基于無人機攝影測量的滑坡災害精細化調查

摘要：針對傳統地質災害勘查的局限性，文章提出一種基于無人機攝影測量的精細化三維建模方法，并將其應用于某滑坡災害區域的調查。通過構建高精度三維模型，實現了對山體表面紋理的深入解析和危巖體生長狀態的實時監測，有效提升了地質災害勘查效率和安全性。

關鍵詞：無人機攝影測量；滑坡災害；三維建模；精細化調查；地質勘查

中圖分類號：TP311" "文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）08-0090-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

傳統地質災害勘查方法在復雜山區環境下存在安全風險高、效率低等問題。無人機攝影測量技術以其高效、安全、低成本等優勢，為地質災害精細化調查提供了新的手段。本文研究基于無人機攝影測量技術，構建滑坡災害區域的高精度三維模型，以實現對災害體的精細化調查和監測。

1 研究技術流程

基于無人機攝影測量的滑坡災害精細化調查技術流程主要包括：外業資料收集、空域協調、現場踏勘、航線設計和像控點采集和內業三維實景模型重建生產DSM、DOM和DLG成果，并進行質量檢查與產品提交。具體技術流程如圖1所示。

2 數據采集

2.1 數據采集設備

數據采集設備主要包括采集影像的飛行平臺、相機和采集像控點的GNSS設備，其設備參數如表1所示。

2.2 數據采集方法

2.2.1 像控點外業布設

時間要求：像控點標志的噴涂必須在航攝前完成，且與航攝的時間間隔不能太長，必須保證在航攝時像控點標志要保存完好。像控點標志噴涂要求：當地面無明顯的標志時，采用在硬化地面上用油漆噴繪“L”符號的形式。像控點布設要求：標志必須布設于不易破壞的地方，至少在航攝完成之前保持完好、清晰。標志必須涂在四周平坦的地面上，且四周不能有高大的建筑物，如樹、房屋等，必須保證布設的標志不被遮擋。像控點標志噴涂位置在像控點布設圖上標明，根據實際地物的變化情況可以適當移動，但移動的距離不能大于20米。布設結束后拍2～3張照片，用于說明布設像控點的位置，照片以布設的點號命名。建筑物密集的城區，地面選點易被遮擋，可布設在平屋頂上。

2.2.2 像控點坐標測量

像控點測量采用網絡GNSS-RTK連接甘肅省CORS進行測量，將GNSS接收機通過三腳架對中、整平測量，每個控制點測量三個測回，每個測回不少于10次，三個測回平均值作為控制點的最終坐標。平面坐標分量較差不超過2 cm，垂直坐標分量較差不超過3 cm時，方可采用。觀測時量測每一點的天線高度，并正確輸入每一站的天線高，確保每點觀測成果的正確可靠。觀測時盡量使天線水平氣泡居中并保持穩定。實地觀測時每點應作相應記錄。對于布設了像控點標志的，在標志的“L”形內角點處測量；未布設像控點標志的選擇地面特征點處測量。像控點編號以“地區名稱首字母縮寫+2位數字”形式編號，如隸屬于工作測區的控制點命名為xk01、xk02……，同一測區無重號。像控點的平面精度要求能滿足圖根測量精度指標。平面控制點或平高控制點相對鄰近基礎控制點點位中誤差不大于5 cm。高程控制點和平高控制點相對鄰近控制點的高程中誤差不超過10 cm。

2.2.3 航線布設與實施

航線飛行方向一般設計為東西方向。特定條件下亦可按照地形走向或專業測繪的需求，設計南北向或沿路、河流、海岸、境界等任意方向飛行。由于本區域植被茂密，山體走向多變，高差幅度較大。本攝區航線布設航線角度應垂直于山體，可保證高程突變處點云數據采集效果。航向重疊度設計為75%；旁向重疊度設計為30%。根據無人機的性能選擇起降場地和備降場地；另外須掌握氣象情況，飛行時風力不大于5級；根據設計好的飛行計劃進行航空攝影，并根據可能出現的緊急情況制定應急預案。

航攝過程中出現的空洞、拉花和變形須及時進行補攝?？斩囱a攝必須按原設計航跡進行。補攝航線的長度應滿足用戶區域網加密布點的要求。

對于不影響內業加密選點和模型連接的空洞及變形（如云、云影、斑痕等） ，可只在空洞處補攝。補攝航線的長度應超出空洞外一條基線，并應采用同一主距的數字航攝儀進行補攝。

3 數據處理

在外業航飛結束后，將航飛攝影成果提交內業作業組進行內業數據處理，采用飛馬無人機管家和ContextCaptureCenter 進行數據處理得到正射影像和三維模型數據。

