李晨

貴州省第一測繪院 貴州 貴陽 550025

引言

在進行地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查工作中，應(yīng)當對此地區(qū)的水文、氣象以及巖層信息實行全方位測量與了解，從而評價當前的地址狀態(tài)是否穩(wěn)定以及日后的發(fā)展趨勢，為未來的地質(zhì)災(zāi)害的有效預(yù)防提供可靠的參考信息。無人機傾斜攝影技術(shù)為近些年推出的一種新技術(shù)，其綜合了傳統(tǒng)航空攝影和三維地面攝影兩種技術(shù)，能夠做到全方位、多角度的成像，解決了傳統(tǒng)正射中存在的缺陷，能更加完整、細致地將真實地理情況予以反饋出來。

1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)介紹

無人機傾斜攝影測量技術(shù)是一種現(xiàn)代化的航拍技術(shù)，它通過將傾斜的數(shù)碼相機安裝在無人機上，實現(xiàn)對地面物體信息的高效獲取。相較于傳統(tǒng)的直接垂直拍攝方式，傾斜攝影技術(shù)能夠避免地物間彼此遮擋導(dǎo)致的采集數(shù)據(jù)不全面問題，從而提供更準確、詳細的地表信息。目前，這項技術(shù)已得到了顯著的發(fā)展，并且在市面上出現(xiàn)了各種消費級無人機可供選擇。這些無人機具備先進的導(dǎo)航系統(tǒng)，例如GPS，能夠提供準確的位置信息，確保航拍過程的精準性和穩(wěn)定性。此外，這些無人機還配備了專業(yè)級的運動型相機，具有卓越的穩(wěn)定性和畫質(zhì)表現(xiàn)，能夠滿足航拍攝影的要求，確保所采集到的影像數(shù)據(jù)具有較高的清晰度和圖像質(zhì)量[1]。

無人機傾斜攝影測量技術(shù)目前已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并成為三維建模的重要工具之一。在城市規(guī)劃與管理中，利用無人機傾斜攝影技術(shù)可以快速獲取大范圍的地表數(shù)據(jù)，為規(guī)劃和設(shè)計提供參考。在土地測量與勘察領(lǐng)域，傾斜攝影技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的地形測量和模型重建，極大地提高了勘察工作的效率和準確性。同時，無人機傾斜攝影技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于文化遺產(chǎn)保護、林業(yè)資源管理、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，為相關(guān)行業(yè)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

2 無人機傾斜攝影測量特點

無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用于建立三維模型，具有較高的精確度與真實感，同時具有低成本和快速建模的特點。傳統(tǒng)的測量方法可能需要昂貴的設(shè)備和耗費大量時間來獲取準確的模型，而無人機傾斜攝影測量技術(shù)能夠以更經(jīng)濟高效的方式完成這一任務(wù)。通過使用該技術(shù)，可以獲得高度準確且具有真實感的三維模型，極大地提升了測繪結(jié)果的可靠性和實用性。

傳統(tǒng)的測量方法往往受限于觀測點的位置和角度，難以獲取到完整的地物信息。而傾斜攝影技術(shù)通過無人機從不同角度和高度進行拍攝，能夠覆蓋更多的地物表面，避免了彼此遮擋的問題，使得所建立的模型更加全面和準確。

借助測量工具和分析功能，研究人員可以輕松地對三維模型進行測量和分析，獲取各種地物參數(shù)的準確數(shù)值，比如測量長度、面積以及體積等。

相較于傳統(tǒng)的航空攝影，傾斜攝影技術(shù)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量更少，但卻具有更高的分辨率，這使得它非常適合用于獲取建筑物等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的表面數(shù)據(jù)[2]。

3 無人機傾斜攝影測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 實施快速調(diào)查和制圖

實施快速調(diào)查和制圖是現(xiàn)代測繪工作中的重要任務(wù)之一，而利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)實行測量和制圖，相比傳統(tǒng)的測量與制圖形式，具有更多的優(yōu)勢和便利性。相比起人工測量和制圖，無人機能夠迅速攝得需要的照片，并且可以在需要時進行重復(fù)拍攝。此種高效率的拍攝速度大幅提升了測繪的效率，并且能夠快速獲取最新的數(shù)據(jù)。通過無人機的監(jiān)測，可以及時獲取災(zāi)害區(qū)域的情況，并對其進行實時跟蹤。這為災(zāi)后救援工作提供了重要的數(shù)據(jù)支持，使得救援人員能夠更加準確地了解災(zāi)情，制定出科學的救援計劃。無人機傾斜攝影測量技術(shù)的精確度也十分優(yōu)秀。比如，六旋翼無人機能夠以71次/s的攝影速度進行航拍，而且精度能夠達到40mm，這在許多應(yīng)用場景下已經(jīng)足夠滿足需求。另外，無人機的操作相對簡單，只需要接受簡單培訓，操作人員便能參與測量與制圖工作。在測繪效率方面，無人機在飛行時間為7min的情況下，覆蓋面積可以達到105m2，同時精度也能達到40mm，這對于大范圍的測繪工作來說是非常高效的[3]。

