三維測繪技術在地質災害分析中的應用研究

黃光俊

安康市不動產(chǎn)登記中心 陜西 安康 725000

前言

近年來，我國自然災害頻發(fā)，嚴重阻礙了我國經(jīng)濟發(fā)展和城市化建設進程。隨著科技水平不斷提高及新技術的應用，對地質災害與預警、救助及災后恢復重建工作手段也越發(fā)成熟，地質災害問題的研究工作也取得了較豐富的成果。當前關于地質災害分析方面的研究中主要運用三維測繪技術，使得地質災害分析變得更加精準和高效，降低了因災害帶來損失的幾率。

一、三維測繪技術的成像方法

（一）遙感點云成像法

在災后環(huán)境復雜未知即缺乏部分測繪資料時，無人機遙感技術是遙感點云成像法的核心關鍵。該工作原理為：首先，將無人機遙感技術獲得的航拍坐標和圖像結合Pix 4D mapper技術獲得的數(shù)據(jù)在空間繪成點狀星云圖；然后將無數(shù)個坐標和航拍角度獲得的圖像通過重疊、組合；最后將重疊、組合后的效果圖真實模擬出來。這種方法應用的前提是必須已知三維效果的最優(yōu)解才可得到最好的成像效果，而最優(yōu)解因為對遙感技術有較高要求故運算量大，航拍器的飛行路線和懸停位置也是反復比對調整得出的。其次，無人機在航拍過程中會受到氣流、自身震動和地標曲率等因素影響而產(chǎn)生一定偏差，一般為降低誤差則會采集足夠多的點數(shù)來消除，但這樣反而增加了計算量。遙感點云成像法采用無人機技術節(jié)省了人力，相比于人類工作提高了災后工作效率，而且也降低了救災人員在援救過程中的危險性。

（二）測繪資料建模法

測繪資料建模法的使用前提較為嚴格，要求測繪資料必須完整。通過測繪資料建模法可獲得兩組數(shù)據(jù)，即等高線和高程點數(shù)據(jù)，已知這兩組數(shù)據(jù)中的任意一組就可以通過三維建模技術獲得三維成像效果。因此，測繪資料建模法也對應有兩種成像方式。前者三維建模的數(shù)據(jù)是等高線，其工作原理是先將三維模型分層，然后將存在于不同層的等高線圍成的曲面網(wǎng)格化處理，最后將多層網(wǎng)格重組就出現(xiàn)了立體的三維曲面。高程點數(shù)是后者三維建模的數(shù)據(jù)來源，其工作原理為將大量高程點組成的多個點位三角形重疊拼接大的三角曲網(wǎng)面。兩種成像方法也各有優(yōu)缺點，高程點數(shù)成像法雖然成像效果較好但是重復組合的運算量巨大造成成像速度慢；等高線法成像速率最快但精度不如高程點數(shù)法得到的三維效果圖。以上兩種測繪方法差別并不明顯。精度都可以達到相當高的水平，可以真實反映地形地貌，對地質災害災前預測、災后治理有著舉足輕重的作用。

二、三維測繪成果在災害分析中的應用

（一）災前評估

三維測繪成果將真實地貌再現(xiàn)，為相關人員提供了真實可靠的數(shù)據(jù)，并且節(jié)省了大量人力、物力。以LG項目為例，圖1是該項目Civil 3D技術三維效果圖。由圖可知，A-B段是一段地勢低危險性極高的沖溝，其上游有三個高程沖刷口C、D、E。若發(fā)生地質災害時，A-B段會由于上游三個沖刷口帶來大量淤泥或者覆蓋層使得沖溝將快速填滿并將成為危險地帶。

通過測量得出LG項目高程數(shù)據(jù)（見表1）。由表1可知A、C、D、E四處平均高程在2660米左右，差異較小，B處與A處有20m的地勢差。因此，A-B段將會經(jīng)歷先淤積后下泄的過程，當A處淤積到一定程度時覆蓋物將會由B處大量下泄，將會導致B處下游的地區(qū)遭受嚴重破壞。

表1 LG災前分析高程表

圖1 TW災前分析模型

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，其結果都是建立在三維測繪成果將實際的地質面貌真實模擬呈現(xiàn)在眼前而得出的。三維測繪效果圖不需要反復進行數(shù)據(jù)比對，而是更加直觀地幫助工作人員快速辨別出所有危險區(qū)域，有利于防災人員做好災前評估、確定地質災害發(fā)生的具體位置、成因和影響范圍。

（二）災后跟蹤分析

在災后救治工作中三維測繪成果也發(fā)揮著重要作用。災后地形復雜既不利于醫(yī)護救援人員深入救治，也不利于防災人員和地質專家深入現(xiàn)場了解地形，進而無法準確分析出災害的具體位置、災害類型及影響范圍。因此，在無法了解真實的災后地形時就需要借助Pix 4D mapper技術完成三維測繪效果圖。對山體、河流等地貌可實施動態(tài)分析和災害應急管理。以LG項目為例，制作出Pix 4D mapper三維效果圖（見圖2）。

圖2 LG災害跟蹤模擬模型

圖2 中，中間是山體滑坡形成的山咀，據(jù)記載原址有房屋但無保護措施，與毗鄰的河流僅保持了安全距離。災害過后，房屋已嚴重被破壞且道路也已經(jīng)被阻斷，毗鄰的河流因為土體沖擊形成大浪對下游帶來嚴重的洪澇災害。因為道路被封、災區(qū)受害情況不明不僅延誤了救援進程而且對救援人員來說深入災區(qū)是非常危險的。應用Pix 4D mapper技術真實模擬災后地形并實時跟蹤、修正，可方便救援人員快速確定救援方案。從圖2效果圖中可發(fā)現(xiàn)距離距離河流一段距離外有條未受到影響的鄉(xiāng)道且鄉(xiāng)道的上游有大片空地，該空地山體坡度平緩，發(fā)生災害的可能性較小，可方便救援人員就近設置臨時救助站。因此，救援人員可由鄉(xiāng)道繞行至上游空地進行救援。

三維測繪技術可將災后的地質地形真實模擬出來，方便救災人員確定災害位置及影響范圍，迅速確定救援計劃及對災后實施動態(tài)可視化的管理。

三、結束語

三維測繪技術與測繪成果三維成像技術在地質災害的分析中的應用效果顯著，無論是地質災害災前分析，還是災后跟蹤，三維測繪分析與傳統(tǒng)的分析方法在質量和效率上都有明顯的優(yōu)勢，且更加準確和高效。此外，在自然災害的防治與治理中也可以借鑒三維測繪技術在地質災害中的應用，其在地質災害分析的過程中也必將取得良好的應用效果，進一步實現(xiàn)“預防與控制相結合，模擬與現(xiàn)實相匹配”的防災救災方針。隨著新技術的崛起，三維測繪技術也將在各種災害的預防與治理工作中取得更大的突破。