三維測繪技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害分析中的應(yīng)用研究

黃光俊

安康市不動產(chǎn)登記中心 陜西 安康 725000

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，降低了因災(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，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)解因為對遙感技術(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地貌再現(xiàn)，為相關(guān)人員提供了真實可靠的數(shù)據(jù)，并且節(jié)省了大量人力、物力。以LG項目為例，圖1是該項目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性極高的沖溝，其上游有三個高程沖刷口C、D、E。若發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時，A-B段會由于上游三個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地帶。

通過測量得出LG項目高程數(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際的地質(zhì)面貌真實模擬呈現(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，在無法了解真實的災(zāi)后地形時就需要借助Pix 4D mapper技術(shù)完成三維測繪效果圖。對山體、河流等地貌可實施動態(tài)分析和災(zāi)害應(yīng)急管理。以LG項目為例，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，毗鄰的河流因為土體沖擊形成大浪對下游帶來嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。因為道路被封、災(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)是非常危險的。應(yīng)用Pix 4D mapper技術(shù)真實模擬災(zāi)后地形并實時跟蹤、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，迅速確定救援計劃及對災(zāi)后實施動態(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)一步實現(xiàn)“預(yù)防與控制相結(jié)合，模擬與現(xiàn)實相匹配”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。