倾斜摄影在高海拔地区泥石流勘查中的应用_韩继全.pdf

地理信息世界GEOMATICS WORLD第29卷 第6期2022年12月Vol.29 No.6December，2022理论研究倾斜摄影在高海拔地区泥石流勘查中的应用Application of Oblique Photography in Debris Flow Exploration in High-altitude Areas引文格式：韩继全，殷豫江，谢 彪，等.倾斜摄影在高海拔地区泥石流勘查中的应用J.地理信息世界,2022,29(6):65-68,72.韩继全，殷豫江，谢 彪，刘欣迪，王麒麟，黄 玮新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队，新疆 乌鲁木齐 830013基金项目：新疆中巴公路奥依塔克镇布伦口段地质灾害精细化调查项目（KZDZXM2020-01）作者简介：韩继全（1988），男，土族，青海民和人，工程师，学士，主要从事无人机测绘工作E-mail：收稿日期：2022-04-02HAN Jiquan，YIN Yujiang，XIE Biao，LIU Xindi，WANG Qilin，HUANG WeiNo.1 Regional Geological Survey Team,Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Urumqi 830013,China【摘要】采用倾斜摄影构建实景三维模型进行泥石流勘查具有成本低、效率高、获取数据精准等优点。在中巴公路（G314）泥石流勘查项目中，采用无人机对泥石流隐患点进行倾斜摄影测量，通过建模软件建立测区实景三维模型，解译并提取该泥石流宏观特征参数，分析计算出泥石流流域面积，主沟道、支沟的长度和纵坡降等易发性评价影响因子。最后结合地面调查得出，该泥石流易发性得分为113分，易发性程度为易发，发展阶段为活跃期，其危害性等级为小型。结果表明，无人机倾斜摄影用于高海拔地区泥石流勘查是可行的，获取的各种信息数据全面、科学合理，能节约成本、提高工作效率。【关键词】无人机倾斜摄影；高海拔地区；泥石流勘查；易发性评价；实景三维模型【中图分类号】P23 【文献标识码】A 【文章编号】1672-1586（2022）06-0065-05 Abstract：Theuseofobliquephotographytoconstructareal3Dmodelfordebrisflowexplorationhastheadvantagesoflowcost，highefficiency，andaccuratedataacquisition.InthedebrisflowexplorationprojectofChina-PakistanHighway（G314），droneswereusedtoconductobliquephotogrammetryofhiddendebrisflowpoints，anda3Dmodelofthesurveyareaisestablishedbymodelingsoftware，andthemacroscopiccharacteristicparametersofthedebrisflowareinterpretedandextracted.Slopeandothersusceptibilityevaluationfactorsarealsostudiedinthispaper.Finally，combinedwiththegroundinvestigation，itisconcludedthatthesusceptibilityscoreofthedebrisflowis113points，thesusceptibilitylevelishigh，thedevelopmentstageistheactivestage,anditshazardlevelislow.TheresultsshowthatitisfeasibletouseUAVobliquephotographyfordebrisflowexplorationinhigh-altitudeareas，andtheobtainedvariousinformationdataiscomprehensive，scientificandreasonable，whichcansavecostsandimproveworkefficiency.Key words：UAVobliquephotography；high-altitudearea；debrisflowsurvey；susceptibilityassessment；real3Dmodel0 引 言无人机倾斜摄影技术是以无人机为飞行平台，搭载多个符合项目要求的拍摄镜头，设定一个高度从上往下采用多角度对目标进行拍照，最终获得多个方向、分辨率高和较为立体的影像模型1。无人机倾斜摄影测量技术，比起以往航拍影像只能在垂直角度获取数据有了更大的提升，其优越的多角度拍摄性能可以更快且真实地将地面目标特征反映于影像数据中2-3，已在众多领域广泛应用4-7。近期，由管建军、郭一兵、闫驰等对无人机倾斜摄影在海拔相对低地区泥石流灾害治理、调查与评价等方面的应用做了大量研究工作，在泥石流物源分布情况及物源方量的估算、泥石流灾害治理工程的精确设计和施工等方面取得了较为丰富的研究成果8-10。但高海拔地区泥石流灾害调查与评价方面研究程度相对较低，尤其高海拔地区无人机倾斜摄影技术在泥石流灾害勘查方面的可行性及成果利用方面目前还是空白阶段。本文从2021年实施的 新疆中巴公路奥依塔克镇布伦口段地质灾害精细化调查（KZDZXM2020-01）项目中选取一处泥石流隐患点进行举例，探讨无人机倾斜摄影技术在高海拔地区泥石流勘查中的应用。主要通过实景三维成果为泥石流勘查提取较为丰富的解译信息，为泥石流的调查与评价工作提供数据支撑。