基于无人机摄影测量的滑坡灾害精细化调查

摘要：针对传统地质灾害勘查的局限性，文章提出一种基于无人机摄影测量的精细化三维建模方法，并将其应用于某滑坡灾害区域的调查。通过构建高精度三维模型，实现了对山体表面纹理的深入解析和危岩体生长状态的实时监测，有效提升了地质灾害勘查效率和安全性。

关键词：无人机摄影测量；滑坡灾害；三维建模；精细化调查；地质勘查

中图分类号：TP311   文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）08-0090-03

开放科学（资源服务） 标识码（OSID）

0 引言

传统地质灾害勘查方法在复杂山区环境下存在安全风险高、效率低等问题。无人机摄影测量技术以其高效、安全、低成本等优势，为地质灾害精细化调查提供了新的手段。本文研究基于无人机摄影测量技术，构建滑坡灾害区域的高精度三维模型，以实现对灾害体的精细化调查和监测。

1 研究技术流程

基于无人机摄影测量的滑坡灾害精细化调查技术流程主要包括：外业资料收集、空域协调、现场踏勘、航线设计和像控点采集和内业三维实景模型重建生产DSM、DOM和DLG成果，并进行质量检查与产品提交。具体技术流程如图1所示。

2 数据采集

2.1 数据采集设备

数据采集设备主要包括采集影像的飞行平台、相机和采集像控点的GNSS设备，其设备参数如表1所示。

2.2 数据采集方法

2.2.1 像控点外业布设

时间要求：像控点标志的喷涂必须在航摄前完成，且与航摄的时间间隔不能太长，必须保证在航摄时像控点标志要保存完好。像控点标志喷涂要求：当地面无明显的标志时，采用在硬化地面上用油漆喷绘“L”符号的形式。像控点布设要求：标志必须布设于不易破坏的地方，至少在航摄完成之前保持完好、清晰。标志必须涂在四周平坦的地面上，且四周不能有高大的建筑物，如树、房屋等，必须保证布设的标志不被遮挡。像控点标志喷涂位置在像控点布设图上标明，根据实际地物的变化情况可以适当移动，但移动的距离不能大于20米。布设结束后拍2～3张照片，用于说明布设像控点的位置，照片以布设的点号命名。建筑物密集的城区，地面选点易被遮挡，可布设在平屋顶上。

2.2.2 像控点坐标测量

像控点测量采用网络GNSS-RTK连接甘肃省CORS进行测量，将GNSS接收机通过三脚架对中、整平测量，每个控制点测量三个测回，每个测回不少于10次，三个测回平均值作为控制点的最终坐标。平面坐标分量较差不超过2 cm，垂直坐标分量较差不超过3 cm时，方可采用。观测时量测每一点的天线高度，并正确输入每一站的天线高，确保每点观测成果的正确可靠。观测时尽量使天线水平气泡居中并保持稳定。实地观测时每点应作相应记录。对于布设了像控点标志的，在标志的“L”形内角点处测量；未布设像控点标志的选择地面特征点处测量。像控点编号以“地区名称首字母缩写+2位数字”形式编号，如隶属于工作测区的控制点命名为xk01、xk02……，同一测区无重号。像控点的平面精度要求能满足图根测量精度指标。平面控制点或平高控制点相对邻近基础控制点点位中误差不大于5 cm。高程控制点和平高控制点相对邻近控制点的高程中误差不超过10 cm。

2.2.3 航线布设与实施

航线飞行方向一般设计为东西方向。特定条件下亦可按照地形走向或专业测绘的需求，设计南北向或沿路、河流、海岸、境界等任意方向飞行。由于本区域植被茂密，山体走向多变，高差幅度较大。本摄区航线布设航线角度应垂直于山体，可保证高程突变处点云数据采集效果。航向重叠度设计为75%；旁向重叠度设计为30%。根据无人机的性能选择起降场地和备降场地；另外须掌握气象情况，飞行时风力不大于5级；根据设计好的飞行计划进行航空摄影，并根据可能出现的紧急情况制定应急预案。

航摄过程中出现的空洞、拉花和变形须及时进行补摄。空洞补摄必须按原设计航迹进行。补摄航线的长度应满足用户区域网加密布点的要求。

对于不影响内业加密选点和模型连接的空洞及变形（如云、云影、斑痕等） ，可只在空洞处补摄。补摄航线的长度应超出空洞外一条基线，并应采用同一主距的数字航摄仪进行补摄。