3.1 數據準備

數據處理前應對航飛成果進行具體的檢查，滿足要求時才可進行下一步工序，具體檢查項目如表2所示。

3.2 三維模型的生成

首先在飛馬無人機管家的智理圖模塊中解算pos數據，得到2 000國家大地坐標系下的pos數據。然后將捕獲的圖像資料輸入至ContextCapture Center軟件中，設置飛行相機感光元件的尺寸、鏡頭的焦距以及POS信息等參數信息。接著進行第一次空中三角測量。在完成第一次空中三角測量后，引入像控點，并對圖像進行像控點的標記，也就是在“Control Points”選項卡下執行像控點標記操作。確保每個有效的控制點集合至少包括三個控制點，并且每一個控制點至少在兩張圖像上進行了點標記。在數據導入及參數設置完成后，將空中三角測量任務提交處理。

通過分析空中三角測量的計算結果，可以得到：無論是平面坐標還是高程，其誤差都在標準允許的范圍內，本次航空攝影的數據質量滿足項目對于數據質量的設計標準。像控點結算精度統計如圖2所示。

最后，空三解算完成后，在ContextCapture Cebter中提交新的任務，選擇生成OSGB格式的三維模型和DOM正射影像。

3.3 基于實景三維模型的矢量采集

實景三維模型的矢量采集，實際上是對模型輪廓的矢量繪制。矢量采集和編輯使用的是Global Mapper軟件和CASS11.0軟件。其中DEM高程數據采用Global Mapper軟件進行處理生成等高線數據。利用CASS11.0軟件，對可見光影像數據進行二、三維融合的測圖作業，通過分屏技術同時展示正射影像與三維模型數據，并確保它們同步顯示。這種方法能在二維或三維視圖下進行地形圖的測量工作，輸出的成果包含了地形圖中的建筑、道路等元素的矢量信息。在二維或三維界面中，對各類地物特征點或線進行采集，并利用地物自身的幾何特征及其相互關系來繪制地物圖形。地貌數據的獲取，得益于三維模型中的高程信息，通過在模型表面選取高程點來實現。完成矢量數據的采集后，進行編輯和美化處理，以生成最終的地形圖產品。地形圖成果如圖3所示。

對地形信息進行采集的同時，按照圖式要求，對實體以專門的符號進行表示，需要加以注記的按照規定的注記方式進行注記并分層存放；采集范圍應超出作業范圍外10 mm，但距影像邊緣不應小于10 mm；采集依比例尺表示的地物時，切準輪廓線連線；采集不依比例尺地物時，切準地物相應的定位點或定位線；地貌用等高線表示，地貌繪制時先測注地形特征部位的高程點，高程點間距不宜大于30 m。

3.4 外業調繪

外業調繪應在電子地圖上直接標繪，也可采用放大像片進行，并對內業成圖進行全面的實地檢查、修測和補測；調繪范圍應調繪出測圖范圍外10mm，并不應存在空洞；調繪不應分割主要的建筑物；調繪內容應按現行圖式圖例在調繪片上表示，常用的、重復次數多的符號可簡化，大面積的植被可用文字注記；地物與地貌的類別、屬性應以調繪為準；位置、形狀應以立體模型為準；調繪建筑物時應以影像為準；調繪完成后，應進行調繪片之間的檢查。

4 成果分析

根據國家技術標準的相關檢查、驗收的基本規定，對本項目測繪產品一級控制點、1∶2000、1∶1000、1∶500地形圖繪制等實行二級檢查，即項目人員自檢，再由質量管理辦公室組織二級檢查，其檢查驗收與質量評定結論如下：布點方案正確、結構合理、埋石牢固可靠；儀器設備工具，檢定資料齊全，觀測成果精度較高，各項觀測精度均符合規范規定。成果資料符合要求，平差軟件使用正確，計算資料齊全。地形數據精度達到規范要求。按國家技術標準“《測繪成果質量檢查與驗收》（GB/T24356-2023） ”規定的單位產品質量等級的劃分標準，本項目測繪產品符合規范要求。

5 結束語

基于無人機攝影測量的滑坡災害精細化調查，本文從外業無人機影像數據采集到內業三維實景模型的重建，生產效率較高、構建的模型精度較高，該方法對地質災害的預測和預警提供了重要的參考數據，對今后地質災害應急指導工作起到較大的作用。

參考文獻：

[1] 麻萬金，俞倩.精細化貼近攝影測量技術在地質災害調查中的應用[J].測繪與空間地理信息，2024，47（10）：164-166.

[2] 劉琴.空地一體精細化三維建模技術在地質災害調查中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2024，47（10）：171-173.

[3] 閆俊，張云衛，袁曉路，等.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[J].工程建設與設計，2024（3）：133-135.

[4] 郭晨.基于機載LiDAR技術的植被覆蓋山區地質災害識別方法研究[D].成都：成都理工大學，2022.

[5] 陳巧.無人機攝影測量技術在滑坡應急調查中的應用研究[D].成都：成都理工大學，2022.

【通聯編輯：梁書】