0 引言

重庆地区特别是三峡库区是全国地质灾害高发区之一,其中危岩是三峡库区主要地质灾害之一,约有30000余个危岩位于陡坡或陡崖上[1]。危岩具有分布范围广、发生频率高、灾害损失大等特点[2-4]。重庆市政府每年投入大量财政预算对地质灾害进行预防和治理,重庆市国土资源和房屋管理局建立了重庆市地质灾害监测系统,对全区域的地灾点进行实时监测,但目前主要的方式是无人机正射影像叠加数字高程模型(DEM)建立三维模型。

低空无人机倾斜摄影技术(UAV Oblique Photography Technique)是在低空无人机飞行平台上搭载5镜头传感器(图1),同时从一个垂直、四个倾斜共五个角度同时采集高分辨率航空影像[5],低空无人机倾斜摄影测量获取多视角影像,作为重要的数据来源具有:快速的机动响应和成像能力、数据自动化处理、倾斜影像可实现单张影像量测和模型真实、细节丰富、建模成本低等优势。通过采用先进的定位技术,嵌入精确的地理信息,获取更丰富的影像信息,扩展了遥感影像的应用领域[6]。倾斜摄影测量最主要的优势还在于快速构建真实的三维模型,为数字城镇、数字城市建设及地形复杂的地质灾害监测等应用方面提供全面、准确、详细的三维地理信息。目前该技术在欧美等发达国家已经广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理等行业,但在国内应用还处于起步阶段[7],主要集中在灾害模拟、城市建设、文物保护、土地管理、城市监控几个方面。另外,在城市规划设计、交通管理、管道建设、电力建设等领域也有广泛的应用。

图1 倾斜摄影五镜头相机

1 航摄区概况

狮子头危岩位于万州区城郊钟鼓楼街道办事处小岩村、双溪村及百步村。危岩处于欠稳定——基本稳定状态,危岩均属小型危岩。危岩体主要由巨厚层状、中粗粒长石石英砂岩构成,底部砂岩与底砾岩及夹层泥质粉砂岩边界处均发育有岩腔。狮子头危岩陡崖在平面上分布受控于陡崖发育方向,陡崖大致呈“U”型展布,危岩陡崖总长约3.1 km。危岩位于万州区城区边,陡崖下部为沿江道路,居民住宅密集。

素质教育和新课改中的先进教学理念其出发点和落脚点都是为了促进学生的发展，也就是说，目前小学数学的教育目标已经不是单纯的学生成绩与理论知识的累积，而是学生能力及综合素质的提升。小学数学情境教学就是教师在教学的过程中，有目的的创设或者构建具有情感色彩和身心体验的场景，激发学生的主观能动性和探究意识，实现知识的由繁变简，由抽象变具体的完美转化，进而提升“教”与“学”的效果。

4.将需要改扩建的日常生活用房等存量项目，鉴于前面已经分析的原因，这些项目适用于ROT,付费机制可以采取使用者付费。

图2 倾斜摄影测量技术流程图

2 数据的获取

水平方向上,由于倾斜相机的垂直方向的镜头是正射的,与传统的正射影像一致,地面分辨率为0.2 cm,能清晰的展示水平地表面上的地物详细信息。垂直方向上,由于倾斜相机前视、后视、左视、右视四个方向都能拍摄,通过数据处理后能获得清晰的地物侧面信息,由图4、图5可以明显地看出,通过倾斜摄影测量构建的三维的模型真实地反应了岩体侧面的信息,能从各个角度观察危岩的岩体特征,而传统正射影像叠加DEM建立的伪三维模型只能精确的显示出水平方向的地物信息,垂直方向上基本无信息显示。如要获得清晰的侧面纹理特征,需对地物进行拍照,获取地物的结构和纹理特征,进行贴纹理处理,从而使得建模时间加长、成本增加,并且导致数据量大且冗余、纹理失真等各种缺陷。

3 倾斜摄影测量技术路线与模型构建

航摄的数据处理主要包括倾斜影像自动空中三角测量、倾斜影像密集匹配和倾斜影像的拼接,自动空中三角测量中重要的是倾斜影像连接点的自动匹配、倾斜影像匹配点粗差检测及自由网构建和倾斜影像区域网平差[12]。数据处理后可得到DLG(Digital Line Graphic)、DEM(Digital Elevation Model)和真三维模型如图3所示:

数据处理软件为全自动进行三维模型的Bentley公司的Smart 3D软件,一般包括Master、Setting、Engine、Viewer几个模块,是目前处理倾斜摄影测量数据标准的软件系统之一。研究利用数据处理软件对数据进行处理,将进行过POS检校及结算后的数据加载到软件中进行后续数据处理,主要步骤包括控制点量测、数据预处理、几何校正、区域网联合平差、真正射纠正、三维建模、三维数据生成及多格式输出等[11]。详细技术路线如图2所示。

同时,通过在模型上进行点坐标、长度、面积和堆填土量的量测,可以得出正在整治的三个危岩体的点坐标(略)、长度、高度、面积数据,如表1所示:

