无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害应急调查中的应用

朱磊

摘要：无人机倾斜摄影测量技术具有响应快、耗时短、成图快和精度高的优势，以倾斜航空影像数据为基础结合Smart3D Capture软件平台可快速地获取灾害区域的实景三维模型，为进一步评估受灾情况及安置点的选择等提供第一手信息。实践表明：无人机倾斜摄影测量技术与实景三维模型相结合，可以较精确地估算受灾面积以及预测滑坡和泥石流产生的土石方量，在地质灾害应急调查中具有良好的应用效果。

关键词：无人机倾斜摄影测量技术；地质灾害；应急调查；实景三维模型

地质灾害对人类生命财产安全威胁极大，随着城市基础建设以及修建交通网络、开发矿产资源等，开挖大量的山地，尤其是临河公路的修建等，使得原来较稳定—稳定的岩土体逐渐处于欠稳定—较稳定状态，在暴雨或地震等条件下极易产生崩塌、滑坡或者泥石流等灾害。随着我国区域交通网络不断完善，促进了区域经济的快速发展，但是在修建公路、铁路过程中形成了大量的临空高陡边坡，这也是诱发较大规模滑坡的重要因素。因此，如何快速有效地监测各类地质灾害是当前亟待解决的问题[1]。无人机倾斜摄影测量技术因具有成图快、耗时短和精度高等优势而广泛地应用于各行测绘领域，在地质灾害应急调查中也有较多的应用。随着我国北斗系统的广泛应用，促进了实时动态定位技术的发展。无人机以灵活机动的特征以及在较短时间内能够获取较大面积灾害区域的航拍影像数据，结合其他软件评判能够快速生成三维实景模型，为进一步评估灾情和确定应急救援方案等提供了基础依据，同时为应急灾害调查提供第一手信息资料。鉴于此，本文以某地区的地质灾害应急调查为例，分析无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害应急调查中的应用效果。

1.无人机倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量技术是集无人机技术、动态定位技术、图像融合技术与处理技术于一体的现代化测量技术，是在无人机垂直摄影测量技术的基础上发展起来的，有效地避免了垂直摄影技术仅能够从垂直方向获取影像数据的弊端[2]。无人机倾斜摄影测量就是在无人机平台上搭载了多角度、多方位的摄影相机系统，即该技术实现了从多个方位获取测绘区域影像数据的目的，但是由于不同方向获取数据的角度等差异，对图像融合及数据处理技术提出了更高的要求。一般来说，无人机倾斜摄影测量系统中的多镜头相机包含1个垂直镜头和4个倾斜镜头，能够尽可能地降低因遮挡等问题而造成影像数据中出现的空白，对提升测量精度意义重大。由于无人机倾斜摄影测量具有成图快、耗时少和精度高的优势而广泛地应用于各行业的测绘中，并取得了较好的应用效果。

2.技术流程分析

无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害应急调查中的技术流程主要包括三个方面：一是无人机航空摄影过程，包括搭建无人机倾斜摄影系统和无人机航拍影像数据的获取及处理过程；二是三维实景模型的制作，主要包括多视角影像数据的平差、匹配和实景三维模型的构建等内容；三是地质灾害应急调查分析，是在实景三维模型的基础上对已发生的地质灾害进行初步分析，为进一步选择有效地调查路线等提供基础依据，同时为灾害区域的受灾群众的撤离与安置选址提供可靠、直观的依据。无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害应急调查中具体操作流程见图1。

3.无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害应急调查中的应用

3.1灾害基本现状

根据已发生的地质灾害可知：待测区域的地质灾害主要为滑坡和泥石流，其中滑坡堵塞了下方河流，形成了堰塞湖。滑坡规模相对较大，临空陡边坡在暴雨条件下形成，同时由于暴雨集中且持续时间久，导致季节性干沟上游形成了规模相对较小的泥石流。受灾面积相对较大，急需进一步勘查，为灾害治理及受灾群众的安置提供可靠的依据。此外，本次灾害受威胁群众为203人，同时该区域公路过往车辆、行人的安全无法保障。

3.2飞行计划及数据获取

由于滑坡等影响，调查区域内的公路破坏较为严重，对勘查人员的及时到位产生较大的影响，因此需要结合航空影像数据有效布设调查路线。航拍影像数据的获取是地质灾害应急调查的基础，主要包括以下几个方面的内容[3]：①无人机型号的选择，根据无人机的飞行参数、续航能力等确定，本次选择的无人机型号为H3100型；②飞行航线设计，根据选择额无人机型号以及搭载的摄影相机型号等，确定本次调查飞行的行高、航向重叠度和旁向重叠度等参数，为了提高本次应急调查精度，无人机中搭载了1个焦距相对较短的镜头和4个焦距相对较长的倾斜摄影相机，同时根据待测区域已有大比例尺地形信息等，确定飞行子区为2个，其中Ⅰ区的飞行高度为450m，Ⅱ区的飛行高度为400m；③由上可知，本次地质灾害应急调查过程中将测绘区域划分为两个飞行子区，其中Ⅰ区的航向重叠度和旁向重叠度均为75%～80%之间，Ⅱ区的航向重叠度和旁向重叠度均为70%～75%之间；④本次无人机选择八旋翼无人机，该无人机具有较高的稳定性和较长的续航能力，在获取影像数据的同时，应及时检查影像数据的质量，直至数据质量满足要求为止；⑤在满足待测区域地质灾害应急调查对时间需求的基础上，尽可能地选择天气状况较好的时段进行，尤其是风速条件等；⑥为了尽可能地缩短无人机获取航空影像数据的时间，可根据飞行子区特征，采用多架无人机同时展开航空影像数据采集的方式进行，可有效地提高航空影像数据的获取效率，为地质灾害应急救援、撤离以及居民安置点选择等赢得更多的时间。

