無人機傾斜攝影測量技術在地災監測中的應用

李晨

貴州省第一測繪院 貴州 貴陽 550025

引言

在進行地質災害的調查工作中，應當對此地區的水文、氣象以及巖層信息實行全方位測量與了解，從而評價當前的地址狀態是否穩定以及日后的發展趨勢，為未來的地質災害的有效預防提供可靠的參考信息。無人機傾斜攝影技術為近些年推出的一種新技術，其綜合了傳統航空攝影和三維地面攝影兩種技術，能夠做到全方位、多角度的成像，解決了傳統正射中存在的缺陷，能更加完整、細致地將真實地理情況予以反饋出來。

1 無人機傾斜攝影測量技術介紹

無人機傾斜攝影測量技術是一種現代化的航拍技術，它通過將傾斜的數碼相機安裝在無人機上，實現對地面物體信息的高效獲取。相較于傳統的直接垂直拍攝方式，傾斜攝影技術能夠避免地物間彼此遮擋導致的采集數據不全面問題，從而提供更準確、詳細的地表信息。目前，這項技術已得到了顯著的發展，并且在市面上出現了各種消費級無人機可供選擇。這些無人機具備先進的導航系統，例如GPS，能夠提供準確的位置信息，確保航拍過程的精準性和穩定性。此外，這些無人機還配備了專業級的運動型相機，具有卓越的穩定性和畫質表現，能夠滿足航拍攝影的要求，確保所采集到的影像數據具有較高的清晰度和圖像質量[1]。

無人機傾斜攝影測量技術目前已經在各個領域得到廣泛應用，并成為三維建模的重要工具之一。在城市規劃與管理中，利用無人機傾斜攝影技術可以快速獲取大范圍的地表數據，為規劃和設計提供參考。在土地測量與勘察領域，傾斜攝影技術能夠實現高精度的地形測量和模型重建，極大地提高了勘察工作的效率和準確性。同時，無人機傾斜攝影技術也被廣泛應用于文化遺產保護、林業資源管理、環境監測等領域，為相關行業提供了可靠的數據支持。

2 無人機傾斜攝影測量特點

無人機傾斜攝影測量技術應用于建立三維模型，具有較高的精確度與真實感，同時具有低成本和快速建模的特點。傳統的測量方法可能需要昂貴的設備和耗費大量時間來獲取準確的模型，而無人機傾斜攝影測量技術能夠以更經濟高效的方式完成這一任務。通過使用該技術，可以獲得高度準確且具有真實感的三維模型，極大地提升了測繪結果的可靠性和實用性。

傳統的測量方法往往受限于觀測點的位置和角度，難以獲取到完整的地物信息。而傾斜攝影技術通過無人機從不同角度和高度進行拍攝，能夠覆蓋更多的地物表面，避免了彼此遮擋的問題，使得所建立的模型更加全面和準確。

