航空攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的應(yīng)用

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摘要:傾斜航空攝影技術(shù)具有精度高、機(jī)動靈活和周期短等優(yōu)勢，在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用越來越廣泛。本文結(jié)合某地區(qū)的滑坡災(zāi)害，在Smart3DCapture軟件平臺自動制作了監(jiān)測區(qū)域的實(shí)景三維模型，根據(jù)模型反映的災(zāi)害情況，劃定了滑坡災(zāi)害的受災(zāi)面積，預(yù)測了受災(zāi)范圍，估算了可能誘發(fā)泥石流、滑坡的土石方量，為相關(guān)部門制定相應(yīng)撤離計(jì)劃提供了可靠的依據(jù);同時識別出對下方居民威脅較大的2處危巖體，應(yīng)對其及時清除治理。

關(guān)鍵詞:傾斜航空攝影技術(shù);地質(zhì)災(zāi)害;災(zāi)害監(jiān)測

交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大推動作用。但交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)形成了大量的臨河公路、山區(qū)公路等，逐漸成為泥石流、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的頻發(fā)區(qū)域，不僅威脅著公路沿線過往車輛的行駛安全，而且耗費(fèi)了大量的人力、財(cái)力維護(hù)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(qū)由于地形地貌起伏變化較大，沿途臨空邊坡較多，導(dǎo)致小型滑坡、崩塌災(zāi)害頻發(fā)，特別是在雨水、地震等內(nèi)、外部因素的作用下極易誘發(fā)災(zāi)害。因此，如何加強(qiáng)公路、鐵路沿線的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)監(jiān)測是當(dāng)前亟待解決的問題，也是有效防治各類災(zāi)害的基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，傾斜航空攝影測量技術(shù)代替了傳統(tǒng)的垂直航空攝影技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多角度、多方位獲取拍攝區(qū)域航空影像的目標(biāo)，逐漸在地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)排查中的應(yīng)用越來越廣泛［2］。傾斜航空攝影技術(shù)能夠在短時間內(nèi)獲得測繪區(qū)域的航空影像數(shù)據(jù)，通過圖像數(shù)據(jù)處理獲得更加真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而通過軟件處理平臺生成三維實(shí)景模型，為進(jìn)一步災(zāi)情評估和災(zāi)害重建提供了可靠的地理信息依據(jù)。

1傾斜航空攝影技術(shù)概況

傾斜航空攝影技術(shù)是在傳統(tǒng)的垂直攝影技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它充分利用多個鏡頭相機(jī)獲取測繪區(qū)域多角度、多方位航空數(shù)據(jù)信息的功能，因此，該技術(shù)的發(fā)展是立足于圖像融合處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)等［3］。傾斜航空攝影的無人機(jī)通常搭載了5個鏡頭相機(jī)，包括1個垂直鏡頭相機(jī)和4和傾斜鏡頭相機(jī)，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(shù)據(jù)的弊端，不僅提高了測量精度，而且有助于構(gòu)建三維實(shí)景模型。因此，傾斜航空攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中三維實(shí)景模型建設(shè)方面具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

2地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪技術(shù)概況

地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪技術(shù)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求:(1)獲取影像數(shù)據(jù)信息精度高、速度快;(2)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)景三維模型建設(shè)的數(shù)據(jù)需求;(3)操作簡便，靈活機(jī)動。實(shí)景三維模型常作為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險和排查的電子沙盤，這是由于實(shí)景三維模型是以航空影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)制作的逼真、精度高的三維模型，因此常作為評估災(zāi)害受災(zāi)范圍的依據(jù)資料，同時在災(zāi)害應(yīng)急管理中發(fā)揮了重要作用，如確定臨時安全點(diǎn)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(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3傾斜航空攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

3．1應(yīng)用流程框架

傾斜航空攝影測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用主要包括無人機(jī)航空攝影測量、實(shí)景三維模型制作和地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)排查三個部分內(nèi)容［4］。其中，無人機(jī)航空攝影測量包括無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)的搭建和無人機(jī)航空影像數(shù)據(jù)的獲取與處理，前者又包括無人機(jī)系統(tǒng)改造、組裝無人機(jī)和傳感器等，后者包括航線設(shè)計(jì)、航空攝影、多視角航空影像數(shù)據(jù)獲取以及測繪區(qū)域影像點(diǎn)分析等;實(shí)景三維模型制作包括多視角航空影像平差、匹配等和實(shí)景三維模型建設(shè)等，前者又包括多視角影像的聯(lián)合平差、影像密集匹配、DSM、DOM和DEM產(chǎn)品生產(chǎn)等內(nèi)容。綜上所述，傾斜航空攝影測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用流程可以用圖1表達(dá)。