3.3实景三维模型构建

地质灾害应急调查中实景三维模型的建设是以无人机倾斜摄影测量过程中获取的航空影像数据制作而成的，该模型具有精度高、逼真度高的优势，常常用作地质灾害应急调查的电子沙盘和调查路线布设的基础依据[4]。同时，实景三维模型为进一步应急救援以及应急管理提供了参考。因此，将无人机倾斜摄影测量技术应用至地质灾害应急调查中具有重要意义。此外，由于地质灾害应急调查具有任务重和时间紧的特点，必须在较短的时间内获取测绘区域内的实景三维模型，采用现代化的自动化建模技术。在获取测绘区域航空影像数据的基础上，本文采用 Smart3D Capture软件平台作为本次自动建模的软件平台，进一步制作测绘区域的三维实景模型，其精度能够满足实际调查需求。同时，由于航空影像数据是通过倾斜摄影测量技术获取的多角度、多方位倾斜影像数据，故影像数据精度高，能够满足应急调查的基本需求。此外，三维实景模型的建立为进一步评估地质灾害的发展趋势等提供了基础，如在持续强降雨或者地震条件下，滑坡、泥石流或者崩塌灾害等可能发生的区域。

3.4灾害现状分析

使用无人机倾斜摄影测量技术获取了灾害区域的航空影像数据信息，进而以Smart3D Capture軟件平台为基础制作了实景三维模型，为进一步展开地质灾害的评估和制订应急撤离、安置等管理提供依据[5]。在制作的实景三维模型中可以清晰地看出（图2）：灾害区域由于滑坡及泥石流等，导致灾害区域破坏较为严重，形成了较大面积的裸露土地，该区域在持续强降雨条件下极易进一步诱发形成滑坡、泥石流和崩塌等灾害。根据实景三维模型中反映的受灾面积，估算出本次受灾面积可达60281.32m2，同时根据在实景三维模型中划定的地质灾害边界等，进而预测出本次滑坡及泥石流产生的土石方量约为95341.48m3。此外，由于滑坡和泥石流灾害等，导致下方的河流堵塞，形成了堰塞湖，湖内水位持续上涨，极易产生较大的灾害。由上可知：本次地质灾害受灾程度较为严重，通过本次地质灾害的应急调查，初步划分了受灾边界和灾害影响范围，进而计算出了可能发生泥石流、滑坡等的土石方量。同时，为进一步管理受灾群众的撤离以及安置选址提供了直接的参考依据。本次采用无人机倾斜摄影测量技术在该地质灾害应急调查中取得了较好的应用效果，由于及时获取了灾害区域的航空影像数据，为灾害发展评估赢得了时间，同时为受灾群众的转移和安置点选择等赢得了更多的时间，故本次调查所取得的社会经济效益是巨大的。

3.5应急调查路线布设

在获取灾害区域航空影像数据和实景三维模型的基础上，根据地质灾害分布特征和发育特征，本次沿着垂直区域断裂展布方向布设了两条应急调查路线，调查路线方向为北东—南西向。根据两条调查路线发现：在灾害区域内新识别出不稳定高陡边坡3处，危岩体5处，可能发生泥石流区域1处，均在暴雨或者强降雨条件下处于不稳定状态。本次路线地质调查为进一步评价灾害发展提供了基础信息，同时为确定治理方案提供了可靠的数据支撑。

4.结语

综上所述，通过本次实例分析可知，无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害应急调查具有较好的应用优势，该技术具有响应快、成图快、耗时短和精度高的优势，所制作的实景三维模型也能逼真地反映出测绘区域的真实状况。因此，将无人机倾斜摄影测量技术与三维实景模拟技术相结合，在地质灾害应急调查中具有广阔的应用前景，为灾区指挥救援、受灾状况分析等提供了可靠的第一手信息。在今后的发展中，应加强无人机航空影像数据的处理研究，对提升测量精度意义重大。

参考文献：

[1]管建军.无人机倾斜摄影测量精度分析与泥石流单体要素提取及易发性评价研究[D].河南理工大学， 2018.

[2]吴现兴.无人机摄影测量及数据处理技术在地质灾害应急调查中的应用—以娄底市娄星区杉山镇同安村滑坡为例[J].国土资源导刊， 2019， 16（04）： 65-68.

[3]南天.无人机倾斜摄影及自动三维建模技术在地质灾害应急测绘中的应用—以三明市妙元山为例[J].测绘与空间地理信息， 2019， 42（03）： 182-184.

[4]肖英，田鸿，侯平，等；无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害中的应用[J].企业科技与发展， 2019（03）： 113-114.

[5]高海峰，赵小峰，付垒，等；无人机遥感在陕西省榆林市靖边县龙洲丹霞地貌调查中的应用[J].西部资源， 2020（01）： 112-114.

[6]陈宙翔，叶咸，张文波，等；基于无人机倾斜摄影的强震区公路高位危岩崩塌形成机制及稳定性评价[J].地震工程学报， 2019， 41（01）： 257-267+270.