借助測量工具和分析功能，研究人員可以輕松地對三維模型進行測量和分析，獲取各種地物參數的準確數值，比如測量長度、面積以及體積等。

相較于傳統的航空攝影，傾斜攝影技術所產生的數據量更少，但卻具有更高的分辨率，這使得它非常適合用于獲取建筑物等復雜結構的表面數據[2]。

3 無人機傾斜攝影測量技術在地質災害監測中的應用

3.1 實施快速調查和制圖

實施快速調查和制圖是現代測繪工作中的重要任務之一，而利用無人機傾斜攝影測量技術實行測量和制圖，相比傳統的測量與制圖形式，具有更多的優勢和便利性。相比起人工測量和制圖，無人機能夠迅速攝得需要的照片，并且可以在需要時進行重復拍攝。此種高效率的拍攝速度大幅提升了測繪的效率，并且能夠快速獲取最新的數據。通過無人機的監測，可以及時獲取災害區域的情況，并對其進行實時跟蹤。這為災后救援工作提供了重要的數據支持，使得救援人員能夠更加準確地了解災情，制定出科學的救援計劃。無人機傾斜攝影測量技術的精確度也十分優秀。比如，六旋翼無人機能夠以71次/s的攝影速度進行航拍，而且精度能夠達到40mm，這在許多應用場景下已經足夠滿足需求。另外，無人機的操作相對簡單，只需要接受簡單培訓，操作人員便能參與測量與制圖工作。在測繪效率方面，無人機在飛行時間為7min的情況下，覆蓋面積可以達到105m2，同時精度也能達到40mm，這對于大范圍的測繪工作來說是非常高效的[3]。

3.2 在監測地質災害中的應用

在進行地質災害的檢測過程中，傾斜攝影測量圖像能夠顯示出地災相關的各方面要素，比如形狀與顏色等，通過與周邊環境特征進行對比，能夠更加清晰地展現災害的特征，進而幫助人們清楚了解地質災害本身，還能夠揭示其與周圍地貌、植被等環境要素之間的關系。特別是在滑坡地質災害的監測中，傾斜攝影測量圖像發揮了重要作用。通過對遙感數據的分析和處理，工作人員能夠清晰觀察到滑坡的形態特征，并準確確定滑坡的范圍和邊界，這對于災情評估、災害范圍劃定以及救援工作的規劃都具有重要意義。最后，無人機傾斜攝影測量還能夠揭示因山體滑坡而產生的陡峭山脊、地形不平等特征，通過分析傾斜攝影測量圖像中的地形信息，可以更好地認識山體滑坡的變形特征和發展趨勢，為地災監測與救援方案的制定提供科學依據。

3.3 在地質災害監測調查和評估中的應用

無人機傾斜攝影測量技術能用來采集地質災害區的圖像信息，包括高分辨率圖像、視頻和點云等多種類型的數據，整理形成目標地質狀態的平面與三維圖像，這些圖像能夠直觀地反映地表、地下水位、地下巖體等信息，為地災的風險評估提供基礎數據。同時，為了更好地表現地貌，此技術還能夠結合多光譜和熱紅外數據進行分析，以便更好地識別地災隱患點。結合植被破壞情況以及其他地質狀態，利用GIS技術形成專題圖，進而能夠更清晰地反映地質災害產生的原因和程度[4]。這些專題圖還能夠為相關部門提供決策支持，例如確定建設地質災害預警平臺和決策支持系統、優化應急救援資源配置等。通過定期監測、回顧分析、評估風險以及提供有效的決策支持和指導，無人機傾斜攝影測量技術可為地質災害應急管理提供更加科學的依據[5]。

4 無人機傾斜攝影測量技術的應用實例分析

4.1 試點區域選擇

貴州省興仁市是該省地災發生較為頻繁的地區，此次試點選取的是該市潘家莊鎮褚皮田村褚皮田組一處地災風險點實施調查研究，由于此位置地形較為復雜，高低落差大于600m，對航空攝影測量具有非常高的要求，而且現場存在嚴重的塌方與裂縫痕跡，隱患頗大，同時還具備貴州省山區滑坡地災點地形復雜的地災特點，較為典型，存在較強的研究價值。

