淺談傾斜攝影測量在地質災害調查中的應用

摘要：地質災害調查風險大、難度大、限制因素多，增加了調查風險。傾斜攝影測量是一種現代測繪技術，其特殊之處在于傳感器的裝載布局，4個傾斜角度與垂直角度可以配合滿足多角度拍攝。為了能夠提高地質災害調查效益，保證調查工作安全，傾斜攝影測量技術應運而生，在很大程度上解決了傳統地質災害調查的弊端?；诖耍疚氖紫葘Φ刭|災害調查和傾斜攝影測量技術進行闡述，分析傾斜攝影測量三維全景圖制作方法，最后探究傾斜攝影測量在地質災害調查中的應用。

關鍵詞：無人機；傾斜攝影測量；地質災害調查

引言

常發地質災害區域地理環境較為復雜，野外勘察效率低、安全系數低、工作量大、成本高、精度差，如在坍塌地質災害勘察中的陡坡危巖結構信息獲取中，過去都是采用皮尺、羅盤等勘測工具，需要工作人員入場測量，但受到現場條件限制，所獲取的數據不夠全面，影響最終的分析結果。而傾斜測量技術是通過無人機多攝像頭航拍，相比傳統測繪技術，具有立體性、全方位、安全、高效、高精準度等優勢，實現了傳統航空攝影技術和地面測繪技術的融合。傾斜攝影測量技術可以更真實呈現出被拍攝物的實際狀況，彌補了正攝影像的不足，還能夠通過低空多維鏡頭拍攝，更全、更快的捕捉地理信息，有效滿足了地質災害調查的需求。

1.地質災害調查介紹

地質災害是自然災害的一種，包括自然因素或者人為活動引發的危害人民生命和財產安全的滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質作用有關的災害。在地質災害調查當中，最重要的工作就是收集區域內的氣象、水文、地層、巖性等信息，從而更好的檢測地質體特性、穩定性、發展態勢。通過地質災害調查可以獲取地質災害信息，為后續制訂地質災害防治措施提供信息支持。

2.傾斜攝影測量技術概述

傾斜攝影測量技術借助無人機飛行實現相關功能，是無人機技術與傾斜攝影技術的結合。在實際運行中，在無人機平臺上搭載4個攝像頭（前、后、左、右），多個攝像頭可以拍攝正向以及4個傾斜的影像，從而獲取到航向、航速、航高等各項參數，之后將所拍攝的傾斜影像整理進一步分析。對于相同拍攝對象最多可以同時呈現8張相片，有助于分析地質災害情況，從相片中挑選出最清晰的制作紋理，保證地質拍攝足夠清晰[1]。相比傳統的測量技術來說，傾斜攝影測量技術可以從多個角度對相同拍攝對象進行觀察，讓地物情況反映更加全面、真實。配合使用相應的軟件，可以得到拍攝對象坡度、面積、（表面）構造、面積、高度等屬性。其主要優勢表現在：

2.1適應性強、靈活度高

無人機通過高空、低空飛行的方式，可以完成復雜環境的測量工作，除了雨雪天氣、大風天氣外均可使用，不會受到測量現場空間、地面條件等因素限制。無人機在實際操作中靈活性好，能夠快速獲取到指定區域信息，通過多角度攝像保證信息獲取的全面性，提高了地質災害調查工作效率，保障了調查人員安全。

2.2信息全面精準

在地質災害調查中，傳統攝影技術、測繪技術只能提供單一、單向數據信息，而傾斜攝影測量技術除了能夠提供線劃地形圖，同時也可以保證影像圖的清晰度，構建攝像對象的三維模型。在誤差控制上，傾斜攝影測量由于是對相同地物多角度拍攝，精度也大大提升，遠高于傳統攝像技術。

2.3成本低

無人機設備市場價格從幾千元到幾十萬元不等，根據地質災害調查任務要求，普遍無需采用最高端無人機，挑選合適的機型，確保與攝像系統相匹配即可。同時無人機后續維護成本不高、使用壽命長。一次性投入成本較高，但后續成本很低。再加上傾斜攝影測量技術作業成本較低，無需在地質災害區域投入大量設備，只需終端站、無人機即可開展外業工作，投入工作人員數量也大大減少。

3.地質災害調查中的三維建模流程

在地質災害調查應用傾斜攝影測量技術需借助Context Capture系統構建三維地質模型，其主要流程為：

3.1數據資料分析，提前做好數據預處理工作，將存在缺陷的資料排除，保證地質資料的完整性，格式滿足處理要求。

3.2借助無人機航空飛行測量傾斜影像，獲取高精度影像方位元素。校正攝影畸變獲取到傾斜影像、方位元素，借助多視影像技術密集匹配，得到被測對象三維點，將三維點連接即可得到地質3D模型[2]。

3.3從3D模型中挑選最佳紋理信息，借助三角形線法方程、二維圖像夾角選擇，在street factory系統中自動關聯紋理信息，完成模型的后續處理。

3.4完成紋理關聯工作后即可在軟件中輸出真地質三維模型。

4.傾斜攝影測量技術在地質災害調查中的運用

勘測人員應提前在勘測地進行野外踏勘，在被測區域四角布設控制點，劃定傾斜攝影測量范圍，借助GPS RTK技術得出控制點坐標，通過水準面凈化模型得出控制點高程基準成果。由于地質災害區域多數都是野外，植被十分繁茂，通視條件較差，特別是峭壁坍塌區域不利于工作人員攀登，提高了野外測量難度。在第一手材料難以獲取的基礎上，則要借助傾斜攝影技術解決問題。

