无人机倾斜摄影测量技术在地灾监测中的应用

李晨

贵州省第一测绘院 贵州 贵阳 550025

引言

在进行地质灾害的调查工作中，应当对此地区的水文、气象以及岩层信息实行全方位测量与了解，从而评价当前的地址状态是否稳定以及日后的发展趋势，为未来的地质灾害的有效预防提供可靠的参考信息。无人机倾斜摄影技术为近些年推出的一种新技术，其综合了传统航空摄影和三维地面摄影两种技术，能够做到全方位、多角度的成像，解决了传统正射中存在的缺陷，能更加完整、细致地将真实地理情况予以反馈出来。

1 无人机倾斜摄影测量技术介绍

无人机倾斜摄影测量技术是一种现代化的航拍技术，它通过将倾斜的数码相机安装在无人机上，实现对地面物体信息的高效获取。相较于传统的直接垂直拍摄方式，倾斜摄影技术能够避免地物间彼此遮挡导致的采集数据不全面问题，从而提供更准确、详细的地表信息。目前，这项技术已得到了显著的发展，并且在市面上出现了各种消费级无人机可供选择。这些无人机具备先进的导航系统，例如GPS，能够提供准确的位置信息，确保航拍过程的精准性和稳定性。此外，这些无人机还配备了专业级的运动型相机，具有卓越的稳定性和画质表现，能够满足航拍摄影的要求，确保所采集到的影像数据具有较高的清晰度和图像质量[1]。

无人机倾斜摄影测量技术目前已经在各个领域得到广泛应用，并成为三维建模的重要工具之一。在城市规划与管理中，利用无人机倾斜摄影技术可以快速获取大范围的地表数据，为规划和设计提供参考。在土地测量与勘察领域，倾斜摄影技术能够实现高精度的地形测量和模型重建，极大地提高了勘察工作的效率和准确性。同时，无人机倾斜摄影技术也被广泛应用于文化遗产保护、林业资源管理、环境监测等领域，为相关行业提供了可靠的数据支持。

2 无人机倾斜摄影测量特点

无人机倾斜摄影测量技术应用于建立三维模型，具有较高的精确度与真实感，同时具有低成本和快速建模的特点。传统的测量方法可能需要昂贵的设备和耗费大量时间来获取准确的模型，而无人机倾斜摄影测量技术能够以更经济高效的方式完成这一任务。通过使用该技术，可以获得高度准确且具有真实感的三维模型，极大地提升了测绘结果的可靠性和实用性。

传统的测量方法往往受限于观测点的位置和角度，难以获取到完整的地物信息。而倾斜摄影技术通过无人机从不同角度和高度进行拍摄，能够覆盖更多的地物表面，避免了彼此遮挡的问题，使得所建立的模型更加全面和准确。

借助测量工具和分析功能，研究人员可以轻松地对三维模型进行测量和分析，获取各种地物参数的准确数值，比如测量长度、面积以及体积等。

相较于传统的航空摄影，倾斜摄影技术所产生的数据量更少，但却具有更高的分辨率，这使得它非常适合用于获取建筑物等复杂结构的表面数据[2]。

3 无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害监测中的应用

3.1 实施快速调查和制图

实施快速调查和制图是现代测绘工作中的重要任务之一，而利用无人机倾斜摄影测量技术实行测量和制图，相比传统的测量与制图形式，具有更多的优势和便利性。相比起人工测量和制图，无人机能够迅速摄得需要的照片，并且可以在需要时进行重复拍摄。此种高效率的拍摄速度大幅提升了测绘的效率，并且能够快速获取最新的数据。通过无人机的监测，可以及时获取灾害区域的情况，并对其进行实时跟踪。这为灾后救援工作提供了重要的数据支持，使得救援人员能够更加准确地了解灾情，制定出科学的救援计划。无人机倾斜摄影测量技术的精确度也十分优秀。比如，六旋翼无人机能够以71次/s的摄影速度进行航拍，而且精度能够达到40mm，这在许多应用场景下已经足够满足需求。另外，无人机的操作相对简单，只需要接受简单培训，操作人员便能参与测量与制图工作。在测绘效率方面，无人机在飞行时间为7min的情况下，覆盖面积可以达到105m2，同时精度也能达到40mm，这对于大范围的测绘工作来说是非常高效的[3]。

3.2 在监测地质灾害中的应用

在进行地质灾害的检测过程中，倾斜摄影测量图像能够显示出地灾相关的各方面要素，比如形状与颜色等，通过与周边环境特征进行对比，能够更加清晰地展现灾害的特征，进而帮助人们清楚了解地质灾害本身，还能够揭示其与周围地貌、植被等环境要素之间的关系。特别是在滑坡地质灾害的监测中，倾斜摄影测量图像发挥了重要作用。通过对遥感数据的分析和处理，工作人员能够清晰观察到滑坡的形态特征，并准确确定滑坡的范围和边界，这对于灾情评估、灾害范围划定以及救援工作的规划都具有重要意义。最后，无人机倾斜摄影测量还能够揭示因山体滑坡而产生的陡峭山脊、地形不平等特征，通过分析倾斜摄影测量图像中的地形信息，可以更好地认识山体滑坡的变形特征和发展趋势，为地灾监测与救援方案的制定提供科学依据。

