摘" 要： 為提升祁連山地區(qū)黑河流域生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目全過程水土保持監(jiān)測水平，選取黑河干流首座控制性調(diào)蓄工程——黃藏寺水利樞紐工程，應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，構(gòu)建了高精度的棄渣場實(shí)景三維模型，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了棄渣量、棄渣高度、擋墻高度等指標(biāo)，同時(shí)結(jié)合無人機(jī)正射遙感影像對棄渣場擾動(dòng)面積及水土保持工程措施進(jìn)行了解譯計(jì)算，最后通過對比水土保持方案中棄渣場各指標(biāo)的設(shè)計(jì)值，對水土保持措施落實(shí)情況進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明：通過傾斜攝影測量技術(shù)構(gòu)建的實(shí)景三維模型可精確計(jì)算棄渣場的各項(xiàng)水土保持措施指標(biāo)，黃藏寺水利樞紐工程項(xiàng)目施工過程中實(shí)施的水土保持措施量基本符合水土保持方案設(shè)計(jì)值，土地?cái)_動(dòng)面積和棄渣量均在設(shè)計(jì)值之內(nèi)。

關(guān)鍵詞： 傾斜攝影；水土保持；監(jiān)測；黃藏寺水利樞紐工程

中圖分類號： S157" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.02.014

引用格式： 王璽圳，程紅剛，曹雪峰.傾斜攝影三維模型在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用：以黃藏寺水利樞紐工程為例［J］.中國水土保持，2025（2）：47-49.

收稿日期：2024-03-28

基金項(xiàng)目：陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022ZDLSF02-09）

第一作者：王璽圳（1993—），男，陜西西安人，工程師，碩士，主要從事水土保持監(jiān)測、信息化監(jiān)管工作。

通信作者：曹雪峰（1978—），男，陜西鳳翔人，高級工程師，碩士，主要從事水土保持監(jiān)測、信息化監(jiān)管工作。

E-mail： 179422886@qq.com

傳統(tǒng)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測多采用定位觀測和實(shí)地調(diào)查的方式對項(xiàng)目擾動(dòng)區(qū)域進(jìn)行水土保持監(jiān)測。在新時(shí)代水土保持工作的要求下，無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用在提高監(jiān)測工作效率、提升監(jiān)測結(jié)果直觀性方面相比傳統(tǒng)監(jiān)測手段具有無可比擬的優(yōu)勢［1-3］，而現(xiàn)階段多采用無人機(jī)全景或正射影像對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測［4-5］，此方法只能反映地面監(jiān)測對象的面積、長度等信息，無法對三維物體體積進(jìn)行有效測量［6-7］。本研究在常用的無人機(jī)遙感監(jiān)測方法基礎(chǔ)上拓展使用傾斜攝影測量技術(shù)，構(gòu)建高精度棄渣場實(shí)景三維模型，對黃藏寺水利樞紐工程開展水土保持監(jiān)測，以期為強(qiáng)化水行政主管部門水土保持監(jiān)測工作提供參考。

1" 研究區(qū)概況

1.1" 地理位置

黑河黃藏寺水利樞紐工程位于青海和甘肅兩省交界的黑河上游峽谷，河段左岸是甘肅祁連山國家級自然保護(hù)區(qū)，右岸是青海祁連山省級自然保護(hù)區(qū)，水土流失防治責(zé)任重大。

1.2" 氣候及植被

受青藏高原氣候影響，項(xiàng)目區(qū)氣候類型為高寒半干旱氣候。壩址海拔在2 500 m以上，多年平均降水量400 mm，其中6—9月降水量占全年降水量的78%；多年平均氣溫0.7 ℃，極端最低氣溫－31.1 ℃，極端最高氣溫30.5 ℃。天然喬木林主要樹種為青海云杉、祁連圓柏、青楊，灌木樹種主要為沙棘、高山柳。山地陽坡多為山地草原和灌叢，河谷地區(qū)主要為耕作區(qū)，種植小麥、青稞、豌豆、油菜等農(nóng)作物。

1.3" 棄渣場概況

項(xiàng)目共設(shè)計(jì)有5座棄渣場，其中1、3、4、5號棄渣場級別為4級，2號棄渣場為3級；1、2號棄渣場為庫區(qū)臺(tái)地型棄渣場（見圖1），3、4、5號棄渣場為溝道型棄渣場。綜合棄渣場級別、重要性和安全性等因素考慮，本次研究選取設(shè)計(jì)堆渣量最大的2號棄渣場為研究對象。

2號棄渣場位于黑河右岸，設(shè)計(jì)占地面積11.72 hm2、棄渣總量116.02萬m3，棄渣場堆高20 m，高程范圍為2 563～2 583 m，堆渣邊坡比降為1∶2。施工期可過水，為保證棄渣場在施工期穩(wěn)定，防止棄渣造成河道淤積，除設(shè)計(jì)鉛絲石籠攔擋外，還在棄渣場坡面及頂面周邊5 m范圍內(nèi)采取干砌石護(hù)坡措施，護(hù)坡厚度0.3 m，干砌石護(hù)坡工程量7 273 m3。

2" 研究內(nèi)容及方法

2.1" 基于傾斜攝影生成棄渣場三維模型

利用傾斜攝影測量技術(shù)采集2號棄渣場擾動(dòng)范圍的無人機(jī)影像。飛行任務(wù)于2023年3月進(jìn)行，選用大疆Mavic 3E無人機(jī)，選取無風(fēng)、晴朗的正午根據(jù)規(guī)劃航線進(jìn)行航拍，在航高60 m條件下采集的數(shù)據(jù)精度為正射地面分辨率1.61 cm、傾斜地面分辨率2.28 cm。采用ContextCapture攝影測量軟件對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該軟件通過將收集到的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對不同航線、不同時(shí)間拍攝的影像進(jìn)行匹配，建立相應(yīng)的影像配準(zhǔn)模型；根據(jù)影像匹配結(jié)果，將每個(gè)像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的三維坐標(biāo)點(diǎn)，形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)；根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用曲面重建、體素化等方法，建立完整的三維模型。圖2為本次建立的棄渣場三維模型。

