郭嵩1 姚紫峰2
广州南方测绘科技股份有限公司哈尔滨分公司
黑龙江省哈尔滨市 150036
余姚市正衡测绘有限公司 浙江省余姚市 315400
摘要：公路地质灾害识别是公路防灾减灾业务的重要工作，更是公路全生命周期管理中不可忽视的必要环节。传统的勘察设计手段是人工勘察，具有局限性，更无法给专家提供有力直观的地形情况。通过无人机搭载倾斜相机对可能有地质灾害的地形进行航飞，实时获取该地三维实景模型，通过在三维模型上进行测量及评估，判别该地质灾害对高速公路的影响。因此，实时获取三维实景模型能为高速公路的合理选线、安全经济的建设运营、科学的防灾减灾提供强有力的理论支撑，同时也能够进一步推进新技术方法在传统公路勘察设计中的示范应用。
关键词：公路地质灾害；无人机；倾斜摄影
引言
近年来，地质灾害的发生频率越来越高，给人类及社会造成巨大的经济损失和安全隐患。面对复杂的地质环境，传统的人工测量和救援存在效率低、安全风险大、救援不够及时等问题。无人机技术在地质灾害中的应用，有效解决了效率低、风险高等难题。利用无人机技术进行地质灾害摄影测量，具有安全方便、经济实惠等优势，可以对地质灾害进行建模，有助于地质灾害的防治和后期研究。利用无人机传感器获取并处理地质灾害数据，有利于建立地质灾害数据的收集、分析和处理等协同服务机制，推动灾害救援及灾后情况的评估。可见，无人机技术对推动我国国民经济和社会发展具有非常重大的意义。
1无人机的分类
无人机的英文简称为“UAV”，无人机主要通过携带具备不同功能的仪器设备来完成实际需求的飞行任务，达到不同的飞行目标。无人机根据结构等因素主要分成三类：固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机。这三类无人机各具特点。固定翼无人机优势是飞行速度快，续航能力强、飞行效率高，但在起飞和降落的过程中需要有动力系统的推动，且需具备滑行跑道。无人直升机不需起降跑道就可以实现垂直方向的起降以及空中的定点悬停，但是也有一些短板，比如耗电较大、飞行效率较低等。多旋翼无人机优势比较明显，结构上相对简单，操作相对方便，系统运行相对稳定，而且投入成本较低，现实中应用较为广泛 。
2无人机优势
利用无人机对目标区域进行航飞，无人机作为先进的生产工具和作业手段，与传统勘测方式相比较具有多方面优势：
2.1 精度高。目前无人机所搭载的专业单反数码相机，有效像素优于 6 千万像素，通过计算，航飞地面分辨率优于0.05m，搭载在无人机上所拍摄的高清晰度数码航片经数字化处理后，可以快速的生成实景三维模型，并绘制出精确的大比例尺的地形图。
2.2 快速。无人机航飞相比于传统人工建模获取数据更加快速，不用再用传统的测量手段进行逐点测量。
2.3 直观性。获取的三维实景模型从地物信息及颜色形态都跟实际对应，得到的三维实景模型更加直观与真实，同时还可以直接在模型基础上进行量测 。
3无人机技术的应用
3.1在滑坡灾害中的应用
无人机在地质灾害调查中具备视角高、自由度高等优势，相较于传统调查方式，所获取的影像数据清晰度更高。在常见的泥石流、滑坡、崩塌等在地质灾害中，能够快速、准确查明地质情况。山西地区干旱少雨，小型滑坡和崩塌地质灾害较为常见，无人机在实际应用中具有较大的适用性，特别是一些陡峭的岩壁等发生岩体蠕变前，可利用无人机勘测制定避险方案。在大型滑坡等地质灾害中，因灾害覆盖的面积较大，无人机可以利用视角高的优势指导灾害现场避险，并进行建模分析灾害原因，减少二次伤害。
3.2勘测数据处理方案应用
无人机对地质灾害勘测主要是通过对地质灾害进行拍摄、建模、测量及数据分析。工作人员在地面通过远程控制系统提前规划好地质灾害隐患点的飞行路线，无人机挂载摄像机启动后，将按照规划好的飞行路线自动采集现场数据，并在完成数据采集后自动返航。工作人员将无人机采集到的数据，通过三维建模软件进行处理分析。把经过建模软件处理获得的数据结合其他软件进行二次分析，比如雷达分析、通视分析、剖面分析以及淹没演示分析等，可以为重点区域地质灾害的处置、指挥、决策提供有力的数据支持。
3.3数据收集与处理
无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害监测中的应用的核心流程。主要如下 ：研究人员首先在受地质灾害影响的地区进行了实地研究。控制点位于调查区域的四个角，使用GNSSRTK系统获取控制点的CGCS2000坐标，并使用精化的水准面模型获取控制点的高程基准。一般发生地质灾害的地区环境复杂，能见度很差，存在很多塌陷区，并且随时都有危险，这使现场研究严重复杂化。在难以手动获取第一手信息的复杂情况下，无人机倾斜摄影测量技术可以帮助解决问题。
3.4获取数据后要进行空三加密
一般由ContextCapture软件自动完成。首先，ContextCapture软件使用正射图像和倾斜图像的POS信息对控制点数据执行空三融合处理。在对区域网络进行总体调整之后，可以将来自多个视点的图像密集匹配，以生成超高密度数字点云。通过创建密集点云，建立三维TIN模型和自动处理纹理这三个阶段的结果，创建测量区域场景的三维真实模型。整个过程仅需一名测绘人员和计算机进行工作，工作效率和以达到每天处理0.06平方公里的三维模型。而且如果要进行大范围的测绘，可以并行使用多个节点以加快模拟速度。结果输出的速度取决于计算机处理节点的数量，测量区域的大小和摄影图像的大小。
3.5对模型进行后处理
由于获得了密集的三维点云，因此可以生成数字高程模型DEM，然后将其下视图像组合以创建正射DOM。另外，可以使用DP-Modeler模型后处理程序进一步处理模型。DP-Modeler是由精确的单体建模和网格修改软件。通过独特的摄影测量算法，支持航空摄影、地面图像、激光点云等多个数据源的集成，并且可以实现空地集成操作。预处理三维航拍数据并自动创建三维模型后，后处理地形图，航测输出的DEM、DOM以确定路线规划时，导入DP-Modeler软件，可以直接使用其模型上的测图模块以数字方式收集完整的地形特征。计算机自动收集有关模型表面高度的信息，并最终通过手动修改获得比例尺地形图。无人机倾斜摄影测量技术可以构建出灾害区域真实的三维场景实现，了灾害区域场景的360度显示，方便从不同角度观察和分析自然灾害的特征，并解释有地质灾害的大小、分布、威胁范围和其他信息。借助软件的测量功能，将大大提高测量效率和准确性。
3.6 倾斜摄影应用在地质灾害的优势
改进了传统二维地图识别解译方式，使二维平面走向三维立体，实现了公路地质灾害可视化，建立自动化的地质灾害风险分析与预测模型系统，取代以往需要专家到现场判别地质灾害预测模式，实现高效化、数字化、自动化的公路地质灾害协同预判。
结束语
本文针对无人机倾斜摄影测量技术在公路地质灾害中的应用进行详细介绍，包括无人机的优势和操作的便捷性， 通过人工判别地质灾害，对地质灾害进行预警分析，倾斜摄影技术是现在公路地质灾害区域勘察以及设计不可缺少的手段。
参考文献：
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[2]辛成章.无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害监测中的应用研究[J].中国金属通报,2021(01):61-62.
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