3．2航線設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)獲取

無人機(jī)傾斜航空攝影數(shù)據(jù)獲取以及處理是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)，包括航線設(shè)計(jì)、航空影像拍攝、多視角影像數(shù)據(jù)獲取和影像數(shù)據(jù)分析等方面［5］。其中航線設(shè)計(jì)主要是根據(jù)無人機(jī)的型號以及攝影相機(jī)的分辨率等，結(jié)合地形地貌確定其飛行高度等參數(shù)，如確定旁向重疊度、航向重疊度等。例如，某地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害排查工作中，根據(jù)地形地貌變化特征將測繪區(qū)域分為2個飛行子區(qū)。子區(qū)1的飛行行號設(shè)計(jì)為500m，而子區(qū)2的飛行行高設(shè)計(jì)為300，航向重疊度為75%，旁向重疊度為65%;完成航線飛行計(jì)劃后，選擇天氣狀況良好的天氣進(jìn)行拍攝，及時檢查每天獲取的影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，直至達(dá)標(biāo)后才可進(jìn)行下一階段的任務(wù);多視角影像數(shù)據(jù)獲取，將每天獲取的傾斜航空攝影數(shù)據(jù)存儲至指定的計(jì)算機(jī)中，作為后期數(shù)據(jù)處理的原始數(shù)據(jù)信息;影像數(shù)據(jù)分析是指經(jīng)過影像數(shù)據(jù)的鑲嵌、融合等處理后，對航空影像進(jìn)行分析，獲取與地質(zhì)災(zāi)害有關(guān)的信息數(shù)據(jù)。

3．3實(shí)景三維模型制作

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

3．4地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測現(xiàn)狀分析

通過本次地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測對已發(fā)生滑坡災(zāi)害的某地進(jìn)行了災(zāi)害應(yīng)急搶險，主要目的在于精準(zhǔn)的評估本次滑坡災(zāi)害的波及范圍，預(yù)測受災(zāi)人數(shù)以及需要搬遷處理的范圍等，同時為進(jìn)一步制定安置計(jì)劃、災(zāi)害治理等提供詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支撐。由于滑坡災(zāi)害，導(dǎo)致大量的裸土、巖體暴露，在強(qiáng)降雨氣候條件下極易產(chǎn)生泥石流、滑坡等災(zāi)害，破壞性極大。故本次采用實(shí)景三維模型對可能的災(zāi)害范圍進(jìn)行預(yù)測，及時地撤出受災(zāi)人群以及外圍人群。根據(jù)傾斜航空影像數(shù)據(jù)制作的實(shí)景三維模型可知，本次滑坡災(zāi)害導(dǎo)致的受災(zāi)面積可達(dá)6024．31m2。根據(jù)受災(zāi)面積在實(shí)景三維模型中劃定了本次地質(zhì)災(zāi)害影響范圍邊界，最終獲得可能發(fā)生的泥石流或者滑坡災(zāi)害的土石方量可達(dá)7214．54m3。在實(shí)景三維模型中直觀地體現(xiàn)了本次滑坡災(zāi)害的發(fā)育程度，同時在航空影像數(shù)據(jù)中能夠清晰識別出受災(zāi)面積和滑坡規(guī)模大小，為災(zāi)害評估以及應(yīng)急搶險提供了基礎(chǔ)依據(jù)。此外，根據(jù)實(shí)景三維模型確定了本次滑坡可能誘發(fā)的受災(zāi)邊界，進(jìn)而計(jì)算出了再次發(fā)生泥石流或者滑坡的土石方量。最終認(rèn)為，本次滑坡災(zāi)害的受災(zāi)情況較為嚴(yán)重，應(yīng)及時的撤職災(zāi)區(qū)范圍內(nèi)的居民，并在指定的安置區(qū)域安置。在此次監(jiān)測中，另外識別出不穩(wěn)定危巖體2處，在強(qiáng)降雨天氣以及地震條件下極易產(chǎn)生崩塌災(zāi)害，這是由本次滑坡災(zāi)害誘發(fā)的潛在災(zāi)害，應(yīng)及時對滑坡體進(jìn)行清除治理。該區(qū)域強(qiáng)降雨天氣較多，再次誘發(fā)山體滑坡的概率較大，應(yīng)及時對可能滑坡的山體進(jìn)行治理。

4結(jié)束語

綜上所述，傾斜航空攝影測量技術(shù)在本次滑坡災(zāi)害監(jiān)測中，無論是在應(yīng)急搶險還是潛在災(zāi)害隱患點(diǎn)識別等方面取得了良好的應(yīng)用效果，均具有較高的精度。同時，傾斜航空攝影技術(shù)具有響應(yīng)快，精度高和成圖快的優(yōu)勢，能夠在較短的時間內(nèi)直觀地反映出災(zāi)害的基本現(xiàn)狀，能夠結(jié)合其他三維建模軟件平臺快速的生產(chǎn)災(zāi)害區(qū)域的實(shí)景三維模型，為災(zāi)害治理以及安置點(diǎn)的選擇等提供了最直觀的依據(jù)，該技術(shù)在今后地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪中的應(yīng)用會越來越廣泛。

參考文獻(xiàn):

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［2］郭學(xué)飛，焦?jié)櫝桑芊f，等．傾斜攝影測量技術(shù)在崩塌隱患調(diào)查評價中的應(yīng)用［J］．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2020，31(1):65－69．

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作者：徐文風(fēng) 單位：廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)