4.2 試點區域概況

該地山腳居民區處于山體下方和臺地過渡的地帶，微地貌呈面狀坡，前側分布著水田、旱地，后側則是斷頭山。在斷頭山的下方是堆積體，此堆積體處于山體的中間地帶，坐落在居民區后側斜坡的上方，堆積體坡腳邊緣和居民區后側緊挨著第一級斜坡頂，中間是一處較為平緩的旱地，居民區后方斜坡屬于土質斜坡，在2006年5月份出現過一次小型滑動。滑坡體與原滑坡厚壁構成上質陡坎，在降雨的影響下存在滑坡的可能，使得該片居民區住戶面臨著較大的安全隱患。山腳居民區處于滑坡體的威脅區域內，隱患點的具體情況為：①地理坐標，東經105°07'07"，北緯25°35'11"；②行政區劃，興仁市潘家莊鎮堵皮田村；③災害類型，滑坡；④規模，2016000m3；⑤災源體規模，大型；⑥威脅對象：褚皮田村褚皮田組山腳居民區；⑦險情等級，中型；⑧災源體與受威脅對象相對空間關系，居民區位于滑坡體前沿山腳；⑨災源體現狀穩定狀態：不穩定；⑩變形階段：休止；?災源體工程治理適宜性：不適宜；?防治對策：整村搬遷避讓；?威脅區人員及財產：69戶246人，1380萬；?撤離方向：東側；?發展趨勢：不穩定；?有無快速變形可能：有快速變形可能；?緊急情況時撤離預案：所有居民區范圍沿道路向東側撤離，最終全部撤離至下褚皮田平緩安全區域。然后由政府組織撤離至安置區，特殊人員由具體包保人員組織撤離。

4.3 試點工作內容

使用無人機傾斜攝影測量技術對興仁市潘家莊鎮褚皮田村地災點進行調查，實現高精度實景三維模型的構建。

使用物聯網、GNSS技術，實時網絡接通GNSS位移檢測器與高清監控設施的位移、現場圖像資料等各方面信息，再使用大數據技術，綜合現有三維模型、高清影像、責任區劃分等矢量信息，實現對當地地災管理平臺的建設。

進行實時預警、動態監測地災管理服務模塊的構件，提供智能化感知、評估與管控的功能。

4.4 技術路線

4.4.1 生產流程。該試點項目的傾斜攝影測量采用仿地飛行方式，按照無人機采集到的地形數據調節飛行高度，保障對地的恒定高度差，建設出高精度的精細化模型。

4.4.2 數據發布與平臺框架搭建。該試點項目使用GeoServer、StampGIS分別發布二維與三維數據，并存儲在PostGIS數據庫內，平臺整體框架以政策標準與制度安全兩大機制作為基礎，按照基礎設施層、數據層、平臺層等依次實施，基于基礎數據庫，構建出興仁市地災一張圖管理系統，同時在這一基礎上創建了綜合三維應用、在線數據實時分析、系統運維監督管理、服務運維監督管理等多項模塊。

4.5 試點完成情況

此項目在內業與外業方面一同投放了技術人員10人，耗時長度為一個月，完成的工作任務有興仁市潘家莊鎮褚皮田村地質災害航空攝影、高精度實景三維建模、物聯網數據接入、平臺數據發布與測試等。

2022年7月，地災管理平臺正式投入使用，平臺中融入了地形實景三維底圖、二維專題底圖以及地災管理平臺等實景三維成果，有效使用物聯網動態監測視頻與GNSS位移檢測儀等裝置，構建了全天候預警、動態監測地災隱患的管理服務模塊。當前，已經為該市重要的地災預防工作提供了可靠的三維數據底板服務和技術支持[6]。

滑坡監測建模和智能預警系統是從地災預防治理的基礎工作入手，基于對各時間階段邊坡幾何信息的迅速、準確采集，再加以比較分析，判斷邊坡是否存在滑坡風險，做到對地災（滑坡事故）的動態監測與自動化預警，最大化降低地災給人民生命財產帶來的威脅。

5 結束語

無人機傾斜攝影測量技術在地質災害的監測領域應用尚為初期發展階段，更加深入的應用有待繼續探索與優化?；趯Υ思夹g的合理應用，能夠實現對數據的自動化處理，且具有較高的機動性、分辨率，不過也容易發生偏離目標與定位錯誤的問題，所以，每次測量結果的質量相對不夠穩定。為了獲得更加完整可靠的信息數據，應當從多個角度進行拍攝，以此取得最優效果。同時，無人機雖然體積比較小、自重較強，但是在飛行期間穩定性較差，為此，需要對其硬軟件進一步升級改造，提升其實用效果。