黃光俊

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前言

近年來，我國自然災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重阻礙了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程。隨著科技水平不斷提高及新技術(shù)的應(yīng)用，對地質(zhì)災(zāi)害與預(yù)警、救助及災(zāi)后恢復(fù)重建工作手段也越發(fā)成熟，地質(zhì)災(zāi)害問題的研究工作也取得了較豐富的成果。當(dāng)前關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害分析方面的研究中主要運(yùn)用三維測繪技術(shù)，使得地質(zhì)災(zāi)害分析變得更加精準(zhǔn)和高效，降低了因?yàn)?zāi)害帶來損失的幾率。

一、三維測繪技術(shù)的成像方法

（一）遙感點(diǎn)云成像法

在災(zāi)后環(huán)境復(fù)雜未知即缺乏部分測繪資料時(shí)，無人機(jī)遙感技術(shù)是遙感點(diǎn)云成像法的核心關(guān)鍵。該工作原理為：首先，將無人機(jī)遙感技術(shù)獲得的航拍坐標(biāo)和圖像結(jié)合Pix 4D mapper技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)在空間繪成點(diǎn)狀星云圖；然后將無數(shù)個(gè)坐標(biāo)和航拍角度獲得的圖像通過重疊、組合；最后將重疊、組合后的效果圖真實(shí)模擬出來。這種方法應(yīng)用的前提是必須已知三維效果的最優(yōu)解才可得到最好的成像效果，而最優(yōu)解因?yàn)閷b感技術(shù)有較高要求故運(yùn)算量大，航拍器的飛行路線和懸停位置也是反復(fù)比對調(diào)整得出的。其次，無人機(jī)在航拍過程中會受到氣流、自身震動和地標(biāo)曲率等因素影響而產(chǎn)生一定偏差，一般為降低誤差則會采集足夠多的點(diǎn)數(shù)來消除，但這樣反而增加了計(jì)算量。遙感點(diǎn)云成像法采用無人機(jī)技術(shù)節(jié)省了人力，相比于人類工作提高了災(zāi)后工作效率，而且也降低了救災(zāi)人員在援救過程中的危險(xiǎn)性。

（二）測繪資料建模法

測繪資料建模法的使用前提較為嚴(yán)格，要求測繪資料必須完整。通過測繪資料建模法可獲得兩組數(shù)據(jù)，即等高線和高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，已知這兩組數(shù)據(jù)中的任意一組就可以通過三維建模技術(shù)獲得三維成像效果。因此，測繪資料建模法也對應(yīng)有兩種成像方式。前者三維建模的數(shù)據(jù)是等高線，其工作原理是先將三維模型分層，然后將存在于不同層的等高線圍成的曲面網(wǎng)格化處理，最后將多層網(wǎng)格重組就出現(xiàn)了立體的三維曲面。高程點(diǎn)數(shù)是后者三維建模的數(shù)據(jù)來源，其工作原理為將大量高程點(diǎn)組成的多個(gè)點(diǎn)位三角形重疊拼接大的三角曲網(wǎng)面。兩種成像方法也各有優(yōu)缺點(diǎn)，高程點(diǎn)數(shù)成像法雖然成像效果較好但是重復(fù)組合的運(yùn)算量巨大造成成像速度慢；等高線法成像速率最快但精度不如高程點(diǎn)數(shù)法得到的三維效果圖。以上兩種測繪方法差別并不明顯。精度都可以達(dá)到相當(dāng)高的水平，可以真實(shí)反映地形地貌，對地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)前預(yù)測、災(zāi)后治理有著舉足輕重的作用。

二、三維測繪成果在災(zāi)害分析中的應(yīng)用

（一）災(zāi)前評估

三維測繪成果將真實(shí)地貌再現(xiàn)，為相關(guān)人員提供了真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，并且節(jié)省了大量人力、物力。以LG項(xiàng)目為例，圖1是該項(xiàng)目Civil 3D技術(shù)三維效果圖。由圖可知，A-B段是一段地勢低危險(xiǎn)性極高的沖溝，其上游有三個(gè)高程沖刷口C、D、E。若發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，A-B段會由于上游三個(gè)沖刷口帶來大量淤泥或者覆蓋層使得沖溝將快速填滿并將成為危險(xiǎn)地帶。

