无人机摄影测量技术在高位危岩地质灾害精细化调查中的应用

闫俊，张云卫，袁晓路，麦松锋

（湖北省地质局第五地质大队，湖北 鄂州 436000）

1 引言

近年来，无人机近景摄影测量作为一项新技术，能够实现大范围高分辨率图像的快速采集， 在地质灾害调查研究中得到了有效应用。 特别是对于西南山区存在很多高位危岩地质灾害的高陡山坡， 传统的地质调查手段已无法满足该类地质灾害的调查需求[1]。 而无人机摄影测量技术凭借其非接触、高精度、高效率的优点，已经广泛应用到地质调查领域，特别是对于山区高位危岩地质灾害的调查， 受到地质工作者的喜爱和推广，为高位地质灾害的调查技术提供了新的解决方案。

2 研究区概况

该危岩带位于兴文县周家镇洛浦村3 组高陡崖壁上，地貌类型为构造侵蚀、溶蚀中山地貌，整体坡向约165°，地形总体趋势倾向呈南西向；陡坡上部近于垂直，中下部为崩塌堆积体，坡度为30°～50°；危岩带顶部高程1 002～1 102 m，底部高程900～1 002 m。 该危岩带总长约320 m，平均高120 m，危岩平均厚度约15 m，体积约5.7×105m3，属大型崩塌。 危岩带出露地层为三叠系下统飞仙关组（T1f）紫红色薄层-中厚层砂质泥岩夹青灰色泥质灰岩，风化裂隙较发育，岩层产状260°∠8°。

3 无人机摄影测量技术

3.1 无人机设备参数

选用1 台大疆AIR 2S 和1 台大疆M300 RTK 无人机进行组合作业，前期采用大疆I AIR 2S 观测调查区高压线、录制崩塌体实况和采集全景数据，外业数据采集上，采用飞行性能强大的M300 RTK，搭载DJI P1 镜头进行作业。航测结合千寻基站定位信息，定位精度优于1 cm。无人机内置厘米级导航和定位系统，具有支持RTK 和PPK 高性能成像系统，精度达厘米级，外业操作简便，内业成图快捷。

该危岩带属于典型的高位危岩，危岩单体数量多、分布范围广、地形复杂、高差大。测量任务重、时间紧、精度要求高。综合考虑项目成本等因素， 将该无人机应用到本次危岩精细化调查工作中，其参数见表1。

表1 无人机及镜头参数

3.2 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术通过5 个角度对地面情况进行拍摄，获得三维数据， 客观地再现地物的外观、 结构以及高度等属性，弥补了传统遥感技术测量的不足，使倾斜摄影测量技术应用更为广泛[2-3]。 其测量的数据带有空间位置信息和各种影像数据，同时还可以输出DSM、DOM、DLG 等数据成果，为地质灾害的解译和提取提供便利。

3.3 无人机工作流程

3.3.1 确定航测调查环境

通过实地踏勘观察， 危岩测区范围内植被主要以杂草灌木为主，植被总体较低矮，危岩所处陡崖基岩裸露，附近电线分布稀疏，满足无人机对危岩进行航测的条件。

3.3.2 航迹规划

该危岩山体面积约32 000 m2，测量面积较大，山顶标高最高海拔约1 102 m，危岩所在陡崖相对地面高差540 m，因此，根据航迹规划软件，设置本次航飞相对高度为600 m，选择坐标系，设置照片比例尺为1∶2 500，点选8 个边界点生成测绘区域；自动规划航线，航线为弓字形路线，共7 条航带，线路航向与山体延伸方向平行；设置覆盖度航向80%，旁向70%。 拍摄前需要进行像控点的布设，分别于危岩所在山体下方道路上共布设3 个控制点， 并采用RTK 进行控制点坐标的精确测量。

3.3.3 航拍作业

该危岩总体分布较宽，危岩所在陡崖高差大，选择的大疆M300RTK 是一种四旋翼智能无人机，航测按照规划航线对危岩数据的采集和摄影， 从多个多角度去完成对覆盖危岩的拍摄，实现精细化测量的目的。

4 危岩正射影像与倾斜三维模型

根据无人机航测数据，生成危岩航测区的正射影像图，能够从俯视角度呈现危岩与威胁对象的平面关系， 同时清晰地反映了危岩、 崩塌堆积体的平面范围和距离威胁对象的水平距离。

通过航拍影像数据处理可生成危岩区的倾斜三维模型，该模型真实客观地反映了危岩区的地形地貌、植被特征、威胁对象等位置关系。 该倾斜三维模型总体长800 m，宽1 000 m，如图1 所示。

图1 危岩倾斜三维模型

5 高位危岩精细化调查统计

5.1 高位危岩基本特征的精细化测量

通过模型处理软件的测量功能， 在模型上对危岩体进行尺寸的量测，可以快速准确地获取高位危岩体的长、宽、高、厚度、面积等几何基本特征参数，同时还能够快速计算出危岩体的体积，实现对高位危岩的快速精细调查[4-5]。

5.2 高位危岩控制结构面的测量

可通过内业软件对危岩节理裂隙的长度、间距、产状进行快速精准测量， 为高位危岩的结构面测量统计提供快速精准的解决方案。

5.3 高位危岩典型剖面的快速生成

根据对危岩结构面产状的测量和统计， 生成结构面赤平投影图。 根据图2 可知，控制危岩稳定性的因素主要为3 组节理，分别为岩层的产状260°∠8°、与边坡平行的后缘裂隙133°∠68°，以及节理①349°∠80°、节理②227°∠13°。 节理将岩体切割成块状，随着地震等作用，危岩体将会出现更多的裂隙或崩落。

图2 火烧岩危岩典型剖面图

该典型剖面长650 m，相对高差220 m，剖面根据实景三维模型生成，准确反映了危岩区典型的地形特征，具有快速、准确的特点。

6 结语

目前，无人机摄影测量技术已经被广泛应用到地质灾害的调查工作中， 无人机摄影测量技术和地质技术整合在一起，更加便于调查与结果的一体化集成，实现调查统计的更高效化。 同时，将激光雷达技术与无人机技术更好地结合，解决地表植被覆盖问题， 将对危岩的测量和调查产生更大的价值。