【三維實景重建】三維實景重建在地質災害預警中的運用

災害預警區域概況

很多沿海城市及地區，由于地理位置及地質構造的影響，碧海環抱，地貌多山地丘陵，少平原低地，因此這樣的地區是地質災害較為多發的地區，可能發生的地質災害以崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷為主，地質災害常發生于震后及強降雨后，具有高隱蔽性和危害性，在高陡斜坡的坡頂，通常會發育大量的風化卸荷裂隙，巖體被各類成因的結構面切割，處于欠穩定狀態，突發地質災害對公路、建構筑物及人身安全等具有大的威脅。而且由于沿海城市環山而居的地理特點，很多建筑場地選擇在巖土體邊坡上，這些邊坡天然條件下就存在著失穩問題，再加之人為因素的影響，災害巳經或正在孕育。

無人機傾斜攝影及三維實景建模技術優勢介紹

近年來隨著技術的進步，地質災害防治工作中也引入無人機技術，利用無人機的高機動、易操作、可視化的特點，將其用于地質災害應急調查中拍攝災害體的變形特征等，并形成影像資料，但常規的無人機技術受限于其低續航性，以及人為操作的局限性，并不能記錄到完整的、準確的變形體特征，因此，通過引入無人機傾斜攝影技術，只需設置航線飛行一次，利用軟件生成三維模型，可以為應急現場指揮者、決策者展示一個更加直觀、真實、立體、逼真的可量測的三維空間模型，為災害體的穩定性及處理方案提供更有力的研判依據。

另外，地災的勘察和穩定性評估工作非常必要，但是地災勘察一直屬于工程難題。傳統的勘察方法屬于接觸式、單點式調查，工程人員攀爬至危巖體位置處，采用工具測量危巖體結構面參數，工作效率低，工作量大，且由于攀爬困難，作業人員危險性又很高。但是通過構建三維空間模型，從而提取危巖體特征參數，為危巖體穩定性分析提供數據支撐。

無人機傾斜攝影測量技術是以無人機為飛行平臺搭載傳感器設 備，來獲取地面信息的遙感方式。其具有機動性強、獲取數據快和數據精度高的特點，結合三維空間數據處理、建模和應用分析技術方法，既能夠完成滑坡、泥石流、危巖落石等質災害調查工作，又能結合z新的攝影測量技術完成巖性組合、結構面產狀及卸荷帶走向、寬度的識別，是在傳統作業方式之上的重大突破。

因此通過無人機傾斜攝影測量技術構建三維模型在地質災害治理的應用上具有明顯優勢

（1）可以克服復雜地形、惡劣作業環境對傳統的外業作業方式的限制，絕大部分區域都可以進行航拍

（2）可以大提高地質災害治理工作的效率和精度，可以對任意危巖進行空間尺寸及結構面產狀測量。

（3）技術輸出成果的表現方式也較為多樣，可以滿足應用與科研等多層次不同目的的工作需要

（4）工作人員不需要攀爬作業，風險小，工作方式實現從外業到內業的工作轉化。

無人機傾斜攝影及三維實景建模技術工作流程及實例分析

數據采集及三維實景建模

技術流程可分為無人機傾斜攝影數據獲取和實景三維建模兩個部分。無人機傾斜攝影是集航空技術、材料科學、導航定位技術、測繪技術、微電子技術、自動化控制技術、計算機圖像處理技術等于一體的新型攝影測量技術。同時從一個垂直、多個傾斜視角不僅可以獲取地表地物頂部信息，還能獲取立面詳細的輪廓和紋理信息。采用處理軟件軟件進行模型空三加密及三維建模，整個建模過程人工干預量少。具體步驟包括 空三測量、幾何處理、三角網構建、自動賦紋理__等。利用無人機傾斜攝影測量采集得到的數據，建立了全景三維模型，并同時能夠獲得大量高分辨率的影像圖片及正射影像圖等成果。

基于三維實景模型的應用

（1）基本應用

運用三維實景模型進行內業處理后可以制作攝區地形測繪成果，也可收集變形監測基礎資料?？梢愿鶕溆跋駡D確定邊坡高差，確定邊坡影響范圍，了解坡體表面覆蓋情況及荷載情況，對進行變形監測的位置布設變形監測點。

（2）危巖分析

采用專業軟件即可獲取三維模型在CGCS2000坐標系，空間點坐標參數?？赏ㄟ^測量空間點坐標參數，采用空間三點坐標法計算得到結構面產狀要素傾向、傾角。同時通過專業軟件，在室內即可完成結構面填充情況、結構面張開度、結構面發育密度等清晰識別。通過上述手段，可以實現基于高清三維模型的陡坡危巖幾何尺寸、具體坐標高程、高差、結構面特征等要素的定量化勘測，得到關于該陡坡危巖區段內任意一個危巖體的準確幾何特征、空間特征和地質特征。因此可以對陡坡危巖的穩定狀況、與母巖剝離后破壞能量的大小進行準確計算，量化后的數據可以為監測、治理等提供參數。

總結

根據上述技術介紹及實例展示，傾斜攝影測量及三維實景建模技術生成一個直觀、真實、立體、逼真的三維模型，可以在室內通過細致研究模型特征、測算規模等，進而全面掌握災害體的變性特征，為決策者提供一個可靠的研判依據。

災害預警具體實施方案

對于災害預警的實施方案的主要內容：運用傾斜攝影測量與三維實景建模完善原現場查看，人員攀爬勘察測繪的技術方法，實現地質災害工作從二維平面到三維立體的轉換。在新技術應用方面的人員組織機構及儀器設備安排要符合作業要求，無人駕駛航空器外業操作人員要具備操作資格，有專業合格證，內業處理人員可以熟練運用ContextCapture Center、Smart 3D、EPS等建模及三維數據處理等軟件。

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針對災害預警區域具體實施方案概述如下：

（1）在地質災害發生后第yi時間趕往災害發生現場，并由項目負責人組織進行現場踏勘，資料收集進行現場情況預判；

（2）聯合地災、勘察及測繪專業專家對已有資料進行分析，并迅速制定工作實施方案，建立人員組織機構；

（3）按照方案設計的航攝區域、航線、航攝比例尺等參數，由專業人員采用無人機進行現場傾斜攝影測量，采集現場數字圖像；

（4）外業及內業作業人員根據現場的采集資料進行三維實景建模，根據需要進行不同形式的成果整理與輸出；

（5）將z終的輸出成果提供給單位領導與各專業專家進行地質災害現場評估、勘地質災害察與治理。

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