3.2 在監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

在進行地質(zhì)災(zāi)害的檢測過程中，傾斜攝影測量圖像能夠顯示出地災(zāi)相關(guān)的各方面要素，比如形狀與顏色等，通過與周邊環(huán)境特征進行對比，能夠更加清晰地展現(xiàn)災(zāi)害的特征，進而幫助人們清楚了解地質(zhì)災(zāi)害本身，還能夠揭示其與周圍地貌、植被等環(huán)境要素之間的關(guān)系。特別是在滑坡地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測中，傾斜攝影測量圖像發(fā)揮了重要作用。通過對遙感數(shù)據(jù)的分析和處理，工作人員能夠清晰觀察到滑坡的形態(tài)特征，并準確確定滑坡的范圍和邊界，這對于災(zāi)情評估、災(zāi)害范圍劃定以及救援工作的規(guī)劃都具有重要意義。最后，無人機傾斜攝影測量還能夠揭示因山體滑坡而產(chǎn)生的陡峭山脊、地形不平等特征，通過分析傾斜攝影測量圖像中的地形信息，可以更好地認識山體滑坡的變形特征和發(fā)展趨勢，為地災(zāi)監(jiān)測與救援方案的制定提供科學依據(jù)。

3.3 在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測調(diào)查和評估中的應(yīng)用

無人機傾斜攝影測量技術(shù)能用來采集地質(zhì)災(zāi)害區(qū)的圖像信息，包括高分辨率圖像、視頻和點云等多種類型的數(shù)據(jù)，整理形成目標地質(zhì)狀態(tài)的平面與三維圖像，這些圖像能夠直觀地反映地表、地下水位、地下巖體等信息，為地災(zāi)的風險評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時，為了更好地表現(xiàn)地貌，此技術(shù)還能夠結(jié)合多光譜和熱紅外數(shù)據(jù)進行分析，以便更好地識別地災(zāi)隱患點。結(jié)合植被破壞情況以及其他地質(zhì)狀態(tài)，利用GIS技術(shù)形成專題圖，進而能夠更清晰地反映地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的原因和程度[4]。這些專題圖還能夠為相關(guān)部門提供決策支持，例如確定建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺和決策支持系統(tǒng)、優(yōu)化應(yīng)急救援資源配置等。通過定期監(jiān)測、回顧分析、評估風險以及提供有效的決策支持和指導(dǎo)，無人機傾斜攝影測量技術(shù)可為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理提供更加科學的依據(jù)[5]。

4 無人機傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用實例分析

4.1 試點區(qū)域選擇

貴州省興仁市是該省地災(zāi)發(fā)生較為頻繁的地區(qū)，此次試點選取的是該市潘家莊鎮(zhèn)褚皮田村褚皮田組一處地災(zāi)風險點實施調(diào)查研究，由于此位置地形較為復(fù)雜，高低落差大于600m，對航空攝影測量具有非常高的要求，而且現(xiàn)場存在嚴重的塌方與裂縫痕跡，隱患頗大，同時還具備貴州省山區(qū)滑坡地災(zāi)點地形復(fù)雜的地災(zāi)特點，較為典型，存在較強的研究價值。

4.2 試點區(qū)域概況

該地山腳居民區(qū)處于山體下方和臺地過渡的地帶，微地貌呈面狀坡，前側(cè)分布著水田、旱地，后側(cè)則是斷頭山。在斷頭山的下方是堆積體，此堆積體處于山體的中間地帶，坐落在居民區(qū)后側(cè)斜坡的上方，堆積體坡腳邊緣和居民區(qū)后側(cè)緊挨著第一級斜坡頂，中間是一處較為平緩的旱地，居民區(qū)后方斜坡屬于土質(zhì)斜坡，在2006年5月份出現(xiàn)過一次小型滑動?；麦w與原滑坡厚壁構(gòu)成上質(zhì)陡坎，在降雨的影響下存在滑坡的可能，使得該片居民區(qū)住戶面臨著較大的安全隱患。山腳居民區(qū)處于滑坡體的威脅區(qū)域內(nèi)，隱患點的具體情況為：①地理坐標，東經(jīng)105°07'07"，北緯25°35'11"；②行政區(qū)劃，興仁市潘家莊鎮(zhèn)堵皮田村；③災(zāi)害類型，滑坡；④規(guī)模，2016000m3；⑤災(zāi)源體規(guī)模，大型；⑥威脅對象：褚皮田村褚皮田組山腳居民區(qū)；⑦險情等級，中型；⑧災(zāi)源體與受威脅對象相對空間關(guān)系，居民區(qū)位于滑坡體前沿山腳；⑨災(zāi)源體現(xiàn)狀穩(wěn)定狀態(tài)：不穩(wěn)定；⑩變形階段：休止；?災(zāi)源體工程治理適宜性：不適宜；?防治對策：整村搬遷避讓；?威脅區(qū)人員及財產(chǎn)：69戶246人，1380萬；?撤離方向：東側(cè)；?發(fā)展趨勢：不穩(wěn)定；?有無快速變形可能：有快速變形可能；?緊急情況時撤離預(yù)案：所有居民區(qū)范圍沿道路向東側(cè)撤離，最終全部撤離至下褚皮田平緩安全區(qū)域。然后由政府組織撤離至安置區(qū)，特殊人員由具體包保人員組織撤離。

