無人機攝影測量技術在高位危巖地質災害精細化調查中的應用

閆俊，張云衛，袁曉路，麥松鋒

（湖北省地質局第五地質大隊，湖北 鄂州 436000）

1 引言

近年來，無人機近景攝影測量作為一項新技術，能夠實現大范圍高分辨率圖像的快速采集， 在地質災害調查研究中得到了有效應用。 特別是對于西南山區存在很多高位危巖地質災害的高陡山坡， 傳統的地質調查手段已無法滿足該類地質災害的調查需求[1]。 而無人機攝影測量技術憑借其非接觸、高精度、高效率的優點，已經廣泛應用到地質調查領域，特別是對于山區高位危巖地質災害的調查， 受到地質工作者的喜愛和推廣，為高位地質災害的調查技術提供了新的解決方案。

2 研究區概況

該危巖帶位于興文縣周家鎮洛浦村3 組高陡崖壁上，地貌類型為構造侵蝕、溶蝕中山地貌，整體坡向約165°，地形總體趨勢傾向呈南西向；陡坡上部近于垂直，中下部為崩塌堆積體，坡度為30°～50°；危巖帶頂部高程1 002～1 102 m，底部高程900～1 002 m。 該危巖帶總長約320 m，平均高120 m，危巖平均厚度約15 m，體積約5.7×105m3，屬大型崩塌。 危巖帶出露地層為三疊系下統飛仙關組（T1f）紫紅色薄層-中厚層砂質泥巖夾青灰色泥質灰巖，風化裂隙較發育，巖層產狀260°∠8°。

3 無人機攝影測量技術

3.1 無人機設備參數

選用1 臺大疆AIR 2S 和1 臺大疆M300 RTK 無人機進行組合作業，前期采用大疆I AIR 2S 觀測調查區高壓線、錄制崩塌體實況和采集全景數據，外業數據采集上，采用飛行性能強大的M300 RTK，搭載DJI P1 鏡頭進行作業。航測結合千尋基站定位信息，定位精度優于1 cm。無人機內置厘米級導航和定位系統，具有支持RTK 和PPK 高性能成像系統，精度達厘米級，外業操作簡便，內業成圖快捷。

該危巖帶屬于典型的高位危巖，危巖單體數量多、分布范圍廣、地形復雜、高差大。測量任務重、時間緊、精度要求高。綜合考慮項目成本等因素， 將該無人機應用到本次危巖精細化調查工作中，其參數見表1。

表1 無人機及鏡頭參數

3.2 傾斜攝影測量技術

傾斜攝影測量技術通過5 個角度對地面情況進行拍攝，獲得三維數據， 客觀地再現地物的外觀、 結構以及高度等屬性，彌補了傳統遙感技術測量的不足，使傾斜攝影測量技術應用更為廣泛[2-3]。 其測量的數據帶有空間位置信息和各種影像數據，同時還可以輸出DSM、DOM、DLG 等數據成果，為地質災害的解譯和提取提供便利。

3.3 無人機工作流程

3.3.1 確定航測調查環境

通過實地踏勘觀察， 危巖測區范圍內植被主要以雜草灌木為主，植被總體較低矮，危巖所處陡崖基巖裸露，附近電線分布稀疏，滿足無人機對危巖進行航測的條件。

3.3.2 航跡規劃

該危巖山體面積約32 000 m2，測量面積較大，山頂標高最高海拔約1 102 m，危巖所在陡崖相對地面高差540 m，因此，根據航跡規劃軟件，設置本次航飛相對高度為600 m，選擇坐標系，設置照片比例尺為1∶2 500，點選8 個邊界點生成測繪區域；自動規劃航線，航線為弓字形路線，共7 條航帶，線路航向與山體延伸方向平行；設置覆蓋度航向80%，旁向70%。 拍攝前需要進行像控點的布設，分別于危巖所在山體下方道路上共布設3 個控制點， 并采用RTK 進行控制點坐標的精確測量。

3.3.3 航拍作業

該危巖總體分布較寬，危巖所在陡崖高差大，選擇的大疆M300RTK 是一種四旋翼智能無人機，航測按照規劃航線對危巖數據的采集和攝影， 從多個多角度去完成對覆蓋危巖的拍攝，實現精細化測量的目的。

4 危巖正射影像與傾斜三維模型

根據無人機航測數據，生成危巖航測區的正射影像圖，能夠從俯視角度呈現危巖與威脅對象的平面關系， 同時清晰地反映了危巖、 崩塌堆積體的平面范圍和距離威脅對象的水平距離。

通過航拍影像數據處理可生成危巖區的傾斜三維模型，該模型真實客觀地反映了危巖區的地形地貌、植被特征、威脅對象等位置關系。 該傾斜三維模型總體長800 m，寬1 000 m，如圖1 所示。

圖1 危巖傾斜三維模型

5 高位危巖精細化調查統計

5.1 高位危巖基本特征的精細化測量

通過模型處理軟件的測量功能， 在模型上對危巖體進行尺寸的量測，可以快速準確地獲取高位危巖體的長、寬、高、厚度、面積等幾何基本特征參數，同時還能夠快速計算出危巖體的體積，實現對高位危巖的快速精細調查[4-5]。

5.2 高位危巖控制結構面的測量

可通過內業軟件對危巖節理裂隙的長度、間距、產狀進行快速精準測量， 為高位危巖的結構面測量統計提供快速精準的解決方案。

5.3 高位危巖典型剖面的快速生成

根據對危巖結構面產狀的測量和統計， 生成結構面赤平投影圖。 根據圖2 可知，控制危巖穩定性的因素主要為3 組節理，分別為巖層的產狀260°∠8°、與邊坡平行的后緣裂隙133°∠68°，以及節理①349°∠80°、節理②227°∠13°。 節理將巖體切割成塊狀，隨著地震等作用，危巖體將會出現更多的裂隙或崩落。

圖2 火燒巖危巖典型剖面圖

該典型剖面長650 m，相對高差220 m，剖面根據實景三維模型生成，準確反映了危巖區典型的地形特征，具有快速、準確的特點。

6 結語

目前，無人機攝影測量技術已經被廣泛應用到地質災害的調查工作中， 無人機攝影測量技術和地質技術整合在一起，更加便于調查與結果的一體化集成，實現調查統計的更高效化。 同時，將激光雷達技術與無人機技術更好地結合，解決地表植被覆蓋問題， 將對危巖的測量和調查產生更大的價值。