这种方法能提供更加立体、宏观的视角，可弥补地面调查中的不足，具有效率高、成本低等优势11-13。66地理信息世界GEOMATICS WORLD第29卷理论研究1 测区概况中巴公路（G314）是喀喇昆仑公路中一段，位于新疆阿克陶境内，总的地形以高海拔山区为主，地貌形态复杂、切割强烈，极易引发泥石流等地质灾害。该泥石流勘查点位于 G314 国道 K1589+500 m 处。地质背景处于塔里木板块的奥依塔格-库尔良石炭纪裂陷槽内，出露岩石地层为阿图什组的灰绿色砂岩、泥岩等，岩层中揉皱强烈，发育大量节理、轴向劈理，岩石完整性差、破碎强烈；地貌类型属高山-中高山地貌，总体地势西高东低，呈峡谷状，海拔 1 900 2 800 m，最大高差约900 m。主要威胁对象为公路、来往车辆和输电线路。所处位置年平均气温为10.9 ，最高气温为39.4，最低气温为-27.4，年平均降水量约为 115.7 mm，年最大降水量 222.5 mm，年最少降水量 26.8 mm。冰雪融水主要发生于 510 月，尤其 68 月气温高，冰雪消融量大，形成水量较大，降雨多为间歇性大雨或暴雨，能在短时间内形成强大的地表径流，为引发泥石流灾害的主要原因。通过现场踏勘，对泥石流全流域进行无人机倾斜摄影测量，完成测量面积 6.78 km2。2 数据采集及实景建模2.1 数据采集倾斜摄影测量采集工作由成都纵横大鹏无人机科技有限公司生产的CW-15型无人机、GCS-202型地面基站、地面站等设备，并携带 CA503 倾斜相机，完成本次航摄任务，相关参数见表 1。无人机起降场地设在测区附近。测区具有海拔高、地形切割强烈、落差悬殊、沟谷道长的特点，为了确保获取的影像数据地面分辨率基本一致，以及提高影像特征点提取及匹配容易，本次飞行航高设计为 3 040.91 m，航线重叠率为 75%，旁向重叠率为 75%，航速平均约 20 m/s；航线间距根据航线旁向重叠度自动生成，航线规划考虑实际地形地貌及海拔高度，重点以泥石流谷沟道走向进行布设（图 1）。表 1 无人机性能指标及倾斜相机参数Tab.1 UAV performance index and tilt camera parametersCW-15 型无人机性能指标CA503 倾斜相机相关参数最大起飞重量16 kg传感器数量5 台任务载荷2.5 kg最小曝光间隔1.4 s最佳巡航空速、65 km/h、105 km/h默认焦距35 55 mm最大飞行空速续航时间150 min像素4 200 万翼展长度、机身长度3.54 m、1.7 m像幅7 952 5 304最高起飞海拔、实用升限4 500 m、6 500 m像元尺寸4.5 使用环境温度-30 50 工作温度-10 40垂直方向定位精度3 cm传感器尺寸35.9 mm 24.0 mm水平方向定位精度1 cm倾斜相机角度45图 1 泥石流航线规划图Fig.1 Debris flow route planning 2.2 实景建模本次获取的倾斜摄影数据经全部检查，未发现漏拍或不合格，符合成图要求。数据整理采用 Context Capture Center 软件来完成倾斜摄影数据的三维重建；具体技术流程如图 2 所示，依据倾斜摄影数据完成的 G314 国道K1589+500 m处泥石流勘查范围实景三维模型如图3所示。为了确保成图数据的精度，利用GNSS接收机GPS-RTK技术，在合适位置布设及采集像控点，共布设了 9 个像控点。本次抽检了 19 个点，经过对比核查（表 2），平面中误差为0.031 9 m，小于规范要求的0.2 m；高程中误差为0.045 1 m，小于规范要求的 0.3 m，符合技术标准要求。3 基于实景三维模型的泥石流分析与评价3.1 泥石流信息提取及解译测区泥石流信息提取及解译主要包括对泥石流灾害隐患体进行重点解译，并提取重点灾害隐患体的三维信672022年 第6期理论研究韩继全，等.倾斜摄影在高海拔地区泥石流勘查中的应用图 2 技术流程Fig.2 Technical process图 3 泥石流勘查范围实景三维模型Fig.3 3D model of the actual scene of the debris flow exploration area 表 2 像控点及抽检点检测结果表Tab.2 Detection results of image control points and sampling points点号倾斜三维成果坐标实际测量坐标坐标差值2X/mY/mX/mY/mX/mY/mXK0142 599.14708 097.09042 599.13108 097.0490.0410.0160.001 937XK0242 674.96207 921.53142 674.99307 921.4900.041-0.0310.002 642XK0342 730.74907 801.51142 730.71707 801.4680.0430.0320.002 873XK0442 780.93607 701.90542 780.90507 701.8630.0420.0310.002 725XK0542 769.00207 548.84842 768.95807 548.8040.0440.0440.003 872XK0642 804.50907 364.75742 804.48107 364.7200.0370.0280.002 153XK0742 686.95907 611.24542 686.93007 611.283-0.0380.0290.002 285XK0842 554.69007 580.67442 554.66307 580.6340.0400.0270.002 329XK0942 643.75907 849.06142 643.72807 849.0200.0410.0310.002 642JC0141 812.86607 163.20441 812.83507 163.1