基于倾斜摄影技术的高位崩塌隐患调查-以花石峡后山为例.docx

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摘  要：高位崩塌作为一种危害性极大的常见山区地质灾害类型，具有高差大、隐蔽性强的特点，传统调查手段分析预测和防治难度大。无人机倾斜摄影技术的出现解决了这一燃眉之急。通过这一技术构建高精度三维实景模型，获取高位崩塌地质、地形、结构等特征信息，可有效为崩塌灾害隐患的勘查、防治工作提供参考依据。本小组以花石峡后山为例，开展了基于无人机倾斜摄影技术测量的高位崩塌分析，通过对灾害点进行的模型重建与数据处理，分析了易发生高位崩塌的山体位置并提出相应的应对方案。
Keys：高位崩塌、倾斜摄影技术、花石峡后山、危岩体
1研究背景
高位崩塌是一种隐患部位具有隐蔽性，失稳破坏具有突发性，致灾后果具有灾难性的地质灾害，严重威胁着山区群众的生命财产安全。受高位地形条件限制，传统接触式、单点式的实地调查难以开展，同时由于落石运动轨迹复杂，
分析预测和防治难度大。近年来，无人机倾斜摄影技术不断发展，其凭借非接触、灵活性强、精度高等特点，在地质灾害相关领域广泛应用，取得了良好的效果。无人机摄影测量有高机动及实时性的特点，基于处理软件生成数字正射影像（DOM）和数字高程模型（DEM），可快速实现对目标区域地理信息的获取、处理与应用，具有信息丰富、影像直观、可三维分析等特点,大大提高了监测的效率，其高精度的数字成果应用于各个监测领域，包括对山区滑坡、泥石流、塌陷等进行监测，并能够全方位多视角监测沉陷区域[1]。通过倾斜摄影技术呈现的高清晰度、高精度三维实景模型，可实现崩塌及危岩体结构特征的调查。因此，本文基于倾斜摄影技术，对花石峡镇高位崩塌开展精细调查，并进行对易发生落石等灾害的隐患山体进行部分分析[2]。
2 研究区域概述

花石峡镇地处山原、河谷地，东临措那湖南岸，平均海拔4500米。 花石峡镇属高寒草原气候，其特点昼夜温差大，气候变化急剧，多风雪；降水量少，风沙大而持续时间长，无四季之分，年均气温-4℃，。 花石峡镇境内湖泊众多，属黄河流域，黄河由西北向东南穿境而过，流域面积约200平方千米。花石峡镇境内已探明的矿藏有砂金等，境内砂金几乎到处都有，其中布青山砂金分布之广，含量高。花石峡镇境内还有野生动物50余种，其中列为国家二类保护动物的有白唇鹿、藏羚羊、棕熊、猞猁、黑颈鹤、天鹅等。此外，花石峡镇蕴藏的药用植物约120种，其中常见的和常用的达90多种。
花石峡后山危岩体概述
花石峡镇后山自西向东共有26处危岩体分布，在特殊的地质环境条件和气候条件综合作用下，危岩段岩体构原生裂隙发育普遍，长期处于不稳定状态。因危岩体所在区域地形坡度较大，岩体坠落后沿着陡坡崩落，势能极大，对全镇的建筑及居民构成不同程度的威胁，特别是对镇政府、中心寄宿学校、电视台、粮站、卫生院、敬老院、兵站等1884人和8500万元财产及国道G214线构成严重威胁，确定危害程度等级为一级。
3 模型重建方法与过程
本文采用大疆精灵4Pro无人机进行野外作业，然后采样Context Capture和大疆智图两款软件进行模型重建，并对其精度进行对比分析。
基于Context Capture进行模型重建
首先导入外业采集照片共计338张进入新创建的空区块，并验证其完整性。然后进行相关参数设置之后提交空中三角测量，空三计算完成后软件反馈：影像信息完整，区块可进行三维重建。此时对空三计算结果进行自适应切块处理，以使得三维重建期间的内存占用降至合理区间。完成切块之后，提交新的生产项目，选择生成三维网格，输出OSGB格式，给定WGS84坐标系，范围选择所有瓦片，最终提交生产，等待3小时45分钟之后，模型重建完成。随后提交输出3MX格式的生产项目，重建耗时21分钟。输出3MX格式完毕之后打开Acute3D Viewer查看输出模型无误。
基于大疆智图进行模型重建
首先将无人机拍摄完毕的带有坐标位置的338张照片导入到大疆制图软件中，导入成功后软件界面会显示每张照片在地图上对应位置的信息。其次在左侧操
作栏分别设置空三、二维模型、三维模型参数。其中二维模型分辨率选择中，场景选择测绘场景，计算模式选择单机计算；三维模型分辨率选择中，场景选择普通场景，计算模式选择单机计算。最后设置完成后依次开始重建。在确认设置信息后模型创建就开始了。进度条至100%则模型输出成功。
4 Context Capture与大疆智图重建过程对比

