王浩

(天水三和数码测绘院有限公司,甘肃 天水741000)

公路地质灾害识别是公路防灾减灾业务的重要工作,更是公路全生命周期管理中不可忽视的必要环节。全国发生危害公路交通设施的地质灾害频起,对经济和人民生命造成直接及间接的巨大损失。因此建设一套公路地质灾害识别体系可以安全高效的提出地质灾害预警,填补国内公路预警技术体制的空白。传统的勘察设计手段已经无法满足新形势下的公路工程建设需求,在勘察设计、施工建设、后期运营各阶段中,迫切需要对工程具有重要影响的不良地质体进行实时查看和判别,以减少地质灾害对公路施工及后期的影响。

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术,该技术目前在欧美等发达国家已经广泛应用于各个行业。但是,在我国仍然存在较大的空白,倾斜影像技术的引进和应用,可以使目前高昂的三维建模成本大大降低。无人机遥感系统具有成本低、速度快、易操作等优势,已广泛应用于环境监测、生态农业、灾害应急与三维重建等领域中[1-3]。

利用无人机搭载倾斜相机,对地质灾害地区进行航拍,获取原始影像,通过三维建模软件对原始影像数据进行处理,获得实景三维模型,通过在三维模型上测量及评估,结合地质专家意见,得到该地质的灾害预警信息。同时还可以给设计提供参考,并指导任务区域的施工及后期运维情况。

1 整体方案

1.1 整体构架

传统摄影测量采用下视摄影,这种摄影方式可以很好的观测到地表和被摄物体顶部的特征[4]。倾斜摄影测量的采集方式是使相机安装与地面呈一定的夹角,这样可以更加完整的采集到被测物体的侧面纹理信息,最终生成的模型信息更加丰富,结构更加完整,纹理更加真实。

1.2 硬件设备

项目所用无人机为六旋翼无人机,无人机技术参数如表1 所示。操作人员根据地面站提示,选择对应的相机型号,框选作业区域,软件自动形成航线,操作人员根据实际情况调整航线至合理,输入飞行比例尺,软件自动计算出飞行高度及航程和时间,然后设置好各项应急保护参数,最大程度的保证飞机在多种不定因素下的安全。

表1 无人机技术参数

2 数据采集及处理

2.1 流程简介

某项目地处云贵高原与四川凉山接壤地带,位于川滇南北向构造- 小江断裂带之东缘与其东侧的北东向构造的结合部位,路线走廊带滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发育,该项目在勘察设计、施工建设以及后期的运营阶段中针对各种不良地质体的判识、风险评估、稳定性计算以及处置措施等问题亟待解决。

图1 测区影像空三提点后点云及像控点分布图

图2 技术流程

2.2 航飞方案

如图1 所示,该地高程起伏落差大,测区高程最低点海拔625m,最高点海拔1293m,为了获取0.05m 以下的高精度三维模型,无人机航飞相对高度设置为180m,测区高程落差668m,大于无人机的航飞相对高度180m,导致不能采用同一航飞高度航飞完整个测区,要对测区进行不同高度的分层航飞。图1 中绿色航带为分层航飞的分布情况。像控点布设应均匀分布在整个测区,测区最高点最低点及极高点极低点均需要加布像控点。最后通过三维建模软件进行空三,得到图1 的测区影像空三提点后点云,导入像控点坐标并进行像控点标记及空三平差,得到图1 黄色圆圈状的的像控点分布图。

采用无人机搭载倾斜云台进行航飞,获得的原始倾斜照片采用三维建模软件快速建模,获得的实景三维模型在三维模型基础上进行测量,得到大比例尺地形图,同时可以测量坡度距离等信息,同时可以直观看到地质情况,得到结论,给设计提供基础资料。

2.3 系统优势

利用无人机对目标区域进行航飞,无人机作为先进的生产工具和作业手段,与传统勘测方式相比较具有多方面优势：

2.3.1 精度高。目前无人机所搭载的专业单反数码相机,有效像素优于6 千万像素,通过计算,航飞地面分辨率优于0.05m,搭载在无人机上所拍摄的高清晰度数码航片经数字化处理后,可以快速的生成实景三维模型,并绘制出精确的大比例尺的地形图。

2.3.2 快速。无人机航飞相比于传统人工建模获取数据更加快速,不用再用传统的测量手段进行逐点测量。

2.3.3 直观性。获取的三维实景模型从地物信息及颜色形态都跟实际对应,得到的三维实景模型更加直观与真实,同时还可以直接在模型基础上进行量测[5]。

2.4 最终成果

通过三维建模软件对原始数据进行处理,得到OSGB、OBJ、FBX 等等多种格式的实景三维模型,为该项目最终实景模型成果,可以在多种三维平台进行浏览和测量。三维平台可以对实景三维模型进行加载、测量,近而得到地质体的几何特性。

3 地质灾害中的应用

3.1 地质灾害简介

我国地质灾害频发,损失巨大,其中常见的地质灾害有山体滑坡、泥石流、堰塞湖、岩石崩塌、地裂缝、道路塌陷等等。高速公路修建时途径路段采用三维倾斜摄影,对地质灾害进行一个预判,可以减少损失,提升综合防灾减灾能力,保障国土安全。同时,对整个地形进行航飞,可以解决困难地区人员无法到达现场以及危险地区人员勘察困难的难题,可以轻松在室内对地质灾害区域进行识别及预判。

3.2 技术路线(图2)

在实景三维模型的基础上,通过三维地理信息系统软件进行加载,由于目前模型精度可优于0.05m,可以直接在模型上非常清楚看到项目区地表的地质构造,同时可以用测量工具对裂缝进行测量,在模型上,人工对地灾点进行不良地质体的判识并标注,地表覆盖情况可以完整体现并提供报告素材,最后进行风险评估、稳定性计算以及处置措施。

3.3 倾斜摄影应用在地质灾害的优势

改进了传统二维地图识别解译方式,使二维平面走向三维立体,实现了公路地质灾害可视化,建立自动化的地质灾害风险分析与预测模型系统,取代以往需要专家到现场判别地质灾害预测模式,实现高效化、数字化、自动化的公路地质灾害协同预判。

4 结论

本文针对无人机对地质灾害区域进行航飞及三维建模方式进行详细介绍,包括无人机的优势和操作的便捷性,并概括了三维模型的优势,同时详述了倾斜摄影的航飞过程和数据处理的简易流程。最后列举地质灾害类型及倾斜摄影在地质灾害中的应用,通过人工判别地质灾害,对地质灾害进行预警分析,倾斜摄影技术是现在公路地质灾害区域勘察以及设计不可缺少的手段。