2.2" 獲取數(shù)字正射影像

在采集的傾斜攝影數(shù)據(jù)中篩選出正射影像，利用Pix4Dmapper軟件制作棄渣場的數(shù)字表面模型（DSM）和數(shù)字正

款圖像重建軟件，可以根據(jù)原始靜態(tài)照片重建數(shù)字模型，再利用ArcMap軟件計(jì)算棄渣場擾動(dòng)土地面積和水土保持措施數(shù)量等數(shù)據(jù)。

2.3" 利用三維模型及數(shù)字正射影像對棄渣場進(jìn)行監(jiān)測

利用ContextCapture軟件中的Acute3D Viewer計(jì)算棄渣場堆渣體積。將Pix4Dmapper軟件制作的棄渣場DOM影像導(dǎo)入ArcMap軟件，再利用人工解譯的方式統(tǒng)計(jì)棄渣場擾動(dòng)區(qū)域面積及各項(xiàng)水保措施實(shí)施情況。

3" 研究結(jié)果與分析

3.1" 棄渣場堆渣體積計(jì)算

通過Acute3D Viewer打開棄渣場三維模型，利用軟件中的體積測量工具沿棄渣場范圍人工勾繪棄渣場范圍。由于2號棄渣場類型為庫區(qū)臺(tái)地型，因此以棄渣場周邊原地貌高程作為基準(zhǔn)面，設(shè)置高程使得填方量為0，則挖方量即為棄渣量，據(jù)此計(jì)算得出棄渣量為105.33萬m3（見圖4）。

3.2" 棄渣場擾動(dòng)范圍面積計(jì)算

通過Pix4Dmapper獲得DOM影像后，將DOM導(dǎo)入ArcMap，人工解譯棄渣場的擾動(dòng)范圍，利用圖層屬性表中的“計(jì)算幾何”工具計(jì)算擾動(dòng)范圍面積，得到2號棄渣場的擾動(dòng)面積為8.74 hm2（見圖5）。

3.3" 水土保持措施監(jiān)測

通過Acute3D Viewer打開2號棄渣場三維模型，采用曲面面積測量工具勾繪臨時(shí)苫蓋面積（見圖6），獲取到2號棄渣場的苫蓋面積為5 298.37 m2。此方法可快速準(zhǔn)確獲取坡面水土保持措施的面積，相比傳統(tǒng)正射遙感影像解譯計(jì)算的措施投影面積更能精準(zhǔn)反映實(shí)際水土保持措施數(shù)量。此外，還利用Acute3D Viewer內(nèi)置的長度測量工具對棄渣場最大堆渣高度、擋墻高度等進(jìn)行了量算（見圖7），分別得出最大堆渣高度為17.38 m，擋墻高度為4.01 m。

3.4" 水土保持方案措施落實(shí)情況評價(jià)

根據(jù)批復(fù)的項(xiàng)目水土保持設(shè)計(jì)方案，對照實(shí)景三維成果和正射遙感影像，可對項(xiàng)目區(qū)棄渣場及其周邊的水土保持措施落實(shí)情況進(jìn)行評價(jià)。以項(xiàng)目2號棄渣場為例，采用長度、高度、面積、體積等量算方法，將2號棄渣場正射遙感影像導(dǎo)入ArcMap，可解譯并計(jì)算擋墻及排水溝的長度、寬度等指標(biāo)（見圖8），其中擋墻長631.6 m、寬0.82 m，排水溝長536.7 m、寬0.41 m。

對項(xiàng)目各項(xiàng)水土保持措施完成情況進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果見表1。由表1可以看出，項(xiàng)目2號棄渣場的棄渣量、擾動(dòng)面積及棄渣高度等重要指標(biāo)均在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，擋墻及排水溝的各項(xiàng)指標(biāo)也與設(shè)計(jì)值基本一致。因此，可以判定項(xiàng)目2號棄渣場的實(shí)際棄渣量、擾動(dòng)面積和各項(xiàng)水土保持措施均符合水保方案設(shè)計(jì)要求。

4" 結(jié)束語

本研究在傳統(tǒng)正射遙感影像的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用傾斜攝影測量技術(shù)，建立了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄渣場三維模型，并對水土保持措施類型及數(shù)量進(jìn)行了解譯，實(shí)現(xiàn)了對水土保持措施數(shù)量、分布及運(yùn)行情況的精細(xì)化監(jiān)測。同時(shí)，利用項(xiàng)目水保方案設(shè)計(jì)值對落實(shí)情況進(jìn)行了評價(jià)，為水行政主管部門監(jiān)督和管理提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。相較于以往的監(jiān)測手段，本研究所用方法可精準(zhǔn)獲取棄渣場的棄渣量、棄渣高度及擋墻高度等三維立體信息。此方法的應(yīng)用能真實(shí)展示監(jiān)測對象的細(xì)節(jié)與全貌，有助于水行政主管部門和項(xiàng)目建設(shè)單位直觀了解項(xiàng)目區(qū)水土流失隱患及危害，對水土流失的預(yù)防和治理具有重要作用。

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［7］ 習(xí)超，李開偉，文剛，等.無人機(jī)遙感技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.中國水土保持，2023（6）：66-68.

（責(zé)任編輯" 楊傲秋）