广东省国土资源测绘院 广东省广州市 510599
摘要：随着我国科学技术水平不断提高，无人机行业发展非常迅速，无人机倾斜摄影测量技术也应运而生。通过无人机倾斜摄影测量技术获取航空影像数据，进行三维建模，利用三维模型进行统计和分析，掌握灾区的情况并迅速开展救援。无人机倾斜摄影测量技术能打破传二维数据的局限性，更加直观地表达空间三维信息，在应急救灾中更加灵活地运用空间信息进行决策，为应急救灾提供更高效的地理信息服务。
关键词：无人机倾斜摄影测量技术；三维建模；应急救灾
1引言
随着全球气候变化以及人类活动对自然生态环境的破坏，近年来全球自然灾害频发，给人类生活和生产带来了不同程度的损害。面对频发的自然灾害，人类要减少对自然环境的破坏的同时，也要加强应对自然灾害的能力。随着科学技术的不断发展，无人机摄影技术在应急救灾中得到了越来越广泛的应用，通过传统的无人机摄影技术能够快速地获取灾区的影像并制作正射影像成果，为应急救灾提供地理信息服务，但是局限于二维的空间信息服务。无人机倾斜摄影测量技术，是摄影测量的一项新兴技术，通过无人机搭载多台航摄仪，从不同的角度获取相片数据，利用获取的影像数据建立三维模型，三维模型可通过不同视角获取地物空间信息并进行三维空间量算。通过无人机倾斜摄影测量技术，构建的三维模型可以真实地表现出地物本身的结构和纹理特征，利用三位模型可量测的特点，更加直观地表达地物的空间三维信息，在应急救灾中更加灵活地运用空间信息进行决策，实现高效的地理空间信息服务。
2工作流程
为了快速响应应急救灾的需求，应结合灾区的情况，在前期黄金时间内开展无人机倾斜摄影，获取影像数据并建立三维模型，对受灾地区进行灾情评估、实施救援。具体工作流程如下：
（1）资料收集与分析：初步掌握灾区受灾程度，收集覆盖受灾地区现势性较高的正射影像成果，便于航摄计划、像控布设以及后期灾情分析。
（2）数据获取与整理：利用多旋翼无人机搭载多台航摄仪，同时从垂直和四个倾斜角度拍摄影像，通过不同视角的传感器同时获取影像，实现灾区影像的快速、高效获取。获取影相后，根据不同视角对影像进行整理。多旋翼无人机机体较轻便于携带，操作相对简单，对起降场地要求较低，在应急救灾中能快速响应。另外，利用集成高精度GNSS接收机和相机的无人机，获取高精度的影像坐标，可减少后续像控测量的工作量，满足应急救灾高效的需求。
图1 搭载多镜头的无人机
（3）像控测量：利用CORS网络，在航摄区域选择合适地物进行RTK测量，获取控制点坐标。必要时，可在航摄前在灾区范围内布设像控标靶，以解决后期因选点困难导致无法施测的问题。
（4）数据处理：利用采集的高分辨率的多方位影像、地面控制点坐标数据以及影像的POS数据，运用专业软件进行空中三角测量并输出高分辨率的正射影像成果。结合得到的空三加密成果，利用实景建模软件输出三维实景模型成果。
（5）数据分析：利用三维模型，结合高分辨率的正射影像成果，对比受灾前后灾区的变化情况，统计受灾信息如：洪水淹没面积、山体滑坡土方量、堰塞湖面积、房屋破坏数量等等。根据受灾情况，选择最佳的应急救灾方案和路线，对受灾人员进行快速安置和援助。利用三维模型模拟灾害的二次活动，疏散灾区居民，避免二次灾害造成的伤害。
3应用效果分析
（1）利用无人机倾斜摄影技术建立三维模型，具有高分辨率、多视角、全方位的特点。三维模型能够真实反映灾区实景，可以通过从不同的视角观察灾情，判断灾情发生的原因、过程以及分析灾情下一步动态发展。
（4）发生洪涝灾害后，利用无人机倾斜摄影测量技术对受灾区域进行三维建模和空间分析，结合现有的基础地理数据，统计洪涝造成的损失情况，利用物理模型模拟洪涝的进一步发展态势，推算出洪涝水位和淹没路径，根据推算结果预测洪涝的风险等级和洪涝灾害二次影响区域，组织二次影响区域人员和物资的转移，避免造成大的损失，为应急救灾快速组织救援和科学决策提供帮助。
图5 统计滑坡土方量
（5）发生滑坡泥石流灾害后，利用无人机倾斜摄影测量技术对滑坡区域构建三维模型，利用三位模型可量测的特点，获取地物的各种空间属性信息，包括长度、宽度、高度、面积、土方量等信息，通过获取的空间地理信息计算出滑坡的影响范围，预测泥石流的发展方向，为应急救灾工作提供数据支撑和决策支持。
（6）无人机倾斜摄影技术不仅在应急救援和灾后重建的过程中发挥重要作用，在灾前预防方面也能提供数据支撑。通过利用无人机倾斜摄影技术对地质灾害易发频发地区进行航摄，建立三维模型并进行灾害模拟，如：对频临山体的居民区或道路进行山体滑坡灾害模拟、对河流沿岸居民区进行洪涝灾害模拟等，对模拟结果进行分析，对地质灾害点进行加固和加建防灾设施、防灾点，规划科学的避难路线，必要时转移和疏散居民区，达到防灾减灾的效果，避免灾害带来的损害和破坏。
4应用局限
无人机倾斜摄影测量技术在应急救灾中能提供高效的地理服务，在将来的应急救灾中也会有越来越多的应用，但目前在应用的过程中仍存在一些局限性，主要包括以下方面：（1）利用无人机进行倾斜摄影时，需要具备一定的天气条件，但往往在发生自然灾害时，天气条件不稳定，给无人机的飞行带来不便，因此在无人机抗风防雨的能力方面有待进一步提高；（2）构建三维模型时，相对于正射影像制作过程而言处理速度较慢，对计算机硬件要求较高，若要提高效率需配备大型计算机工作站，但工作站在应急救灾运输过程中有所不便；（3）在高山区进行倾斜摄影时，由于地形起伏导致影像重叠度变化较大，对空三匹配和建模造成影响。
5结语
利用无人机倾斜摄影测量技术建立灾区三维模型，解决了传统无人机摄影测量技术存在二维局限性的问题，提供准确的空间三维信息，直观显示灾区受灾情况，有利于在应急救灾中的快速科学决策，为应急管理工作提供了高效的地理信息服务，实现从数据获取、灾情分析到指挥救援、灾后重建、灾前预防，从而提升应急测绘保障的能力和效率。
参考文献
[1]黄哲.低空无人机航摄系统在地质灾害应急测绘中的应用[J].华东科技(学术版)，2016，(3):484.
[2]刘洋.无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究[D].上海:华东理工大学，2013.
[3]尹杰，万远，杨玉忠等.测绘地理信息在应急测绘中的应用[J].中国应急管理，2015，(10):48－51.
论文作者:戴诗涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：无人机论文; 测量论文; 模型论文; 灾区论文; 影像论文; 数据论文; 射影论文; 《基层建设》2019年第8期论文;