4.1獲取傾斜攝影數據

根據探勘情況設置無人機飛行航線，由于地質災害多發在山區，具有高差起伏大的特點，為了保證拍攝地面的清晰度，建議采用低空飛行拍攝方案，相對地面航高控制在20m～120m之間，航向重疊率不低于80%，旁向重疊率不低于75%，地面分辨率高于0.08m[3]。多數情況下采用1架無人機進行拍攝，并由兩名工作人員操作，包括機長和駕駛員，機長負責規劃航線規劃、配合駕駛員操作無人機，駕駛員負責無人機起降和飛行。傾斜攝影無人機一次飛行時間最好不超過30min，通?？梢垣@取上百張有效影像。

4.2 POS信息數據處理

無人機上搭載傾斜相機，無人機飛控系統存儲POS數據，相片預處理環節中導出POS數據，與影像自動匹配。將其導入到Context Capture軟件中讀取，快速對影像數據初始化定位。

4.3空三加密和點云密集匹配

Context Capture軟件可自動處理空三加密。Context Capture根據傳遞的下視影像、傾斜影像POS信息，對控制點數據空三融合處理，通過區域網整體平差，多視影像密集匹配得到超高密度數字點云信息[4]。實施要點為：

4.3.1根據攝像范圍對空間劃分，分為多個子區域空間，匹配連接點平差計算，自動消除粗差，人工調整點位，構建子區域空間架構，確保精度。

4.3.2整合子區域空間，構成一個完成的地域網絡，再次進行平差處理生成多角度連接點，保持連接點覆蓋整個區域、點位分配均勻，誤差不得超過0.3像素。

4.3.3區域網建設完成后即可在其中加入檢查點、像控點，找出點位在影像中的具體位置。

4.3.4平差計算應加入連接點，通過連接點投射到坐標，完成區域網規劃工作。

4.3.5完成以上操作流程通過空三加密，對相應外方位元素進一步優化，消除影像中的畸變差，之后即可應用到地物3D TIN模型建設中，并提取紋理。

4.4重構三維立體實景模型

構建測區3D立體實景模型需要經過密集點云生成、構建3DTIN模型、紋理自動映射處理三個步驟，構建是核心環節，決定了后續模型質量。在軟件中借助畸變校正功能獲取多時影像，空三處理后得出高精度外方位元素，創建3D TIN影像中，借助多基元、多視影像密集匹配技術，對平面空間網格劃分，自動匹配基元，包括像方特征點、物方特征點等，借助多視影像特征點、成像信息，采用不固定匹配策略，完成密集匹配工作，匹配冗余信息，減少匹配過程中的外部影響因素。通過并列計算方案可保證精度、效率，及時獲得多視影像點坐標，獲取地物高度3D點云數據，通過點云數據即可構建3D TIN模型。進一步優化三角網，匹配三角尺寸和原始圖像分辨率，得出傾斜曲邊變化率數據，簡化地面空間三角網，獲得地面3D TIN模型[5]。借助傾斜影像構建地質災害區域三維模型，可360°展示地質災害區域和周邊場景，勘察人員可多角度觀察地質災害特征，判斷地質災害發生部位的范圍、尺寸、威脅度等。借助軟件量測功能，還可以確定危險物的形狀、坡度、大小、高程信息，讓調查效率和測量精度進一步提升。

4.5自動紋理關聯

完成3D TIN模型建設后進行紋理關聯，主要工作內容是在3D TIN模型基礎上進行紋理圖像配置、貼附紋理。由于傾斜攝影可從多個角度獲取相同地物信息，所以目標影像選擇十分重要。在3D TIN模型中采用線法方程、二維圖像角度，軟件自動配比衡量紋理圖像，紋理圖像夾角越小表示圖像平面平行度越高，紋理質量也隨之提升（3D TIN模型圖像和目標圖像點匹配對應）。在3D TIN模型中計算三角、相片中區域幾何關系，紋理影像中提取地面紋理特征，實現3D TIN模型紋理自動關聯，紋理反向投射繪制真地質模型[6]。整個操作過程中，只需軟件測圖模塊即可直接采集地形要素以及模型表面高程信息，局部需要人工修飾，完畢后即可將3D地形圖導出。

結語

綜上所述，在地質災害調查當中應用傾斜攝影技術，通過多角度拍攝、多角度成像，可以保證信息獲取的全面性、多向性，并且整個流程由軟件自動生成，有效減少了人工干預，所建設的地質災害模型更加直觀，確保了地質災害模型建設精度與建設效率，更好地滿足了地質災害后續防治工作使用需求。并且傾斜攝影技術可以大大降低地質災害3D TIN模型建設成本，綜合效益非常高。如今傾斜攝影測量技術已經成為測繪領域中不可或缺的技術之一，未來還有很大的發展空間。

參考文獻：

[1]薛躍明，黃喆，張鳴之，等；無人機傾斜攝影技術在地質災害調查監測中的應用[J].中國科技縱橫， 2016，（15）：15-16.

[2]孫貴鑫.無人機傾斜攝影測量技術在地質災害調查中的應用簡述[J].中國室內裝飾裝修天地， 2019，（08）：137-138.

[3]鄧志強.無人機傾斜攝影技術在礦山地質災害調查與治理中的應用[J].世界有色金屬， 2020（01）：135-136.

[4]龔善榮，龔建軍，等；無人機傾斜攝影測量技術在地質災害調查中的應用[J].城市建設理論研究（電子版）， 2018（17）：84-86.

[5]鄧念東，代育朝，等；無人機傾斜攝影三維全景技術在地質災害調查中的應用[J].科學技術創新， 2020（14）：46-47.

[6]李楊.無人機傾斜攝影技術在地質災害調查監測中的應用[J].黑龍江冶金， 2018，（03）：35-37.