无人机在近景摄影测量中的应用青岛信诺勘察测绘有限公司 山东青岛市 266000摘要：对于地形条件复杂的高陡边坡而言，传统的野外地质编录手段因其操 作难度大、精度低、人员安全无法保障等问题已经不再适用。随着技术的发展， 新型技术手段在辅助野外地质调查方面的应用越来越广泛，主要体现在三维激光 技术与近景摄影测量技术两个方面。关键词：无人机；近景摄影测量；传统的地面测量技术在露天矿地形测绘工作中，存在着精确度较低的问题， 提出无人机摄影测量在露天矿地形测绘中的应用研究。通过提取露天矿地形特征 搭建无人机摄影测量平台和设计测绘露天矿地形方案，三种途径实现无人机摄影 测量技术在露天矿地形测绘工程中的应用。经过对获取的误差结果检验表明，无 人机摄影测量技术精确度较高。一、无人机近景摄影测量技术1.仿地飞行。采用传统方式进行无人机低空摄影测量时，不管是进行正射影 像还是倾斜摄影测量，飞行路线一般都设定在固定高度。对于坡度变化大的高陡 边坡，处于不同高度地物的影像分辨率不同，后期进行空三解算时难以达到整个 模型精度的统一，因此，坡度变化大的高陡边坡一般利用固定翼类型的中大型无 人机进行比例尺1：2 0001：5 000精度的航空摄影。近些年随着轻小多旋翼无 人机技术的迅猛发展，使无人机更能贴近被测对象飞行，获取的影像分辨率更高 可提供厘米级精度的航空影像测量成果。为了保证边坡三维模型精度的一致性， 本次应采用仿地飞行方式进行作业，无人机航线不固定，根据地面起伏自主调节 飞行高度，与被摄地物始终保持固定航高，能够最大程度保证整个边坡各高程模 型精度的统一，提高成果质量。2粗略地形数据获取。无人机进行仿地飞行前需要获取测区的DSM （数字表 面模型）或DEM （数字高程模型）数据作为仿地飞行线路规划的参考数据，一般 首选DSM，对于地表植被较少、没有高大建筑物的测区，可使用DEM代替DSM。 获取的方式主要有两种：（1）基于公开的DEM数据。目前覆盖全国的免费DEM 数据有 SRTM （分辨率 90 m/pix）、ASTERGDEM （分辨率 30 m/pix）、ALOS （分辨 率12.5 m/pix）可供下载。（2）利用无人机预扫生成。采用2D正射的方法对测 区进行预扫后在空三软件中进行预合成，一般飞行高度在数百米，航向及旁向重 叠率大于50%即可。该种方法生成的数据较公开数据更为精细，可以更好地实现 仿地飞行。3. 创建精细三维实景模型。将粗略地形文件导入飞行器管理软件中进行仿地 飞行线路规划，飞行高度一般设置在100 m以下，航向及旁向重叠率均大于70%, 采用倾斜摄影方式对测区进行多角度拍摄，后期在空三软件中进行高精度实景模 型的创建，通过POS点校正或者RTK免像控方式获取的模型精度能够达到厘米级。4. 岩体结构面产状提取。边坡岩体结构特征控制着岩体的力学性质并影响边 坡的稳定，其中岩体结构面产状是最为重要的理论分析数据。三维实景模型保留 了真实的纹理信息和立体空间信息，地质人员可在模型上解译出边坡岩体的结构 面。由岩体结构面产状倾向、倾角的定义可知：要测定岩体结构面的产状，只需 确定岩层所在平面的法向量即可。三维实景模型的坐标系统参照无人机搭载的 GPS传感器所获取的空间三维坐标系，在结构面上适当选取不共线3点创建拟合 平面，利用3点的经度、纬度及高程信息便可计算其产状。提取多组产状数据进 而统计分析，并划分优势结构面产状，作为边坡稳定性评价的参考数据。二、实例1.工程区概况。水电站为河干流下游河段七级开发方案中的第六级，采用混 合式开发方式，其中厂址区位于林芝地区察水村下游，预可研阶段提供了上、下 两个厂址进行方案比选，后边坡坐落于厂址区北侧，紧邻厂址。厂址后边坡河道 至坡顶高程范围约2 0403 200 m,边坡高差超过1 100 m,地形坡度一般 3050，为典型的高陡边坡，其稳定性对厂房，乃至整个水电站的运营安全都 有着重要影响。2获取高精度三维实景模型。