辛成章

（甘肅省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪勘查院，甘肅 蘭州 730060）

在調查地質災害的過程中，有必要對該地區(qū)的水文、氣象和巖層數(shù)據(jù)進行全面的測量和分析，以確定地質特征的穩(wěn)定性和發(fā)展，評估地質災害風險并提供預防未來地質災害的參考依據(jù)。無人機傾斜攝影測量技術是近年來出現(xiàn)的一項新技術，通過將傳統(tǒng)航空攝影與三維地面攝影相結合，可以實現(xiàn)全向和多角度成像效果，從而避免了傳統(tǒng)正射存在的不足，對真實地理情況進行全面反映。

1 無人機傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術可以從不同的角度獲取飛行信息數(shù)據(jù)，并且還可以區(qū)分正面圖像和側面圖像。通過完全交叉使用不同的攝影鏡頭，可以從不同角度收集數(shù)據(jù)。無人機傾斜攝影測量技術在地質災害監(jiān)測中的應用具有較大的優(yōu)勢，比如成本低、效益高、操作靈活性強、測量精度高且不容易受到干擾。借助無人機傾斜攝影測量技術，可以獲得更清晰的圖像數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)可以構建更為精準的三維模型，改變傳統(tǒng)攝影成像和制圖技術的存在的不足，且由于體積較少可以廣泛的應用于各種場景中。近年來，無人機傾斜攝影測量技術已廣泛應用于文物和建筑保護、園林綠化、智能城市等領域[1]。

2 無人機傾斜攝影測量技術在地質災害監(jiān)測中的主要作用

2.1 實時采集圖像

發(fā)生地質災害時，調查人員通常無法聯(lián)系到受害者或者直接到災害區(qū)域進行調查。此時，應用無人機傾斜攝影測量技術可以將無人機引導到災區(qū)，并將實時圖像傳輸回后方指揮中心，以便災難專家可以根據(jù)圖像及時了解地質情況，并在圖像分析的基礎上制定地質災害防治措施。

2.2 正射影像

監(jiān)測地質災害通常要覆蓋大面積，傳統(tǒng)的調查工作需要花費大量時間和精力，且容易出現(xiàn)監(jiān)測不全面的問題。正射影像是覆蓋整個調查區(qū)域的真實，客觀的全場圖像，并且測量圖像經(jīng)過校正和處理后精度非常高，不僅包含細節(jié)，還反映了整個情況。

2.3 三維模型

與正射影像相比，在三維模型中使用傾斜攝影以不同角度（例如垂直和傾斜）捕獲圖像數(shù)據(jù)，使信息更加完整和準確。還可以更直觀地從各個角度觀察災難，并放大各個區(qū)域的測量長度、高度差、坡度、面積、坐標等。豐富了地質災害研究的內容并擴大了范圍。三維模型在地質災害調查中的應用可以使外行更直觀、更容易掌握地質災難情況，為決策和部署提供了保證。

2.4 線性地形圖

線性地形圖是調查地質災害的基礎。傳統(tǒng)的地形圖測繪中通常具有地形困難和地質災害地區(qū)交通不便的特點。不僅操作復雜、投資大、周期長，而且只能設置一種測繪比例尺。無人機傾斜攝影測量技術在地質災害監(jiān)測根據(jù)需要，將正射影像和三維模型可以基于比例線快速創(chuàng)建各種地形圖，以更好地滿足調查地質災害時的地圖需求[2-4]。

3 無人機傾斜攝影測量技術在常見地質災害監(jiān)測中的應用流程

地質災害是災難性的表現(xiàn)，由于各種原因影響人們的生產(chǎn)和生活。泥石流、山體滑坡、地震和其他自然災害等都屬于地質災害的范疇，會極大的威脅人們的生產(chǎn)生活以及生命安全。因此需要對地質災害進行針對性的監(jiān)測并進行治理，以保證人民的生命安裝與正常生活。針對各種不同的自然災害，應針對性的采取合理的對策，以確保正常生產(chǎn)生活活動的進程。日常生活中，較為常見的地質災害是洪水和山體滑坡，洪水大部分情況下是由于暴雨引起，如果控制不當將造成極大的危害。洪水災害不僅會毀壞基礎設施等，而且可靠導致土地被淹等嚴重后果。滑坡也多是由于暴雨引起的，造成山體沿著山坡傾斜活動，并造成極大的危害。此外，其他的地質災害諸如地震之類的也會造成巨大的損失和危害，因此地質災害監(jiān)測非常重要。無人機傾斜攝影測量技術在常見地質災害監(jiān)測中主要的應用流程如下：

