倾斜摄影实景三维建模在边坡精细化测图中的应用

侯智军

（中国人民解放军91053 部队，北京 102202）

1 概述

地质灾害是指不良地质现象，在自然或人为因素作用下对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用，直接或间接危害人类安全，给社会和经济建设造成损失[1-2]。边坡治理是为保证边坡及其环境安全，对边坡采用的支撑加固与防护措施，是一项技术复杂、施工困难的灾害防治工程。近年来，随着工程项目的日益增多，边坡治理问题越来越突出。

地质灾害预防与边坡治理需要更精细的地形图（如1∶500），由于边坡区域大比例尺地形图靠常规测量手段难以获得，使用的都是较小比例尺地形图（如1∶5000 或1∶1 万），很多与地形相关的细节难以得到［3］。近年来，无人机倾斜摄影技术快速发展，已成为实景三维建模的主要手段。实景三维模型场景自然逼真，立体感强，可全面表达边坡整体，真实构建地形的细微突出部分。在实景三维模型上进行地形精细化测图，可为地质灾害与边坡治理提供数据支撑。

2 倾斜摄影实景三维建模边坡精细化测图流程

倾斜摄影实景三维建模边坡精细化测图流程如图1 所示［4］。

图1 倾斜摄影实景三维建模边坡精细化测图流程

（1）测区控制点精度符合要求及补增控制点施测，提供合格的控制资料。（2）采用多镜头数码航摄仪系统，实施优于0.03 米地面分辨率的航空摄影。（3）通过空三加密计算，生产实景三维模型，并制作正射影像图。（4）利用DLG 套合影像进行外业调绘、补测、编辑处理，制作边坡区域精细数字线划图（DLG）。（5）对数字线划图进行质量检查，提交成果资料。

3 实例结果与分析

3.1 测区概况

测区位于辽宁省大连市郊区海边，危岩体分布较分散，最大面积约25000 平方米，下部为居民生活区。边坡危岩体经常年自然风化和侵蚀，部分岩石风化、松动、脱落，严重影响人们日常生产生活，对人民生命财产安全造成影响。边坡航拍照片如图2 所示。

图2 边坡航拍照片

现有地形图如图3 所示，比例尺为1 ∶2000。危岩体有两个区域，本次实验区主要针对较大区域范围。

3.2 航飞数据获取

3.2.1 航飞设备

飞行平台采用大疆无人机，无风条件下水平飞行速度70 km/h，最大飞行海拔为6000 m。航摄仪采用国产的五镜头倾斜相机，正射相机焦距为25 mm 定焦，倾斜相机焦距为35 mm 定焦。

图3 现有地形图资料

3.2.2 飞行计划

测区面积约0.2 km2，为保证测区内重叠度，飞行需外扩飞行高度200 m，飞行总架次2 架次，获取测区的无人机照片108 张，飞行时间约25 min。图4 为无人机航拍图片的分布与危岩体的实景三维模型。

图4 测区无人机航拍图片分布与实景三维模型

3.3 数据处理

将实景三维模型导入南方CASS 3D 软件，采集1∶500 比例尺的地形数据，套合在已有地形图上，效果如图5 所示。外业实地RTK 测量部分危岩体特征和周边地形地物等数据，记录各特征点的平面和高程数据，及每个点对应的实地点位记录，通过与三维模型上提取的对应点三维坐标对比，检查平面和高程数据质量，进行精度评定。综合各危岩体精度来看，平面最大中误差为0.2 m，高程中误差为0.2 m，按《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形图航空摄影测量数字化测图规范》要求，平面和高程中误差符合要求。数据表明，无人机倾斜摄影生成危岩体数字线划图满足规范要求，且成图速度较快、精度较高。

3.4 优势

本文将倾斜摄影实景三维建模用于边坡精细化测图，进行边坡治理和地形图实时更新，项目精度和质量均满足规范要求，证明了该方法在边坡监测治理中的可行性和可靠性。无人机倾斜摄影实景三维建模的主要优势有：

（1）外业投入人力和时间、调绘工作量大大减少。

图5 边坡地形精细化测图成果

（2）针对边坡治理和监测，采集信息非常全面，可随时针对监测模型变化和治理方法采集必需的外业数据［5］。无人机倾斜摄影能对边坡全方位观测，获取岩石顶部及侧面的风化信息，通过多维度危岩体风化呈现特点掌握边坡整体程度，评估危岩体毁坏程度。

（3）岩石危岩体边坡受自然因素影响，通常人员难以到达，常规测量手段较难获取地形数据。采用无人机获取数据现势性强，更新快，不同时间获取的倾斜影像构建的实景三维模型，能显示危岩体变化，便于对比。利用三维实景模型，在危岩体治理时能逼真、准确、全面地显示危岩体现状，还原真实的危岩体状态。

4 结论

本文结合实例提出了基于无人机倾斜摄影测量技术的实景三维建模方法，该方法能全方位动态获取边坡精细化测图数据，反映真实地物地貌，大大提高生产效率，能更好地服务地质灾害治理、危岩体分析与边坡加固项目。目前，该方法对于植被覆盖区域有限制，需结合其他测绘方法，如机载激光雷达扫描技术。