無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中的應(yīng)用

趙紅艷，黃雪琴

（江西省煤田地質(zhì)局測(cè)繪大隊(duì)，江西 南昌 336000）

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，逐漸向城市外圍發(fā)展，山地的開發(fā)造成大量水土流失，逐漸成為泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素之一。此外，隨著我國道路交通網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善，臨河公路、鐵路等的大力修建改善了限制資源流通的弊端，促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。同時(shí)，基礎(chǔ)工程建設(shè)形成了大量的臨空邊坡，使得原來較為穩(wěn)定的巖土體結(jié)構(gòu)逐漸失穩(wěn)，在雨水、地震等內(nèi)、外部因素的作用下極易誘發(fā)滑坡等災(zāi)害[1]。

因此，如何有效的監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害是當(dāng)前亟待解決的問題。傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量技術(shù)無法有效的實(shí)現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，應(yīng)用效率不高。隨著無人機(jī)技術(shù)以及動(dòng)態(tài)定位技術(shù)等的快速發(fā)展，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)以靈活機(jī)動(dòng)的特征，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲取災(zāi)害區(qū)域的三維實(shí)景模型，為進(jìn)一步的災(zāi)情評(píng)估和重建等提供可靠的地理信息依據(jù)。基于此，本文以某地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪為例，講述無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中的應(yīng)用效果。

1 基本技術(shù)概況

1.1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是在垂直攝影測(cè)量技術(shù)上發(fā)展起來的，利用多鏡頭融合相機(jī)獲得測(cè)繪區(qū)域多角度、多方位的航空影像數(shù)據(jù)。一般來說，多鏡頭相機(jī)包含了5個(gè)鏡頭，分別為1個(gè)垂直鏡頭和4個(gè)傾斜鏡頭，該相機(jī)具有使用簡單，集成程度高的優(yōu)勢(shì)。

通過不同方位影像數(shù)據(jù)的獲取，有效的避免了垂直鏡頭僅能獲取垂直方向影像數(shù)據(jù)的弊端，提高了測(cè)量精度，獲取了更加精確的地理信息數(shù)據(jù)。

1.2 基于實(shí)景三維模型的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪技術(shù)

實(shí)景三維模型是以無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量過程中拍攝的航空影像資料為基礎(chǔ)制作的三維模型，具有精度高、逼真的特點(diǎn)。

因此常被作為應(yīng)急救災(zāi)時(shí)的電子沙盤，為較精確評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害受災(zāi)范圍提供可靠的基礎(chǔ)資料此外，在應(yīng)急管理中也具有重要的參考意義，如確定安全點(diǎn)等。因此，將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)流程分析

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中的流程主要包括以下幾個(gè)方面：①搭建無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)，對(duì)無人機(jī)航拍影像進(jìn)行預(yù)處理；②多視影像平差、匹配，構(gòu)建實(shí)景三維模型；③地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理分析。具體的操作流程見圖1[2]。

2.2 飛行計(jì)劃制定及數(shù)據(jù)獲取

航拍影像數(shù)據(jù)的獲取是基礎(chǔ)，主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：①航線設(shè)計(jì)，航線的設(shè)計(jì)要根據(jù)無人機(jī)型號(hào)、攝影相機(jī)型號(hào)、地面分辨率、航向重疊度、旁向重疊度等因素綜合分析，本次為了提高影像數(shù)據(jù)分辨率，正射方向采用了相對(duì)焦距較短的鏡頭，最終計(jì)算得出Ⅰ區(qū)的飛行行高為500m，Ⅱ區(qū)的飛行行高為300m；②根據(jù)本次測(cè)繪區(qū)域地形地貌變化特征，將測(cè)繪區(qū)域分解為兩個(gè)飛行子區(qū)，分別為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)，設(shè)計(jì)旁向重疊度80%，航向重疊度為85%；③在確定飛行方案后，采用八旋翼無人機(jī)進(jìn)行航拍影像數(shù)據(jù)獲取，并及時(shí)檢查每天獲取的影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，直至質(zhì)量達(dá)標(biāo)為止。

2.3 實(shí)景三維建模

由于地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪具有時(shí)間緊、任務(wù)重的特點(diǎn)，因此必須在較短的時(shí)間內(nèi)獲得精度可靠的實(shí)景三維模型，這就使得人工建模無法保障時(shí)間要求，必須采用自動(dòng)化的建模技術(shù)。

本次采用Smart3D Capture作為自動(dòng)建模的軟件平臺(tái)進(jìn)行測(cè)繪區(qū)域的實(shí)景建模任務(wù)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得逼真的實(shí)景三維模型。

由于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)能夠獲得測(cè)繪區(qū)域多角度、多方位的影像數(shù)據(jù)，因此自動(dòng)生成的三維模型精度也較高，能夠滿足地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪相應(yīng)精度要求。

2.4 受災(zāi)現(xiàn)狀分析

展開地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪的主要目的在于評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害范圍，受災(zāi)人數(shù)多大等，為進(jìn)一步制定安置計(jì)劃、災(zāi)害治理等提供支撐資料[3]。

在實(shí)景三維模型中，測(cè)繪區(qū)域內(nèi)植被破壞較為嚴(yán)重，裸露土地較多，在強(qiáng)降雨氣候條件下容易誘發(fā)山體滑坡、泥石流等災(zāi)害。根據(jù)實(shí)景三維模型計(jì)算出本次地質(zhì)災(zāi)害的受災(zāi)面積可達(dá)50213.44m2。根據(jù)在實(shí)景三維模型中劃定的地質(zhì)災(zāi)害影響范圍邊界，本次計(jì)算土石方量過程中以最低點(diǎn)所在平面為基準(zhǔn)面，最終獲得可能發(fā)生滑坡或者泥石流的土石方量約為63412.54m3。

為了分析評(píng)估本次地質(zhì)災(zāi)害的受災(zāi)程度，在無人機(jī)傾斜攝影航拍影像資料中就可清晰的看到受災(zāi)面積和滑坡規(guī)模大小，為評(píng)估受災(zāi)情況帶來了直觀的依據(jù)資料。此外，通過實(shí)景三維模型等建設(shè)，確定了本次地質(zhì)災(zāi)害的受災(zāi)邊界，計(jì)算了受災(zāi)面積和可能發(fā)生滑坡或者泥石流的土石方量[4]。最終認(rèn)為本次地質(zhì)災(zāi)害受災(zāi)情況較為嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)撤離災(zāi)區(qū)范圍內(nèi)的居民，并安置的安全范圍內(nèi)。

通過三維模型研究，在受災(zāi)上游由于發(fā)生泥石流災(zāi)害，應(yīng)加強(qiáng)該方面的治理工作。加之該區(qū)域強(qiáng)降雨天氣較多，再次誘發(fā)山體滑坡的概率較大，應(yīng)及時(shí)對(duì)可能滑坡的山體進(jìn)行治理。

3 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在今后地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中具有響應(yīng)快、成圖快、精度高的優(yōu)勢(shì)，能夠更加直觀的反映災(zāi)區(qū)基本現(xiàn)狀。

將無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與實(shí)景三維模型相結(jié)合，能夠更加直觀的反映災(zāi)區(qū)現(xiàn)狀，為指揮救援、受災(zāi)分析等提供了可靠的依據(jù)，為快速響應(yīng)和反饋提供了實(shí)用的技術(shù)方法，因此應(yīng)該加強(qiáng)無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和實(shí)景三維模型技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中的應(yīng)用范圍。