通過測量得出LG項(xiàng)目高程數(shù)據(jù)（見表1）。由表1可知A、C、D、E四處平均高程在2660米左右，差異較小，B處與A處有20m的地勢差。因此，A-B段將會經(jīng)歷先淤積后下泄的過程，當(dāng)A處淤積到一定程度時(shí)覆蓋物將會由B處大量下泄，將會導(dǎo)致B處下游的地區(qū)遭受嚴(yán)重破壞。

表1 LG災(zāi)前分析高程表

圖1 TW災(zāi)前分析模型

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，其結(jié)果都是建立在三維測繪成果將實(shí)際的地質(zhì)面貌真實(shí)模擬呈現(xiàn)在眼前而得出的。三維測繪效果圖不需要反復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，而是更加直觀地幫助工作人員快速辨別出所有危險(xiǎn)區(qū)域，有利于防災(zāi)人員做好災(zāi)前評估、確定地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的具體位置、成因和影響范圍。

（二）災(zāi)后跟蹤分析

在災(zāi)后救治工作中三維測繪成果也發(fā)揮著重要作用。災(zāi)后地形復(fù)雜既不利于醫(yī)護(hù)救援人員深入救治，也不利于防災(zāi)人員和地質(zhì)專家深入現(xiàn)場了解地形，進(jìn)而無法準(zhǔn)確分析出災(zāi)害的具體位置、災(zāi)害類型及影響范圍。因此，在無法了解真實(shí)的災(zāi)后地形時(shí)就需要借助Pix 4D mapper技術(shù)完成三維測繪效果圖。對山體、河流等地貌可實(shí)施動態(tài)分析和災(zāi)害應(yīng)急管理。以LG項(xiàng)目為例，制作出Pix 4D mapper三維效果圖（見圖2）。

圖2 LG災(zāi)害跟蹤模擬模型

圖2 中，中間是山體滑坡形成的山咀，據(jù)記載原址有房屋但無保護(hù)措施，與毗鄰的河流僅保持了安全距離。災(zāi)害過后，房屋已嚴(yán)重被破壞且道路也已經(jīng)被阻斷，毗鄰的河流因?yàn)橥馏w沖擊形成大浪對下游帶來嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。因?yàn)榈缆繁环?、?zāi)區(qū)受害情況不明不僅延誤了救援進(jìn)程而且對救援人員來說深入災(zāi)區(qū)是非常危險(xiǎn)的。應(yīng)用Pix 4D mapper技術(shù)真實(shí)模擬災(zāi)后地形并實(shí)時(shí)跟蹤、修正，可方便救援人員快速確定救援方案。從圖2效果圖中可發(fā)現(xiàn)距離距離河流一段距離外有條未受到影響的鄉(xiāng)道且鄉(xiāng)道的上游有大片空地，該空地山體坡度平緩，發(fā)生災(zāi)害的可能性較小，可方便救援人員就近設(shè)置臨時(shí)救助站。因此，救援人員可由鄉(xiāng)道繞行至上游空地進(jìn)行救援。

三維測繪技術(shù)可將災(zāi)后的地質(zhì)地形真實(shí)模擬出來，方便救災(zāi)人員確定災(zāi)害位置及影響范圍，迅速確定救援計(jì)劃及對災(zāi)后實(shí)施動態(tài)可視化的管理。

三、結(jié)束語

三維測繪技術(shù)與測繪成果三維成像技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害的分析中的應(yīng)用效果顯著，無論是地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)前分析，還是災(zāi)后跟蹤，三維測繪分析與傳統(tǒng)的分析方法在質(zhì)量和效率上都有明顯的優(yōu)勢，且更加準(zhǔn)確和高效。此外，在自然災(zāi)害的防治與治理中也可以借鑒三維測繪技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用，其在地質(zhì)災(zāi)害分析的過程中也必將取得良好的應(yīng)用效果，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“預(yù)防與控制相結(jié)合，模擬與現(xiàn)實(shí)相匹配”的防災(zāi)救災(zāi)方針。隨著新技術(shù)的崛起，三維測繪技術(shù)也將在各種災(zāi)害的預(yù)防與治理工作中取得更大的突破。