傾斜攝影三維模型在生產建設項目水土保持監測中的應用

摘" 要： 為提升祁連山地區黑河流域生產建設項目全過程水土保持監測水平，選取黑河干流首座控制性調蓄工程——黃藏寺水利樞紐工程，應用無人機傾斜攝影測量技術，構建了高精度的棄渣場實景三維模型，在此基礎上計算了棄渣量、棄渣高度、擋墻高度等指標，同時結合無人機正射遙感影像對棄渣場擾動面積及水土保持工程措施進行了解譯計算，最后通過對比水土保持方案中棄渣場各指標的設計值，對水土保持措施落實情況進行了評價。結果表明：通過傾斜攝影測量技術構建的實景三維模型可精確計算棄渣場的各項水土保持措施指標，黃藏寺水利樞紐工程項目施工過程中實施的水土保持措施量基本符合水土保持方案設計值，土地擾動面積和棄渣量均在設計值之內。

關鍵詞： 傾斜攝影；水土保持；監測；黃藏寺水利樞紐工程

中圖分類號： S157" 文獻標識碼： A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.02.014

引用格式： 王璽圳，程紅剛，曹雪峰.傾斜攝影三維模型在生產建設項目水土保持監測中的應用：以黃藏寺水利樞紐工程為例［J］.中國水土保持，2025（2）：47-49.

收稿日期：2024-03-28

基金項目：陜西省重點研發計劃項目（2022ZDLSF02-09）

第一作者：王璽圳（1993—），男，陜西西安人，工程師，碩士，主要從事水土保持監測、信息化監管工作。

通信作者：曹雪峰（1978—），男，陜西鳳翔人，高級工程師，碩士，主要從事水土保持監測、信息化監管工作。

E-mail： 179422886@qq.com

傳統生產建設項目水土保持監測多采用定位觀測和實地調查的方式對項目擾動區域進行水土保持監測。在新時代水土保持工作的要求下，無人機遙感技術的應用在提高監測工作效率、提升監測結果直觀性方面相比傳統監測手段具有無可比擬的優勢［1-3］，而現階段多采用無人機全景或正射影像對生產建設項目進行監測［4-5］，此方法只能反映地面監測對象的面積、長度等信息，無法對三維物體體積進行有效測量［6-7］。本研究在常用的無人機遙感監測方法基礎上拓展使用傾斜攝影測量技術，構建高精度棄渣場實景三維模型，對黃藏寺水利樞紐工程開展水土保持監測，以期為強化水行政主管部門水土保持監測工作提供參考。

1" 研究區概況

1.1" 地理位置

黑河黃藏寺水利樞紐工程位于青海和甘肅兩省交界的黑河上游峽谷，河段左岸是甘肅祁連山國家級自然保護區，右岸是青海祁連山省級自然保護區，水土流失防治責任重大。

1.2" 氣候及植被

受青藏高原氣候影響，項目區氣候類型為高寒半干旱氣候。壩址海拔在2 500 m以上，多年平均降水量400 mm，其中6—9月降水量占全年降水量的78%；多年平均氣溫0.7 ℃，極端最低氣溫－31.1 ℃，極端最高氣溫30.5 ℃。天然喬木林主要樹種為青海云杉、祁連圓柏、青楊，灌木樹種主要為沙棘、高山柳。山地陽坡多為山地草原和灌叢，河谷地區主要為耕作區，種植小麥、青稞、豌豆、油菜等農作物。

1.3" 棄渣場概況

項目共設計有5座棄渣場，其中1、3、4、5號棄渣場級別為4級，2號棄渣場為3級；1、2號棄渣場為庫區臺地型棄渣場（見圖1），3、4、5號棄渣場為溝道型棄渣場。綜合棄渣場級別、重要性和安全性等因素考慮，本次研究選取設計堆渣量最大的2號棄渣場為研究對象。

2號棄渣場位于黑河右岸，設計占地面積11.72 hm2、棄渣總量116.02萬m3，棄渣場堆高20 m，高程范圍為2 563～2 583 m，堆渣邊坡比降為1∶2。施工期可過水，為保證棄渣場在施工期穩定，防止棄渣造成河道淤積，除設計鉛絲石籠攔擋外，還在棄渣場坡面及頂面周邊5 m范圍內采取干砌石護坡措施，護坡厚度0.3 m，干砌石護坡工程量7 273 m3。

2" 研究內容及方法

2.1" 基于傾斜攝影生成棄渣場三維模型

利用傾斜攝影測量技術采集2號棄渣場擾動范圍的無人機影像。飛行任務于2023年3月進行，選用大疆Mavic 3E無人機，選取無風、晴朗的正午根據規劃航線進行航拍，在航高60 m條件下采集的數據精度為正射地面分辨率1.61 cm、傾斜地面分辨率2.28 cm。采用ContextCapture攝影測量軟件對影像數據進行處理，該軟件通過將收集到的影像數據進行預處理，對不同航線、不同時間拍攝的影像進行匹配，建立相應的影像配準模型；根據影像匹配結果，將每個像素點轉換成對應的三維坐標點，形成點云數據；根據點云數據，采用曲面重建、體素化等方法，建立完整的三維模型。圖2為本次建立的棄渣場三維模型。