飞行器使用大疆精灵4RTK版本，首先采用2D 正射方式进行预扫，起飞点选择近坡顶处，行高设置最大500 m,镜头角度90 , 航向与旁向重叠率设置为50%即可，采集相片185张，后处理软件借助 Met ashape软件进行，生成的DEM数据分辨率达到9 m/pix，满足仿地飞行的精 度要求。将DEM数据导入飞行管理软件进行仿地飞行线路规划，相对航高设置为 100 m,镜头角度30,航线按照3D倾斜摄影模式设置，航向与旁向重叠率分别 设置为80%和70%,开启无人机网络RTK功能进行免像控航测飞行，采集相片6 248张。将相片导入Metashape软件进行后期处理，按照软件中预设的流程进行 自动处理，生成边坡的高精度倾斜模型，成果影像地面分辨率为每3.32cm/pix, 边坡岩体结构面特征清晰可见。3.基于三维实景模型的地质解译。基于三维实景模型进行地质解译，从宏观 上判断边坡出露基岩呈单斜构造，总体呈反倾边坡，正常层面倾北东，板理（层 理）倾北东一南东，倾角一般为2450，变化较大。解译识别出在上厂址西 侧后山坡中部有一滑坡体，滑体东侧缘沟壁可见较为明显的滑带，呈灰黄色。在 模型上量测得到滑坡前缘高程2 555 m,宽157 m,后缘高程2 747 m,通过最佳 拟合平面方法计算方量约60.6万m3。滑坡体中、前部地形坡度约40，后缘为 陡崖，地形坡度约50，初步判断为基岩切层滑坡。通过模型提取滑动面空间信 息计算得到的滑动面产状为N55W/42SW。在上厂址东侧后山坡中上部和下厂 址边坡下部发现碎石流分布。上厂址碎石流堆积体在模型上测得前缘高程2 420 m,宽330 m,后缘高程2 649 m,纵长376 m,地形坡度约40,选取最佳拟合 平面法计算方量约27.3万m3。下厂址边坡碎石流堆积体前缘高程2 086 m,宽 116 m,后缘高程2 150 m,纵长100 m,地形坡度约40，计算方量约1.5万 m3。通过解译发现在约2 700 m高程至坡顶范围边坡岩体结构较破碎，坡体上部 发育由卸荷产生的拉张裂隙，多张开。在坡顶高程3 0003 100 m范围识别出一 区域性断裂发育,断裂走向北西,断面倾北东,倾角近直立,断裂带出露宽度 515 m。边坡表层基岩普遍有倾倒变形现象，倾倒后产状变化较大。突出的岩 体被陡倾切层卸荷裂隙切割并张开，在自重及卸荷的作用向后缘延伸贯通后拉裂 坠覆，形成圈椅状裸露岩层。针对中上部边坡岩体在模型上提取有效裂隙面产状 188条，赤平投影至等密度网上绘制裂隙等密图，得到边坡岩体优势产状分为两组：走向6090,倾向330360，倾角5689 ；走向320350，倾向240260，倾角6085。2.4边坡整体评价与建议 滑坡体在模型上未见新近变形及继续滑动迹象，整体基本稳定。测量得到滑坡体 前缘距离上厂址水平投影距离大于800 m,对厂区主体工程影响较小。在三维模 型中可见上厂址边坡碎石流分布区坡面上有零星植被生长，整体处于稳定状态， 且前缘距离上厂址水平投影距离大于500 m,对厂区枢纽主体工程基本无不利影 响。下厂址边坡碎石流分布区虽处在尾水洞工程施工范围内，但考虑到其方量较 小，对工程的影响较小，施工前只需清除即可。对厂址区影响较大的为边坡中上 部发育的卸荷及倾倒变形，这些区段岩体风化卸荷作用强烈，裂隙发育，边坡岩 体结构破碎，推测在地震作用下可能会发生局部块体崩塌，滚落的岩块可能运动 至厂房位置，建议采取拦挡措施，以应对安全储备稍显不足的区段岩块崩落的不 利影响，确保厂房安全运行。总之，目前利用无人机近景测量技术开展高陡边坡稳定性评价还只能从宏观 表层进行初步判断，今后还要进一步拓展至倾斜模型数据与工程计算分析类软件 的数据共享，通过三维数值模拟得出更加确专业的工程评价数据。参考文献：1董秋.三维激光扫描技术在高陡边坡地质调查中的应用.2019.2刘文平.关于无人机在近景摄影测量中的应用.2020.