（1）在突發(fā)地質災害發(fā)生時立即調查災區(qū)的具體位置，充分了解災區(qū)各種信息和數(shù)據(jù)的反饋，然后對災區(qū)進行有關無人機飛行環(huán)境的分析，保證飛行條件的信息準確，尤其是氣候情況，比如惡劣天氣，例如風、云、雨和雪多等，以確保所有基本信息準確無誤并確保無人機安全飛行。

（2）在確定災難發(fā)生的確切區(qū)域之后，開始擬定詳細的計劃飛行路線，特別注意計算飛行高度和無人機的軌跡，傳輸模型建立在地面信息塔上。通常，無人機的飛行高度為60m～1000m，速度為80km/h～150km/h。

（3）設置飛行路徑后，將飛行路徑信息輸入中控臺，然后將指令信號發(fā)送至無人機。無人機收到信號后，可以通過短距離飛行，人工投射等方式起飛；無人機可以根據(jù)給定的軌跡飛行。

（4）數(shù)據(jù)收集與處理是無人機傾斜攝影測量技術在地質災害監(jiān)測中的應用的核心流程。主要如下：研究人員首先在受地質災害影響的地區(qū)進行了實地研究。控制點位于調查區(qū)域的四個角，使用GNSSRTK系統(tǒng)獲取控制點的CGCS2000坐標，并使用精化的水準面模型獲取控制點的高程基準。一般發(fā)生地質災害的地區(qū)環(huán)境復雜，能見度很差，存在很多塌陷區(qū)，并且隨時都有危險，這使現(xiàn)場研究嚴重復雜化。在難以手動獲取第一手信息的復雜情況下，無人機傾斜攝影測量技術可以幫助解決問題。

（5）獲取數(shù)據(jù)后要進行空三加密，一般由ContextCapture軟件自動完成。首先，ContextCapture軟件使用正射圖像和傾斜圖像的POS信息對控制點數(shù)據(jù)執(zhí)行空三融合處理。在對區(qū)域網(wǎng)絡進行總體調整之后，可以將來自多個視點的圖像密集匹配，以生成超高密度數(shù)字點云。通過創(chuàng)建密集點云，建立三維TIN模型和自動處理紋理這三個階段的結果，創(chuàng)建測量區(qū)域場景的三維真實模型。整個過程僅需一名測繪人員和計算機進行工作，工作效率和以達到每天處理0.06平方公里的三維模型。而且如果要進行大范圍的測繪，可以并行使用多個節(jié)點以加快模擬速度。結果輸出的速度取決于計算機處理節(jié)點的數(shù)量，測量區(qū)域的大小和攝影圖像的大小。

（6）對模型進行后處理時，由于獲得了密集的三維點云，因此可以生成數(shù)字高程模型DEM，然后將其下視圖像組合以創(chuàng)建正射DOM。另外，可以使用DP-Modeler模型后處理程序進一步處理模型。DP-Modeler是由精確的單體建模和網(wǎng)格修改軟件。通過獨特的攝影測量算法，支持航空攝影、地面圖像、激光點云等多個數(shù)據(jù)源的集成，并且可以實現(xiàn)空地集成操作。預處理三維航拍數(shù)據(jù)并自動創(chuàng)建三維模型后，后處理地形圖，航測輸出的DEM、DOM以確定路線規(guī)劃時，導入DP-Modeler軟件，可以直接使用其模型上的測圖模塊以數(shù)字方式收集完整的地形特征。計算機自動收集有關模型表面高度的信息，并最終通過手動修改獲得比例尺地形圖。無人機傾斜攝影測量技術可以構建出災害區(qū)域真實的三維場景實現(xiàn)，了災害區(qū)域場景的360度顯示，方便從不同角度觀察和分析自然災害的特征，并解釋有地質災害的大小、分布、威脅范圍和其他信息。借助軟件的測量功能，將大大提高測量效率和準確性。

4 無人機傾斜攝影測量技術在地質災害監(jiān)測中的應用

發(fā)生地質災害后，可以使用無人機傾斜攝影測量技術分析地質災害的成因，并通過遙感，地面勘測等方法獲取地質災害數(shù)據(jù)的內容，以弄清該地區(qū)的水文、氣象、巖石等相關數(shù)據(jù)。分析地質災害的風險，對災害進行分類，提供適當?shù)姆罏募夹g，并觀察地質災害的動態(tài)或異常的地質變化。無人機沿著固定的路線飛行并從不同角度獲取圖像，因此它可以觀察更清晰的高分辨率圖像類型，定位災難現(xiàn)場并生成真實的三維模型。