3.3 在地质灾害监测调查和评估中的应用

无人机倾斜摄影测量技术能用来采集地质灾害区的图像信息，包括高分辨率图像、视频和点云等多种类型的数据，整理形成目标地质状态的平面与三维图像，这些图像能够直观地反映地表、地下水位、地下岩体等信息，为地灾的风险评估提供基础数据。同时，为了更好地表现地貌，此技术还能够结合多光谱和热红外数据进行分析，以便更好地识别地灾隐患点。结合植被破坏情况以及其他地质状态，利用GIS技术形成专题图，进而能够更清晰地反映地质灾害产生的原因和程度[4]。这些专题图还能够为相关部门提供决策支持，例如确定建设地质灾害预警平台和决策支持系统、优化应急救援资源配置等。通过定期监测、回顾分析、评估风险以及提供有效的决策支持和指导，无人机倾斜摄影测量技术可为地质灾害应急管理提供更加科学的依据[5]。

4 无人机倾斜摄影测量技术的应用实例分析

4.1 试点区域选择

贵州省兴仁市是该省地灾发生较为频繁的地区，此次试点选取的是该市潘家庄镇褚皮田村褚皮田组一处地灾风险点实施调查研究，由于此位置地形较为复杂，高低落差大于600m，对航空摄影测量具有非常高的要求，而且现场存在严重的塌方与裂缝痕迹，隐患颇大，同时还具备贵州省山区滑坡地灾点地形复杂的地灾特点，较为典型，存在较强的研究价值。

4.2 试点区域概况

该地山脚居民区处于山体下方和台地过渡的地带，微地貌呈面状坡，前侧分布着水田、旱地，后侧则是断头山。在断头山的下方是堆积体，此堆积体处于山体的中间地带，坐落在居民区后侧斜坡的上方，堆积体坡脚边缘和居民区后侧紧挨着第一级斜坡顶，中间是一处较为平缓的旱地，居民区后方斜坡属于土质斜坡，在2006年5月份出现过一次小型滑动。滑坡体与原滑坡厚壁构成上质陡坎，在降雨的影响下存在滑坡的可能，使得该片居民区住户面临着较大的安全隐患。山脚居民区处于滑坡体的威胁区域内，隐患点的具体情况为：①地理坐标，东经105°07'07"，北纬25°35'11"；②行政区划，兴仁市潘家庄镇堵皮田村；③灾害类型，滑坡；④规模，2016000m³；⑤灾源体规模，大型；⑥威胁对象：褚皮田村褚皮田组山脚居民区；⑦险情等级，中型；⑧灾源体与受威胁对象相对空间关系，居民区位于滑坡体前沿山脚；⑨灾源体现状稳定状态：不稳定；⑩变形阶段：休止；⑪灾源体工程治理适宜性：不适宜；⑫防治对策：整村搬迁避让；⑬威胁区人员及财产：69户246人，1380万；⑭撤离方向：东侧；⑮发展趋势：不稳定；⑯有无快速变形可能：有快速变形可能；⑰紧急情况时撤离预案：所有居民区范围沿道路向东侧撤离，最终全部撤离至下褚皮田平缓安全区域。然后由政府组织撤离至安置区，特殊人员由具体包保人员组织撤离。

4.3 试点工作内容

使用无人机倾斜摄影测量技术对兴仁市潘家庄镇褚皮田村地灾点进行调查，实现高精度实景三维模型的构建。

使用物联网、GNSS技术，实时网络接通GNSS位移检测器与高清监控设施的位移、现场图像资料等各方面信息，再使用大数据技术，综合现有三维模型、高清影像、责任区划分等矢量信息，实现对当地地灾管理平台的建设。

进行实时预警、动态监测地灾管理服务模块的构件，提供智能化感知、评估与管控的功能。

4.4 技术路线

4.4.1 生产流程。该试点项目的倾斜摄影测量采用仿地飞行方式，按照无人机采集到的地形数据调节飞行高度，保障对地的恒定高度差，建设出高精度的精细化模型。

4.4.2 数据发布与平台框架搭建。该试点项目使用GeoServer、StampGIS分别发布二维与三维数据，并存储在PostGIS数据库内，平台整体框架以政策标准与制度安全两大机制作为基础，按照基础设施层、数据层、平台层等依次实施，基于基础数据库，构建出兴仁市地灾一张图管理系统，同时在这一基础上创建了综合三维应用、在线数据实时分析、系统运维监督管理、服务运维监督管理等多项模块。

4.5 试点完成情况

此项目在内业与外业方面一同投放了技术人员10人，耗时长度为一个月，完成的工作任务有兴仁市潘家庄镇褚皮田村地质灾害航空摄影、高精度实景三维建模、物联网数据接入、平台数据发布与测试等。

2022年7月，地灾管理平台正式投入使用，平台中融入了地形实景三维底图、二维专题底图以及地灾管理平台等实景三维成果，有效使用物联网动态监测视频与GNSS位移检测仪等装置，构建了全天候预警、动态监测地灾隐患的管理服务模块。当前，已经为该市重要的地灾预防工作提供了可靠的三维数据底板服务和技术支持[6]。

滑坡监测建模和智能预警系统是从地灾预防治理的基础工作入手，基于对各时间阶段边坡几何信息的迅速、准确采集，再加以比较分析，判断边坡是否存在滑坡风险，做到对地灾（滑坡事故）的动态监测与自动化预警，最大化降低地灾给人民生命财产带来的威胁。

5 结束语

无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害的监测领域应用尚为初期发展阶段，更加深入的应用有待继续探索与优化。基于对此技术的合理应用，能够实现对数据的自动化处理，且具有较高的机动性、分辨率，不过也容易发生偏离目标与定位错误的问题，所以，每次测量结果的质量相对不够稳定。为了获得更加完整可靠的信息数据，应当从多个角度进行拍摄，以此取得最优效果。同时，无人机虽然体积比较小、自重较强，但是在飞行期间稳定性较差，为此，需要对其硬软件进一步升级改造，提升其实用效果。