝影技術能夠在短時間內獲得測繪區域的航空影像數據，通過圖像數據處理獲得更加真實可靠的數據信息，進而通過軟件處理平臺生成三維實景模型，為進一步災情評估和災害重建提供了可靠的地理信息依據。

1傾斜航空攝影技術概況

傾斜航空攝影技術是在傳統的垂直攝影技術基礎上發展起來的，它充分利用多個鏡頭相機獲取測繪區域多角度、多方位航空數據信息的功能，因此，該技術的發展是立足于圖像融合處理技術、計算機數據處理技術等［3］。傾斜航空攝影的無人機通常搭載了5個鏡頭相機，包括1個垂直鏡頭相機和4和傾斜鏡頭相機，顯著地提高了圖像的集成度。此外，多方位、多角度航空拍攝避免了垂直航拍僅能夠獲取垂直方向影像數據的弊端，不僅提高了測量精度，而且有助于構建三維實景模型。因此，傾斜航空攝影技術在地質災害監測中三維實景模型建設方面具有明顯的應用優勢。

2地質災害應急測繪技術概況

地質災害應急測繪技術應滿足以下幾點要求:(1)獲取影像數據信息精度高、速度快;(2)能夠實現實景三維模型建設的數據需求;(3)操作簡便，靈活機動。實景三維模型常作為地質災害應急搶險和排查的電子沙盤，這是由于實景三維模型是以航空影像數據為基礎制作的逼真、精度高的三維模型，因此常作為評估災害受災范圍的依據資料，同時在災害應急管理中發揮了重要作用，如確定臨時安全點以及指揮救急人員就位等。綜上所述，傾斜航空攝影測量技術在地質災害監測中具有廣闊的應用前景。

3傾斜航空攝影技術在地質災害監測中的應用

3．1應用流程框架

傾斜航空攝影測量技術在地質災害監測中的應用主要包括無人機航空攝影測量、實景三維模型制作和地質災害隱患點排查三個部分內容［4］。其中，無人機航空攝影測量包括無人機傾斜攝影系統的搭建和無人機航空影像數據的獲取與處理，前者又包括無人機系統改造、組裝無人機和傳感器等，后者包括航線設計、航空攝影、多視角航空影像數據獲取以及測繪區域影像點分析等;實景三維模型制作包括多視角航空影像平差、匹配等和實景三維模型建設等，前者又包括多視角影像的聯合平差、影像密集匹配、DSM、DOM和DEM產品生產等內容。綜上所述，傾斜航空攝影測量技術在地質災害監測中的應用流程可以用圖1表達。

3．2航線設計及數據獲取

無人機傾斜航空攝影數據獲取以及處理是地質災害監測的重要環節，包括航線設計、航空影像拍攝、多視角影像數據獲取和影像數據分析等方面［5］。其中航線設計主要是根據無人機的型號以及攝影相機的分辨率等，結合地形地貌確定其飛行高度等參數，如確定旁向重疊度、航向重疊度等。例如，某地區地質災害排查工作中，根據地形地貌變化特征將測繪區域分為2個飛行子區。子區1的飛行行號設計為500m，而子區2的飛行行高設計為300，航向重疊度為75%，旁向重疊度為65%;完成航線飛行計劃后，選擇天氣狀況良好的天氣進行拍攝，及時檢查每天獲取的影像數據質量，直至達標后才可進行下一階段的任務;多視角影像數據獲取，將每天獲取的傾斜航空攝影數據存儲至指定的計算機中，作為后期數據處理的原始數據信息;影像數據分析是指經過影像數據的鑲嵌、融合等處理后，對航空影像進行分析，獲取與地質災害有關的信息數據。

3．3實景三維模型制作

實景三維模型制作是地質災害監測的基礎，也是應急排查的電子沙盤，因此，實景三維模型的制作必須遵循時間緊、任務重的基本原則，即在較短的時間內獲得精度更高的實景三維模型。而這是傳統的人工建模無法完成的，必須使用現代化的自動化建模技術。本次建模采用Smart3DCapture自動建模軟件，將傾斜航空影像數據導入至相應的建模工作區，能夠在較短的時間內獲得高精度的實景三維模型。此外，由于本次所獲航空影像數據是由傾斜航空攝影系統所得，獲得了多角度和多方位的影像數據，所以自動生成的實景三維模型精度也更高，能夠滿足地質災害監測對精度的基本需求。

3．4地質災害監測現狀分析

通過本次地質災害監測對已發生滑坡災害的某地進行了災害應急搶險，主要目的在于精準的評估本次滑坡災害的波及范圍，預測受災人數以及需要搬遷處理的范圍等，同時為進一步制定安置計劃、災害治理等提供詳實可靠的數據支撐。由于滑坡災害，導致大量的裸土、巖體暴露，在強降雨氣候條件下極易產生泥石流、滑坡等災害，破壞性極大。故本次采用實景三維模型對可能的災害范圍進行預測，及時地撤出受災人群以及外圍人群。根據傾斜航空影像數據制作的實景三維模型可知，本次滑坡災害導致的受災面積可達6024．31m2。根據受災面積在實景三維模型中劃定了本次地質災害影響范圍邊界，最終獲得可能發生的泥石流或者滑坡災害的土石方量可達7214．54m3。在實景三維模型中直觀地體現了本次滑坡災害的發育程度，同時在航空影像數據中能夠清晰識別出受災面積和滑坡規模大小，為災害評估以及應急搶險提供了基礎依據。此外，根據實景三維模型確定了本次滑坡可能誘發的受災邊界，進而計算出了再次發生泥石流或者滑坡的土石方量。最終認為，本次滑坡災害的受災情況較為嚴重，應及時的撤職災區范圍內的居民，并在指定的安置區域安置。在此次監測中，另外識別出不穩定危巖體2處，在強降雨天氣以及地震條件下極易產生崩塌災害，這是由本次滑坡災害誘發的潛在災害，應及時對滑坡體進行清除治理。該區域強降雨天氣較多，再次誘發山體滑坡的概率較大，應及時對可能滑坡的山體進行治理。

4結束語

綜上所述，傾斜航空攝影測量技術在本次滑坡災害監測中，無論是在應急搶險還是潛在災害隱患點識別等方面取得了良好的應用效果，均具有較高的精度。同時，傾斜航空攝影技術具有響應快，精度高和成圖快的優勢，能夠在較短的時間內直觀地反映出災害的基本現狀，能夠結合其他三維建模軟件平臺快速的生產災害區域的實景三維模型，為災害治理以及安置點的選擇等提供了最直觀的依據，該技術在今后地質災害應急測繪中的應用會越來越廣泛。

參考文獻:

［1］彭為學，廖明芳，張旭，等．基于傾斜攝影測量的礦山地質災害易發區精準定位系統［J］．世界有色金屬，2020(18):23－24．

［2］郭學飛，焦潤成，曹穎，等．傾斜攝影測量技術在崩塌隱患調查評價中的應用［J］．中國地質災害與防治學報，2020，31(1):65－69．

［3］王曉剛，高飛云，楊磊，等．高精度傾斜攝影在高位滑坡災害應急監測中的應用［J］．四川地質學報，2019，39(4):600－603．

［4］南天．無人機傾斜攝影及自動三維建模技術在地質災害應急測繪中的應用———以三明市妙元山為例［J］．測繪與空間地理信息，2019，42(3):182－184．

［5］陳宙翔，葉咸，張文波，等．基于無人機傾斜攝影的強震區公路高位危巖崩塌形成機制及穩定性評價［J］．地震工程學報，2019，41(1):257－267．

作者：徐文風 單位：廣東省核工業地質局二九二大隊