4.1 實施快速調查和制圖

與傳統(tǒng)的測量和制圖形式相比，使用無人機傾斜攝影測量技術進行測量和制圖可以使其更靈活、更易操作。無人機飛行時，速度很高且周期較短，可以快速拍攝所需的照片并在短時間內重復拍攝。這種監(jiān)測方法可以極大提高監(jiān)測效率并動態(tài)跟蹤災害的實時情況，最大程度地減少災害帶來的的影響。例如，帶有六旋翼的無人機可以達到每秒71次的拍攝速度，其精度可以達到40mm。此外，無人機（UAV）效率很高，操作人員只需接受簡短培訓即可有效執(zhí)行測量和制圖任務。就測繪效率而言，如果飛行時間為7min，則可以獲得100000m2的測繪面積，在拍攝和制圖精度方面，精度可以達到40mm，且可以直接觀察圖像以了解拍攝和制圖情況。另外，通過執(zhí)行分析和綜合數(shù)據(jù)等操作，可以使用計算機從上方和下方觀察災區(qū)，然后從不同角度了解災區(qū)的情況，從而為災后救援工作開展和制定應對計劃提供可靠的依據(jù)。

4.2 在監(jiān)測地質災害中的應用

在監(jiān)測地質災害時，無人機傾斜攝影測量圖像可以顯示各種地質災害的各種因素，例如形狀、顏色等，并且可以清楚地看出這些因素與地質災害周圍環(huán)境的特征不同。遙感影像圖中呈現(xiàn)的某些地質災害的異常情況可以提供對地質災害的初步監(jiān)測，從而有助于通過對災區(qū)進行詳細的災難現(xiàn)場調查來進行詳細的監(jiān)測。比如，以滑坡地質災害為例分析使用無人機的傾斜攝影測量圖像對此類地質災害的監(jiān)測。

當監(jiān)測與滑坡有關的地質災害時，傾斜攝影測量圖像可以通過遙感圖像中的滑坡的質地、形狀和顏色來解釋災害，以獲得諸如位置之類的物理特征以及災難的規(guī)模。假設當監(jiān)測與黃土高原區(qū)域滑坡有關的地質災害時，使用無人機傾斜攝影測量圖技術可以從遙感數(shù)據(jù)中解釋滑坡體的形狀和特征。對于黃土高原，可以清楚地看到滑坡具有特征，很容易確定災害邊界。此外，無人機傾斜攝影測量技術還可以顯示由山體滑坡形成的陡峭的山脊、地形和變色線，從而為與山體滑坡有關的地質災害的監(jiān)測和救援提供數(shù)據(jù)支持。

4.3 在地質災害監(jiān)測調查和評估中的應用

在監(jiān)測地質災害中，使用無人機傾斜攝影測量技術可以獲取目標圖像數(shù)據(jù)，然后通過提取目標地質狀態(tài)的平面和三維圖像，可以充分反映地質災害區(qū)的地貌。當使用無人機傾斜攝影測量技術估算地質災害的嚴重程度時，這些圖像可以用作相關數(shù)據(jù)的主要來源。然后，根據(jù)地質災害地區(qū)的植被破壞程度和其他地質條件，結合GIS技術，可以有效生成專題圖，從而使用無人機傾斜攝影測量技術的空間分析能力可以準確評估當前水平。然后充分確定地質災害區(qū)可能發(fā)生的災害的類型和規(guī)模?？梢钥闯觯脽o人機傾斜攝影測量技術評估地質災害的嚴重程度，可以作為預防地質災害，開展搶險和資源分配活動的基準。

5 發(fā)展前景

在監(jiān)測地質災害時，由于無人機傾斜攝影測量技術的靈活性和高精度，大大提高了測繪的效率和準確性。從硬件的角度來看，無人機在飛行過程中非常穩(wěn)定，對不良影響具有很強的抵抗力，可以增加拍攝頻率，并且可以為圖像采集提供硬件支持，尤其是在分辨率和耐惡劣天氣方面，得到了很大的改善。另外，通過改善硬件的可以在降低噪聲的同時提高圖像數(shù)據(jù)的準確性，從而節(jié)省圖像處理的成本和時間。此外，軟件開發(fā)應著重于提高抗干擾能力和數(shù)據(jù)加密能力[5]。

6 結語

無人機傾斜攝影測量技術在監(jiān)測中的應用還處于起步階段，具體應用的發(fā)展還需要進一步加強。在實際應用中無人機傾斜攝影測量技術會自動處理數(shù)據(jù)，并保持其高機動性和高分辨率，但同時又容易出現(xiàn)偏離和定位錯誤，因此每次都會導致相對不完整的效果。為了獲得有效的信息和數(shù)據(jù)，需要從不同角度拍攝以獲得最佳效果。無人機體積小，重量輕，飛行過程中穩(wěn)定性差，因此，有要對其硬件和軟件進行改進，提高其實用性。