3 数据处理

在外业航飞结束后，将航飞摄影成果提交内业作业组进行内业数据处理，采用飞马无人机管家和ContextCaptureCenter 进行数据处理得到正射影像和三维模型数据。

3.1 数据准备

数据处理前应对航飞成果进行具体的检查，满足要求时才可进行下一步工序，具体检查项目如表2所示。

3.2 三维模型的生成

首先在飞马无人机管家的智理图模块中解算pos数据，得到2 000国家大地坐标系下的pos数据。然后将捕获的图像资料输入至ContextCapture Center软件中，设置飞行相机感光元件的尺寸、镜头的焦距以及POS信息等参数信息。接着进行第一次空中三角测量。在完成第一次空中三角测量后，引入像控点，并对图像进行像控点的标记，也就是在“Control Points”选项卡下执行像控点标记操作。确保每个有效的控制点集合至少包括三个控制点，并且每一个控制点至少在两张图像上进行了点标记。在数据导入及参数设置完成后，将空中三角测量任务提交处理。

通过分析空中三角测量的计算结果，可以得到：无论是平面坐标还是高程，其误差都在标准允许的范围内，本次航空摄影的数据质量满足项目对于数据质量的设计标准。像控点结算精度统计如图2所示。

最后，空三解算完成后，在ContextCapture Cebter中提交新的任务，选择生成OSGB格式的三维模型和DOM正射影像。

3.3 基于实景三维模型的矢量采集

实景三维模型的矢量采集，实际上是对模型轮廓的矢量绘制。矢量采集和编辑使用的是Global Mapper软件和CASS11.0软件。其中DEM高程数据采用Global Mapper软件进行处理生成等高线数据。利用CASS11.0软件，对可见光影像数据进行二、三维融合的测图作业，通过分屏技术同时展示正射影像与三维模型数据，并确保它们同步显示。这种方法能在二维或三维视图下进行地形图的测量工作，输出的成果包含了地形图中的建筑、道路等元素的矢量信息。在二维或三维界面中，对各类地物特征点或线进行采集，并利用地物自身的几何特征及其相互关系来绘制地物图形。地貌数据的获取，得益于三维模型中的高程信息，通过在模型表面选取高程点来实现。完成矢量数据的采集后，进行编辑和美化处理，以生成最终的地形图产品。地形图成果如图3所示。

对地形信息进行采集的同时，按照图式要求，对实体以专门的符号进行表示，需要加以注记的按照规定的注记方式进行注记并分层存放；采集范围应超出作业范围外10 mm，但距影像边缘不应小于10 mm；采集依比例尺表示的地物时，切准轮廓线连线；采集不依比例尺地物时，切准地物相应的定位点或定位线；地貌用等高线表示，地貌绘制时先测注地形特征部位的高程点，高程点间距不宜大于30 m。

3.4 外业调绘

外业调绘应在电子地图上直接标绘，也可采用放大像片进行，并对内业成图进行全面的实地检查、修测和补测；调绘范围应调绘出测图范围外10mm，并不应存在空洞；调绘不应分割主要的建筑物；调绘内容应按现行图式图例在调绘片上表示，常用的、重复次数多的符号可简化，大面积的植被可用文字注记；地物与地貌的类别、属性应以调绘为准；位置、形状应以立体模型为准；调绘建筑物时应以影像为准；调绘完成后，应进行调绘片之间的检查。

4 成果分析

根据国家技术标准的相关检查、验收的基本规定，对本项目测绘产品一级控制点、1∶2000、1∶1000、1∶500地形图绘制等实行二级检查，即项目人员自检，再由质量管理办公室组织二级检查，其检查验收与质量评定结论如下：布点方案正确、结构合理、埋石牢固可靠；仪器设备工具，检定资料齐全，观测成果精度较高，各项观测精度均符合规范规定。成果资料符合要求，平差软件使用正确，计算资料齐全。地形数据精度达到规范要求。按国家技术标准“《测绘成果质量检查与验收》（GB/T24356-2023） ”规定的单位产品质量等级的划分标准，本项目测绘产品符合规范要求。

5 结束语

基于无人机摄影测量的滑坡灾害精细化调查，本文从外业无人机影像数据采集到内业三维实景模型的重建，生产效率较高、构建的模型精度较高，该方法对地质灾害的预测和预警提供了重要的参考数据，对今后地质灾害应急指导工作起到较大的作用。

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【通联编辑：梁书】