傾斜攝影實景三維建模在邊坡精細(xì)化測圖中的應(yīng)用

侯智軍

（中國人民解放軍91053 部隊，北京 102202）

1 概述

地質(zhì)災(zāi)害是指不良地質(zhì)現(xiàn)象，在自然或人為因素作用下對人類生命財產(chǎn)、環(huán)境造成破壞和損失的地質(zhì)作用，直接或間接危害人類安全，給社會和經(jīng)濟建設(shè)造成損失[1-2]。邊坡治理是為保證邊坡及其環(huán)境安全，對邊坡采用的支撐加固與防護措施，是一項技術(shù)復(fù)雜、施工困難的災(zāi)害防治工程。近年來，隨著工程項目的日益增多，邊坡治理問題越來越突出。

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防與邊坡治理需要更精細(xì)的地形圖（如1∶500），由于邊坡區(qū)域大比例尺地形圖靠常規(guī)測量手段難以獲得，使用的都是較小比例尺地形圖（如1∶5000 或1∶1 萬），很多與地形相關(guān)的細(xì)節(jié)難以得到［3］。近年來，無人機傾斜攝影技術(shù)快速發(fā)展，已成為實景三維建模的主要手段。實景三維模型場景自然逼真，立體感強，可全面表達邊坡整體，真實構(gòu)建地形的細(xì)微突出部分。在實景三維模型上進行地形精細(xì)化測圖，可為地質(zhì)災(zāi)害與邊坡治理提供數(shù)據(jù)支撐。

2 傾斜攝影實景三維建模邊坡精細(xì)化測圖流程

傾斜攝影實景三維建模邊坡精細(xì)化測圖流程如圖1 所示［4］。

圖1 傾斜攝影實景三維建模邊坡精細(xì)化測圖流程

（1）測區(qū)控制點精度符合要求及補增控制點施測，提供合格的控制資料。（2）采用多鏡頭數(shù)碼航攝儀系統(tǒng)，實施優(yōu)于0.03 米地面分辨率的航空攝影。（3）通過空三加密計算，生產(chǎn)實景三維模型，并制作正射影像圖。（4）利用DLG 套合影像進行外業(yè)調(diào)繪、補測、編輯處理，制作邊坡區(qū)域精細(xì)數(shù)字線劃圖（DLG）。（5）對數(shù)字線劃圖進行質(zhì)量檢查，提交成果資料。

3 實例結(jié)果與分析

3.1 測區(qū)概況

測區(qū)位于遼寧省大連市郊區(qū)海邊，危巖體分布較分散，最大面積約25000 平方米，下部為居民生活區(qū)。邊坡危巖體經(jīng)常年自然風(fēng)化和侵蝕，部分巖石風(fēng)化、松動、脫落，嚴(yán)重影響人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活，對人民生命財產(chǎn)安全造成影響。邊坡航拍照片如圖2 所示。

圖2 邊坡航拍照片

現(xiàn)有地形圖如圖3 所示，比例尺為1 ∶2000。危巖體有兩個區(qū)域，本次實驗區(qū)主要針對較大區(qū)域范圍。

3.2 航飛數(shù)據(jù)獲取

3.2.1 航飛設(shè)備

飛行平臺采用大疆無人機，無風(fēng)條件下水平飛行速度70 km/h，最大飛行海拔為6000 m。航攝儀采用國產(chǎn)的五鏡頭傾斜相機，正射相機焦距為25 mm 定焦，傾斜相機焦距為35 mm 定焦。

圖3 現(xiàn)有地形圖資料

3.2.2 飛行計劃

測區(qū)面積約0.2 km2，為保證測區(qū)內(nèi)重疊度，飛行需外擴飛行高度200 m，飛行總架次2 架次，獲取測區(qū)的無人機照片108 張，飛行時間約25 min。圖4 為無人機航拍圖片的分布與危巖體的實景三維模型。

圖4 測區(qū)無人機航拍圖片分布與實景三維模型

3.3 數(shù)據(jù)處理

將實景三維模型導(dǎo)入南方CASS 3D 軟件，采集1∶500 比例尺的地形數(shù)據(jù)，套合在已有地形圖上，效果如圖5 所示。外業(yè)實地RTK 測量部分危巖體特征和周邊地形地物等數(shù)據(jù)，記錄各特征點的平面和高程數(shù)據(jù)，及每個點對應(yīng)的實地點位記錄，通過與三維模型上提取的對應(yīng)點三維坐標(biāo)對比，檢查平面和高程數(shù)據(jù)質(zhì)量，進行精度評定。綜合各危巖體精度來看，平面最大中誤差為0.2 m，高程中誤差為0.2 m，按《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范》要求，平面和高程中誤差符合要求。數(shù)據(jù)表明，無人機傾斜攝影生成危巖體數(shù)字線劃圖滿足規(guī)范要求，且成圖速度較快、精度較高。

3.4 優(yōu)勢

本文將傾斜攝影實景三維建模用于邊坡精細(xì)化測圖，進行邊坡治理和地形圖實時更新，項目精度和質(zhì)量均滿足規(guī)范要求，證明了該方法在邊坡監(jiān)測治理中的可行性和可靠性。無人機傾斜攝影實景三維建模的主要優(yōu)勢有：

（1）外業(yè)投入人力和時間、調(diào)繪工作量大大減少。

圖5 邊坡地形精細(xì)化測圖成果

（2）針對邊坡治理和監(jiān)測，采集信息非常全面，可隨時針對監(jiān)測模型變化和治理方法采集必需的外業(yè)數(shù)據(jù)［5］。無人機傾斜攝影能對邊坡全方位觀測，獲取巖石頂部及側(cè)面的風(fēng)化信息，通過多維度危巖體風(fēng)化呈現(xiàn)特點掌握邊坡整體程度，評估危巖體毀壞程度。

（3）巖石危巖體邊坡受自然因素影響，通常人員難以到達，常規(guī)測量手段較難獲取地形數(shù)據(jù)。采用無人機獲取數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性強，更新快，不同時間獲取的傾斜影像構(gòu)建的實景三維模型，能顯示危巖體變化，便于對比。利用三維實景模型，在危巖體治理時能逼真、準(zhǔn)確、全面地顯示危巖體現(xiàn)狀，還原真實的危巖體狀態(tài)。

4 結(jié)論

本文結(jié)合實例提出了基于無人機傾斜攝影測量技術(shù)的實景三維建模方法，該方法能全方位動態(tài)獲取邊坡精細(xì)化測圖數(shù)據(jù)，反映真實地物地貌，大大提高生產(chǎn)效率，能更好地服務(wù)地質(zhì)災(zāi)害治理、危巖體分析與邊坡加固項目。目前，該方法對于植被覆蓋區(qū)域有限制，需結(jié)合其他測繪方法，如機載激光雷達掃描技術(shù)。