2.2" 獲取數字正射影像

在采集的傾斜攝影數據中篩選出正射影像，利用Pix4Dmapper軟件制作棄渣場的數字表面模型（DSM）和數字正

款圖像重建軟件，可以根據原始靜態照片重建數字模型，再利用ArcMap軟件計算棄渣場擾動土地面積和水土保持措施數量等數據。

2.3" 利用三維模型及數字正射影像對棄渣場進行監測

利用ContextCapture軟件中的Acute3D Viewer計算棄渣場堆渣體積。將Pix4Dmapper軟件制作的棄渣場DOM影像導入ArcMap軟件，再利用人工解譯的方式統計棄渣場擾動區域面積及各項水保措施實施情況。

3" 研究結果與分析

3.1" 棄渣場堆渣體積計算

通過Acute3D Viewer打開棄渣場三維模型，利用軟件中的體積測量工具沿棄渣場范圍人工勾繪棄渣場范圍。由于2號棄渣場類型為庫區臺地型，因此以棄渣場周邊原地貌高程作為基準面，設置高程使得填方量為0，則挖方量即為棄渣量，據此計算得出棄渣量為105.33萬m3（見圖4）。

3.2" 棄渣場擾動范圍面積計算

通過Pix4Dmapper獲得DOM影像后，將DOM導入ArcMap，人工解譯棄渣場的擾動范圍，利用圖層屬性表中的“計算幾何”工具計算擾動范圍面積，得到2號棄渣場的擾動面積為8.74 hm2（見圖5）。

3.3" 水土保持措施監測

通過Acute3D Viewer打開2號棄渣場三維模型，采用曲面面積測量工具勾繪臨時苫蓋面積（見圖6），獲取到2號棄渣場的苫蓋面積為5 298.37 m2。此方法可快速準確獲取坡面水土保持措施的面積，相比傳統正射遙感影像解譯計算的措施投影面積更能精準反映實際水土保持措施數量。此外，還利用Acute3D Viewer內置的長度測量工具對棄渣場最大堆渣高度、擋墻高度等進行了量算（見圖7），分別得出最大堆渣高度為17.38 m，擋墻高度為4.01 m。

3.4" 水土保持方案措施落實情況評價

根據批復的項目水土保持設計方案，對照實景三維成果和正射遙感影像，可對項目區棄渣場及其周邊的水土保持措施落實情況進行評價。以項目2號棄渣場為例，采用長度、高度、面積、體積等量算方法，將2號棄渣場正射遙感影像導入ArcMap，可解譯并計算擋墻及排水溝的長度、寬度等指標（見圖8），其中擋墻長631.6 m、寬0.82 m，排水溝長536.7 m、寬0.41 m。

對項目各項水土保持措施完成情況進行評價，結果見表1。由表1可以看出，項目2號棄渣場的棄渣量、擾動面積及棄渣高度等重要指標均在設計值范圍內，擋墻及排水溝的各項指標也與設計值基本一致。因此，可以判定項目2號棄渣場的實際棄渣量、擾動面積和各項水土保持措施均符合水保方案設計要求。

4" 結束語

本研究在傳統正射遙感影像的基礎上，通過應用傾斜攝影測量技術，建立了生產建設項目棄渣場三維模型，并對水土保持措施類型及數量進行了解譯，實現了對水土保持措施數量、分布及運行情況的精細化監測。同時，利用項目水保方案設計值對落實情況進行了評價，為水行政主管部門監督和管理提供了科學的數據支撐。相較于以往的監測手段，本研究所用方法可精準獲取棄渣場的棄渣量、棄渣高度及擋墻高度等三維立體信息。此方法的應用能真實展示監測對象的細節與全貌，有助于水行政主管部門和項目建設單位直觀了解項目區水土流失隱患及危害，對水土流失的預防和治理具有重要作用。

參考文獻：

［1］ 許強，朱星，李為樂，等.“天-空-地”協同滑坡監測技術進展［J］.測繪學報，2022，51（7）：1416-1436.

［2］ 劉軍，王磊.基于無人機傾斜攝影的黃土滑坡調查與危險性評價［J］.水土保持通報，2023，43（2）：139-147.

［3］ 施明新.無人機技術在生產建設項目水土保持監測中的應用［J］.水土保持通報，2018，38（2）：236-240，329.

［4］ 胡云華，許海超，曲雙鋒，等.傾斜攝影測量技術在生產建設項目水土保持監管中的應用［J］.水土保持研究，2022，29（6）：438-443.

［5］ 程復，時宇，羅志東，等.生產建設項目水土保持監管新技術運用思考［J］.中國水土保持，2023（3）：44-47.

［6］ 曾麥脈，趙院，李萬能，等.無人機在生產建設項目水土保持“天地一體化”監管中的應用［J］.中國水土保持，2016（11）：28-31.

［7］ 習超，李開偉，文剛，等.無人機遙感技術在生產建設項目水土保持監測中的應用［J］.中國水土保持，2023（6）：66-68.

（責任編輯" 楊傲秋）