Context Capture操作较为复杂，内部可手动设置的参数较多，且多为专业术语，对新手和非专业人员有一定的上手难度。因此，基本只能使用其默认参数进行空三计算和三维重建[3]。
大疆智图内部可手动设置的参数虽然比CC少很多，但是因此操作起来更为简便，小组成员在第一次使用该软件时就能很快熟悉界面并上手操作，整个软件也显得更加智能与简洁。
图 1模型细部对比

Context Capture采用rigid registration设置，空三计算花费时间20分钟，采用自适应切块10瓦片输出OSGB格式花费时间3小时45分钟，输出3MX格式花费时间21分钟，共计4小时26分钟。大疆智图生成2D中等分辨率模型生成时间约为15分钟，生成3D中等精细度模型生成时间约为25分钟，共计40分钟。

由于Context Capture在生成模型之前进行了切片处理，因此其建模精度相比大疆智图更高，建筑细节更突出，更有体积感（见图1）；而对于自然环境的渲染质量也更高，因此更适合用于高位崩塌的分析[4]。
5 模型分析与建议措施
花石峡后山的危岩体由摇摇欲坠的呈楔状凸出的块体组成，坡体下部为建筑分布区和居住区。危岩陡崖段高15～30m，近于直立，是崩塌形成的内部条件之一[5-6]。
通过ContextCapture软件计算DSM数字表面模型并导入ArcGIS ，从计算结果可以看出，花石峡后山平均坡度在17°~47°区间之内，坡度大于47°的为危岩陡崖，岩体均为裸露的碳酸盐岩层，受风化侵蚀较为严重，因此可以从坡度分析图（图2）中大致看出花石峡后山的危岩体分布情况，其中有4处危岩体的位置对花石峡镇人民的生命财产安全构成较大威胁，其具体位置见图3。
图2 花石峡后山坡度分析图
图3 危岩体具体位置
6 结论
（1）大比例尺倾斜摄影能够获取工作区高精度的三维实景模型，且具有非接触、全视角、高精度的特点，能够提高崩塌灾害隐患的调查效率，保障调查人员安全，可实现对地质灾害发育背景、灾害体基本特征、威胁对象等关键信息的识别，在本小组高位崩塌分析工作中发挥了重要的作用。随着现代科技的不断发展，倾斜摄影技术应用的领域将会不断扩大，其所具备的优势也将放大。
（2）花石峡后山危岩体崩塌防护建议措施：花石峡北山危岩体多为坠落式，变形主要受地形、地层岩性、地质构造、风化、水、地震作用影响，具分布广、大小规模相差较大等特点。通过稳定性评价，均处于安全储备不足的不稳定状态，均需要进行危岩地质灾害治理工程。在正常荷载条件下，设计与施工的防治工程应能保证危岩的整体稳定，不致造成危及人民生命财产安全的重大地质灾害。针对花石峡北山危岩分布广、类型较多，大小相差较大等特点，工程设计时在充分考虑到北山斜坡上部、中部、下部地形特征、综合考虑采用上清（固）+中拦+下截综合治理措施，分别采用人工清除、锚索锚固、抗滑桩、拦石网、山体滑坡防护网、浆砌石嵌补等工程治理措施。
Reference
[1]陈梦源, 李慧娟, 李喜, 刘畅, 潘峰, 丁旭峰, 余杰, 张文广. 基于倾斜摄影技术的高位崩塌调查与数值模拟分析——以柴埠溪峡谷口崩塌为例[J]. 资源环境与工程, 2023, 37 (05): 578-586.
[2]郭学飞, 焦润成, 曹颖, 闫驰, 王晟宇, 赵丹凝. 倾斜摄影测量技术在崩塌隐患调查评价中的应用[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2020, 31 (01): 65-69.
[3]杨绪波, 程强, 袁进科, 谢伟, 雷航. 基于无人机倾斜摄影的危岩识别及数值模拟分析[J]. 人民长江, 2023, 54 (06): 112-119.
[4]万天同. 基于无人机倾斜摄影技术的高陡危岩体稳定性分析研究[D]. 华北水利水电大学, 2020.
[5]张彤. 基于倾斜摄影的山区道路崩塌识别研究[J]. 中国新技术新产品, 2023, (04): 94-96.
[6]刘福臻, 李旭德, 王军朝, 刘建康, 陈龙, 张佳佳. 基于无人机和Rockfall Analyst的崩塌落石特征分析与运动学模拟——以察雅县崩塌落石为例[J]. 自然灾害学报, 2021, 30 (03): 171-180.
基金项目：本文系衢州学院2021年国家级大学生创新创业训练计划项目“地下综合管廊不均匀沉降多尺度监测预警技术研究”（项目编号：202111488010）研究成果。
 
-全文完-