无人机倾斜摄影技术在地质灾害调查监测中的应用
【摘 要】本文针对传统地质灾害地面调查效率低、成本高，轻整体、重局部的不足，引入无人机倾斜摄影技术，以求弥补传统调查方法和手段的缺陷。对地质灾害点进行了倾斜摄影数据采集、数据处理，并对无人机倾斜摄影测量在地质灾害三维可视化模型构建中的应用进行可行性研究。实例表明，微型无人机倾斜摄影成果对地质灾害点的分析及预防具有良好的可行性。
【关键词】无人机倾斜摄影技术；地质灾害；调查监测
一、前言
随着人类活动工程的加剧，地质灾害与地质环境问题日渐严重，全面快速地获取地质灾害信息，建立地质灾害预警预测体系，是维护人类生命财产安全和经济建设的迫切需要。无人机倾斜摄影测量是摄影测量学科中的新兴技术，是目前国内外研究的热点。
二、倾斜摄影三维重建原理
目前，使用“3S（GPS，RS，GIS）”技术开展地质灾害调查已成为一个热点研究领域，许多学者进行了深入研究并取得了一定成果。王力利用高精度GPS监测技术进行地质灾害变形监测，为了解和掌握不同地质灾害的变形规律和特征提供更加准确的数据支持。目前，遥感技术在地质灾害中的应用大多以卫星和航空影像为数据源，并基于二维影像的结果进行分析研究，主要集中在灾后救援和救援，灾害损失评估和二次灾害应急调查和监测。[1]关于地质灾害发生前个体灾害的调查与评估研究较少。关于无人机倾斜摄影技术在地质灾害调查评估中的应用研究较少。
无人机倾斜摄影是一种集航天技术，材料科学，导航定位技术，测绘技术，微电子技术，自动控制技术和计算机图像处理技术于一体的新型摄影测量技术。同时，不仅可以从垂直和多个倾斜（通常为四个）视角获得表面特征的顶部信息，而且可以获得立面的詳细轮廓和纹理信息，这改变了传统的仰视图像只能从垂直角度拍摄。无人机倾斜图像数据具有数据量大，失真大，重叠度高的特点。倾斜摄影的三维重建主要包括联合航空三角测量，多视点图像密集匹配，点云处理和TIN网络构建，纹理映射和多个细节。细节层次（LOD）显示等内容，无人机低空倾斜摄影数据处理流程。
联合空三采用自检校光束法区域网平差综合迭代求解下视和倾斜方向地面点的三维坐标、影像的内外方位元素和畸变参数，将整体区域最佳地纳入到地面坐标系中，得到加密点成果[4]，从而建立起二维平面到三维空间的转换过程，核心基础方程如式（1）
式中：x0，y0，f———影像的内方位元素；
XS，YS，ZS———影像外方位元素中的三个线元素，也是摄站点S的物方空间坐标；x，yX，Y，Z———分别为像点的像方坐标和对应地面点的物方空间坐标；
ai，bi，ci（i=1，2，3）———影像的外方位元素中的三个角元素组成的9个方向余弦；Δx，Δy———因镜头光学畸变引起的像点坐标畸变差。
在恢复场景中俯视和倾斜摄像机的位置和姿态之后，通过摄像机的各种参数对原始图像进行失真校正，消除由于透镜光学透镜（包括镜筒的固有透视失真）引起的径向失真失真和枕头类型失真）以及制造和安装缺陷引起的切向变形，从而导致镜头光学镜头不完全平行于像平面，从而获得不失真的图像。
三、倾斜摄影技术在地质灾害监测的应用
（一）泥石流基本情况
三维数据模型表明泥石流在平面上呈现东西分布，起飞点位于涵洞北翼的东侧。主要泥石流沟的整体发展没有其他分支沟。渠道两岸植被覆盖率约为40%，显示出大面积的第四纪沉积物。沟头呈圆形椅形，渠长约810m，流域面积约0.2平方公里。建在道路上方的涵洞是防止泥石流侵蚀道路的预防措施。泥石流经涵洞形成冲积扇（图2）。
（二）地层岩性经现场踏勘
研究发现，该地区主要暴露出一系列具有内陆河流和湖泊的海岸沉积岩，岩性主要为卵石砂岩，砂岩，粉砂岩和粘土岩。长期以来，这些岩层一直受到构造运动和气候的影响。岩石已经破裂，接缝已经发展，风化强劲。大部分岩层都是软岩，岩体又软又硬。软岩很容易风化，在陡坡地区很容易沿硬岩顶部坍塌或滑动。这个泥石流场的第四纪沉积物分布广泛。由于非高空滑坡，大规模滑坡的发生不太可能发生，其中大多数发生在崩塌滑坡的形式，提供了丰富的泥石流来源。
（三）地形地貌
该地区一般呈现东西走向低的趋势，海拔高度在1399米以上，北岸比南岸陡峭。在400米范围内，两岸斜坡陡峭，泥石流道呈“V”字形。通道狭窄，北岸的坡度最大可达45°。该区泥石流主要为两岸小型滑坡和第四系沉积体后缘；从400m位置到冲积扇边缘的山坡较为平缓，泥石流沟为“U”型，通道较为开阔，主要为泥石流物质沉积区。这为发生泥石流提供了良好的分配渠道。从泥石流沟的狭窄到开放的过渡区，在斜坡的北侧发现了一个85米长的地裂缝（红线代表裂缝）。图3，红线以下的地区是未来山体滑坡的潜在区域。斜坡的稳定性差。
四、结束语
无人机倾斜摄影引入地质灾害研究，圆满地完成了数据采集及处理任务，为地质灾害的后续研究提供了第一手资料，节约了时间、人力、物力等，同时也是地质灾害研究的一大突破。通过将无人机倾斜摄影应用于地质灾害研究，取得了可观的成果。
【参考文献】
[1]藏克，孙永华，李京，等.微型无人机遥感系统在汶川地震中的应用[J].自然灾害学报，2016，19（3）：162-165.