4.3 試點工作內(nèi)容

使用無人機傾斜攝影測量技術(shù)對興仁市潘家莊鎮(zhèn)褚皮田村地災(zāi)點進行調(diào)查，實現(xiàn)高精度實景三維模型的構(gòu)建。

使用物聯(lián)網(wǎng)、GNSS技術(shù)，實時網(wǎng)絡(luò)接通GNSS位移檢測器與高清監(jiān)控設(shè)施的位移、現(xiàn)場圖像資料等各方面信息，再使用大數(shù)據(jù)技術(shù)，綜合現(xiàn)有三維模型、高清影像、責任區(qū)劃分等矢量信息，實現(xiàn)對當?shù)氐貫?zāi)管理平臺的建設(shè)。

進行實時預(yù)警、動態(tài)監(jiān)測地災(zāi)管理服務(wù)模塊的構(gòu)件，提供智能化感知、評估與管控的功能。

4.4 技術(shù)路線

4.4.1 生產(chǎn)流程。該試點項目的傾斜攝影測量采用仿地飛行方式，按照無人機采集到的地形數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)飛行高度，保障對地的恒定高度差，建設(shè)出高精度的精細化模型。

4.4.2 數(shù)據(jù)發(fā)布與平臺框架搭建。該試點項目使用GeoServer、StampGIS分別發(fā)布二維與三維數(shù)據(jù)，并存儲在PostGIS數(shù)據(jù)庫內(nèi)，平臺整體框架以政策標準與制度安全兩大機制作為基礎(chǔ)，按照基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、平臺層等依次實施，基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建出興仁市地災(zāi)一張圖管理系統(tǒng)，同時在這一基礎(chǔ)上創(chuàng)建了綜合三維應(yīng)用、在線數(shù)據(jù)實時分析、系統(tǒng)運維監(jiān)督管理、服務(wù)運維監(jiān)督管理等多項模塊。

4.5 試點完成情況

此項目在內(nèi)業(yè)與外業(yè)方面一同投放了技術(shù)人員10人，耗時長度為一個月，完成的工作任務(wù)有興仁市潘家莊鎮(zhèn)褚皮田村地質(zhì)災(zāi)害航空攝影、高精度實景三維建模、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入、平臺數(shù)據(jù)發(fā)布與測試等。

2022年7月，地災(zāi)管理平臺正式投入使用，平臺中融入了地形實景三維底圖、二維專題底圖以及地災(zāi)管理平臺等實景三維成果，有效使用物聯(lián)網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測視頻與GNSS位移檢測儀等裝置，構(gòu)建了全天候預(yù)警、動態(tài)監(jiān)測地災(zāi)隱患的管理服務(wù)模塊。當前，已經(jīng)為該市重要的地災(zāi)預(yù)防工作提供了可靠的三維數(shù)據(jù)底板服務(wù)和技術(shù)支持[6]。

滑坡監(jiān)測建模和智能預(yù)警系統(tǒng)是從地災(zāi)預(yù)防治理的基礎(chǔ)工作入手，基于對各時間階段邊坡幾何信息的迅速、準確采集，再加以比較分析，判斷邊坡是否存在滑坡風險，做到對地災(zāi)（滑坡事故）的動態(tài)監(jiān)測與自動化預(yù)警，最大化降低地災(zāi)給人民生命財產(chǎn)帶來的威脅。

5 結(jié)束語

無人機傾斜攝影測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用尚為初期發(fā)展階段，更加深入的應(yīng)用有待繼續(xù)探索與優(yōu)化?；趯Υ思夹g(shù)的合理應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的自動化處理，且具有較高的機動性、分辨率，不過也容易發(fā)生偏離目標與定位錯誤的問題，所以，每次測量結(jié)果的質(zhì)量相對不夠穩(wěn)定。為了獲得更加完整可靠的信息數(shù)據(jù)，應(yīng)當從多個角度進行拍攝，以此取得最優(yōu)效果。同時，無人機雖然體積比較小、自重較強，但是在飛行期間穩(wěn)定性較差，為此，需要對其硬軟件進一步升級改造，提升其實用效果。