傾斜攝影實景三維建模在邊坡精細化測圖中的應用

侯智軍

（中國人民解放軍91053 部隊，北京 102202）

1 概述

地質災害是指不良地質現象，在自然或人為因素作用下對人類生命財產、環境造成破壞和損失的地質作用，直接或間接危害人類安全，給社會和經濟建設造成損失[1-2]。邊坡治理是為保證邊坡及其環境安全，對邊坡采用的支撐加固與防護措施，是一項技術復雜、施工困難的災害防治工程。近年來，隨著工程項目的日益增多，邊坡治理問題越來越突出。

地質災害預防與邊坡治理需要更精細的地形圖（如1∶500），由于邊坡區域大比例尺地形圖靠常規測量手段難以獲得，使用的都是較小比例尺地形圖（如1∶5000 或1∶1 萬），很多與地形相關的細節難以得到［3］。近年來，無人機傾斜攝影技術快速發展，已成為實景三維建模的主要手段。實景三維模型場景自然逼真，立體感強，可全面表達邊坡整體，真實構建地形的細微突出部分。在實景三維模型上進行地形精細化測圖，可為地質災害與邊坡治理提供數據支撐。

2 傾斜攝影實景三維建模邊坡精細化測圖流程

傾斜攝影實景三維建模邊坡精細化測圖流程如圖1 所示［4］。

圖1 傾斜攝影實景三維建模邊坡精細化測圖流程

（1）測區控制點精度符合要求及補增控制點施測，提供合格的控制資料。（2）采用多鏡頭數碼航攝儀系統，實施優于0.03 米地面分辨率的航空攝影。（3）通過空三加密計算，生產實景三維模型，并制作正射影像圖。（4）利用DLG 套合影像進行外業調繪、補測、編輯處理，制作邊坡區域精細數字線劃圖（DLG）。（5）對數字線劃圖進行質量檢查，提交成果資料。

3 實例結果與分析

3.1 測區概況

測區位于遼寧省大連市郊區海邊，危巖體分布較分散，最大面積約25000 平方米，下部為居民生活區。邊坡危巖體經常年自然風化和侵蝕，部分巖石風化、松動、脫落，嚴重影響人們日常生產生活，對人民生命財產安全造成影響。邊坡航拍照片如圖2 所示。

圖2 邊坡航拍照片

現有地形圖如圖3 所示，比例尺為1 ∶2000。危巖體有兩個區域，本次實驗區主要針對較大區域范圍。

3.2 航飛數據獲取

3.2.1 航飛設備

飛行平臺采用大疆無人機，無風條件下水平飛行速度70 km/h，最大飛行海拔為6000 m。航攝儀采用國產的五鏡頭傾斜相機，正射相機焦距為25 mm 定焦，傾斜相機焦距為35 mm 定焦。

圖3 現有地形圖資料

3.2.2 飛行計劃

測區面積約0.2 km2，為保證測區內重疊度，飛行需外擴飛行高度200 m，飛行總架次2 架次，獲取測區的無人機照片108 張，飛行時間約25 min。圖4 為無人機航拍圖片的分布與危巖體的實景三維模型。

圖4 測區無人機航拍圖片分布與實景三維模型

3.3 數據處理

將實景三維模型導入南方CASS 3D 軟件，采集1∶500 比例尺的地形數據，套合在已有地形圖上，效果如圖5 所示。外業實地RTK 測量部分危巖體特征和周邊地形地物等數據，記錄各特征點的平面和高程數據，及每個點對應的實地點位記錄，通過與三維模型上提取的對應點三維坐標對比，檢查平面和高程數據質量，進行精度評定。綜合各危巖體精度來看，平面最大中誤差為0.2 m，高程中誤差為0.2 m，按《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖航空攝影測量數字化測圖規范》要求，平面和高程中誤差符合要求。數據表明，無人機傾斜攝影生成危巖體數字線劃圖滿足規范要求，且成圖速度較快、精度較高。

3.4 優勢

本文將傾斜攝影實景三維建模用于邊坡精細化測圖，進行邊坡治理和地形圖實時更新，項目精度和質量均滿足規范要求，證明了該方法在邊坡監測治理中的可行性和可靠性。無人機傾斜攝影實景三維建模的主要優勢有：

（1）外業投入人力和時間、調繪工作量大大減少。

圖5 邊坡地形精細化測圖成果

（2）針對邊坡治理和監測，采集信息非常全面，可隨時針對監測模型變化和治理方法采集必需的外業數據［5］。無人機傾斜攝影能對邊坡全方位觀測，獲取巖石頂部及側面的風化信息，通過多維度危巖體風化呈現特點掌握邊坡整體程度，評估危巖體毀壞程度。

（3）巖石危巖體邊坡受自然因素影響，通常人員難以到達，常規測量手段較難獲取地形數據。采用無人機獲取數據現勢性強，更新快，不同時間獲取的傾斜影像構建的實景三維模型，能顯示危巖體變化，便于對比。利用三維實景模型，在危巖體治理時能逼真、準確、全面地顯示危巖體現狀，還原真實的危巖體狀態。

4 結論

本文結合實例提出了基于無人機傾斜攝影測量技術的實景三維建模方法，該方法能全方位動態獲取邊坡精細化測圖數據，反映真實地物地貌，大大提高生產效率，能更好地服務地質災害治理、危巖體分析與邊坡加固項目。目前，該方法對于植被覆蓋區域有限制，需結合其他測繪方法，如機載激光雷達掃描技術。