图3 倾斜摄影测量产品模式

4 三维数据在地灾监测的应用

4.1 三维模型对比分析

三维建模数据生产完成后,与传统正射影像叠加DEM建立的伪三维模型相比具有明显的优势,为地灾点监测提供了直观、真实的三维模型,如图4、图5所示:

图4 倾斜摄影模型

图5 正射影像+DEM模型

低空无人机对危岩进行航摄,经过多年的发展创新,在技术上逐步成熟,不同机型的操作和数据处理也在日趋完善[8],无人飞行器低空遥感具有机动灵活、快速高效[9]、精细准确、作业成本低、适用范围广等重要特点,在小区域和常规飞行困难地区快速获取高分辨率影像方面具有明显优势[10]。以八旋翼无人机搭载改造后的倾斜摄影相机,光圈F2.4,图像分辨率(单相机)7140×5360,镜头焦距8 mm,像元尺寸为1.5 μm,侧视镜头倾斜角为40°,最小快门速度1/1000,最小曝光间隔为5s。该倾斜相机由5个镜头组成,包括一个垂直拍摄的镜头和4个不同朝向的镜头,每个朝向的镜头，拍摄154张影像飞行时间为半小时,共770张倾斜摄影航摄相片及其POS数据,相片航向重叠度为80%,旁向重叠度为80%,平均飞行高度250 m。在低空领域(300 m以下),以无人机(多旋翼无人机)搭载改制的轻小型倾斜相机,优点是操作简单、航摄成本低、模型颜色与细节丰富。

清代碑学的兴盛吸引了众多研究者的目光，但也有研究者注意到了清代帖学并没有完全消亡，而是仍发挥着影响。这方面的研究主要从对于清代碑学发展的反思、批评以及对于清代碑帖融合代表的探究角度立论。

表1 危岩体量测数据表

危岩体长度/m高度/m面积/m2114.7527.5998.86245.5541.57268.83317.3142.36118.89

4.2 倾斜摄影在危岩方面的应用

(2)倾斜摄影测量建立的三维模型真实地反映了危岩的整体情况,对危岩的位置、大小、范围以及周边情况有一个直观的展示,可反映出危岩的真实情况,实现危岩的全方位监测。

(1)无人机航飞用时30分钟,获取原始影像共计8.89G,利用移动工作站1台,数据处理用时2天,成果大小为207MB,与传统三维模型建立相比,不需要人工实地测量和拍照以及后期的纹理粘贴处理,所需时间缩短。以8平方公里范围的三维建模测量工作为例,传统人工方式需要20名人员和60个工作日,而采用无人机倾斜摄影技术只需要2名人员和1个工作日的时间就能完成[13]。在提高硬件设备的基础上可实现对危岩的实时监测。

回路矩阵C的方向可以提前约定，其反映了裂隙段之间的关系，有以下性质：每一行中非零元素的个数等于该行代表的回路的维数。

(3)建立真实的危岩单体三维模型,通过三维模型对危岩单体形态特征进行测量,可快速进行图切剖面的工作。在危岩整治阶段提供土石方量的参考数据,在灾害发生后的灾情范围和强度等方面进行评估和展示具有重要的参考意义。

(4)通过倾斜摄影测量生成的DLG、DEM、DOM等数据,如图3所示,达到部分测绘标准,可辅助实地测绘或取代实地测绘,降低人力成本。另外,地灾点特别是危岩区域一般为人力难以到达的困难危险区域,通过三维模型展示的真实地貌地形,降低人员风险。

5 结束语

倾斜摄影测量技术是测绘领域近年来迅速发展的一项高新技术,在三维数据获取领域,倾斜摄影测量以其独有的技术优势发挥着越来越重要的作用。随着国土资源管理工作的精细化、高效化、规范化管理需要,研究将倾斜摄影测量应用到地灾监测中,如地质灾害监测、抢险救灾、灾后评价等各个方面,该技术同时也存在一些不足:(1)三维模型侧面受地物,特别是阴影遮挡,侧面纹理易出现空洞,需要利用软件进行贴纹理、补空洞等工作,增加了工作量;(2)与传统正射影像航飞相比,倾斜摄影一次曝光时间需拍摄5角度5张照片,飞行时间长,航向特别是旁向重叠度高,要求达到80%以上,增加了航飞时间,对无人机续航时间提出了新的要求;(3)目前倾斜摄影建立的三维模型主要用于地灾展示,对于下一步的利用还较少,需进一步研究。

参考文献

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[2] 陈洪凯,王圣娟.三峡库区灰岩地区岩质边坡危岩座裂演化机制研究——以重庆市金佛山甄子岩为例[J].重庆师范大学学报：自然科学版,2017,34(3):38-43.

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[10] 马泽忠,刘智华,王福海,等.低空无人飞行器低空遥感技术在重庆城口滑坡堰塞湖灾害监测中的应用研究[J].水土保持学报,2011，25(1):253-256.

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[13] 欧伟光.九支队派出技术人员参加无人机倾斜摄影测量及三维建模培训班[EB/OL].(2017-12-11)[2017-12-11].http:∥www.beihai.gov.cn./bhxxgk/zghidjzd/gzdt_85935/201712/t20171211_1623174.html.