三維測繪技術在地質災害分析的應用范文

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［摘要］本文通過研究三維測繪技術的原理與方法，運用Civil3D技術和Pix4Dmapper技術對比研究了測繪資料建模法、遙感點云成像法在地質災害災前評估、地質災后跟蹤分析等方面的應用，論證了三維測繪技術在地質災害分析中的重要作用。并以TW項目為例，說明了三維測繪技術在地質災害前分析評估、災害后跟蹤分析等方面具有突出應用效果，論證了三維測繪技術在地質災害分析上具有很高的應用前景，其可大幅提高地質災害分析的質量與效率。

［關鍵詞］三維建模；測繪；地質災害

0引言

早在二十世紀六十年代，國、內外學者就已開始研究地質災害問題，隨著泥石流、地震、洪水、滑坡、坍塌等災害的頻發，近些年針對地質災害的研究日趨成熟，在科技水平不斷發展的今天，越來越多的新技術也成為了地質災害分析的技術手段，通過研究發現，三維測繪技術在地質災害危險性評估以及災害防治措施分析等方面具有突出作用，通過三維成像手段與三維測繪技術，地質災害分析工作將更加高效、更加準確，為災前預警與災后跟蹤提供技術保障［1－3］。

1三維測繪技術在地質災害分析中的成像方法

三維測繪技術即通過三維成像的方法完成測繪工作或通過三維建模的方式輔助完成測繪成果。在測繪資料完整的情況下，可以通過Civil3D技術完成測繪資料的三維成果復核與輸出；在測繪資料不完整或無測繪資料的情況下，可以通過遙感技術或三維掃描技術配合Pix4Dmapper完成三維測繪成果輸出。

1．1測繪資料建模法

在測繪資料完整的情況下，我們通過三維建模技術實現三維測繪成果成像。在測繪資料完善的情況下，高程點數據和等高線數據都比較完整，在這種情況下我們有兩種方式進行三維成像。一種方法是通過高程點數據進行三維建模，運用高程點數據進行三維建模的優勢是模型網格更加細致，成像方式是以多點位三角網拼接形成三角網曲面，這種曲面成像方式是無窮多個微型三角網面組成，可以將測繪成果準確的反映出來，但運算量較大，成像速度相對較慢［1，5，7］。另一種方法是運用等高線數據進行三維建模，運用等高線數據進行三維建模的優勢是網格形成效率高，成像方式是以等高線對三維模型進行分層建模，對每一層兩條等高線間的曲面進行網格化，再通過不同層間網格組合形成整體三維曲面，這種成像方式效率高，但是成像精度低于利用高程點完成的三維成果。兩種三維測繪成像方法在地質災害分析過程中的差異并不明顯，都可以反映地形地貌等地質特征，在計算機水平不斷進步情況下，兩種方法均可以通過細化網格的方式達到相當高的精度，在地質災害分析中發揮重要作用。

1．2遙感點云成像法

在測繪資料不完整或無測繪資料的情況下，我們需要借助無人機遙感技術，通過無人機坐標定位與航拍成像，通過Pix4Dmapper對點位坐標數據與航拍圖像進行定位整合，將無人機航拍坐標點位與成像角度進行空間定位，首先形成無人機點位星云圖像，再將各成像點位的成像效果在空間上投影，每一個點位的空間投影通過疊加與重組形成空間曲面與地上物空間形態［8］。這種成像方式對遙感數據資料要求較高，航拍路線和位置需要提前計算分析，以便成像投影可用度較高，這種三維測繪的方法運算量巨大，是對三維效果反復優化與調整后得到的最優解，同時其成像成果可能受到大氣折射、無人機振動偏位、地磁變化影響坐標定位、地表曲率等綜合影響帶來一定的誤差，但是當測量點數量達到一定的規模時，誤差將逐漸的降低，但是運算量會大幅升高。這種測量方法與傳統的測繪實勘相比要大大降低了人力成本，提高了工作效率，同時，在地質災害分析過程中，該種方法所得到的三維測繪成果完全可以滿足精度要求，并不會對地質災害分析效果造成較大影響［11］。

2三維測繪成果在災害分析中的應用

2．1地質災害災前評估

三維測繪成果在地質災害分析過程中更能直觀的反應災害預警區域的基本地形地貌特征，便于地質專家、防災人員進一步分析可能發生地質災害的類型、具體位置、影響范圍等［4，6］。本文以TW項目為例進行具體分析，如圖1展示了項目的Civ－il3D三維測繪成果，在該三維測繪成果中，可以清楚的分辨出A－B段處有一個明顯的沖溝可能成為該項目區的安全隱患，比如發生滑坡、泥石流等地質災害，由三維模型分析可知，若發生泥石流、山體滑坡等災害，該沖溝主要有三條沖刷入口，分別在C、D、E三個位置（距A點均取200米緩沖距）。那么在災害發生時，沖溝A－B的覆蓋層或沖刷體淤積量都將會非常快速的增長，具有非常嚴重的安全隱患。圖1TW災前分析模型此外，通過表1中對該處高程分析可知，B、C、D三處高程差異不大，平均高程都在2660m左右，那么當地質災害發生時，A處將經歷一個前期淤積與下泄并存的過程，下泄土體會將A－B段原有凹陷填充平整。由于A－B段高程差20m左右，當A區域淤積量達到一定量級時，會突然爆發并在已填充平整的大高差沖刷段迅速涌出，對B區域下游造成嚴重的破壞。通過上述分析，我們可以在發現，借助三維測繪手段進行災前研究，可以更直觀的對常見地質災害進行綜合分析，傳統的等高線圖分析尚無法快速識別地質災害可能發生的位置，需要不斷地進行數據比對，而三維測繪成果可以幫助我們迅速的識別整個區域內所有可能成為潛在災害風險的區域，并可以提供模擬場景，便于在災前充分評估，具體分析地質災害的成因與影響等情況。

2．2地質災后跟蹤分析

三維測繪技術在災害已經發生的情況下也具有十分重要的應用價值，在這種情況下，原有的地質勘察資料與測繪資料已無法作為災后分析的根本依據，需要利用三維測繪手段，對災害發生地點重新進行測量，可利用Pix4Dmapper完成三維測繪的基本工作，運用Civil3D完成原有地質情況與現階段情況的差異分析，進行地質災害影響評估，根據Civil3D三維建模成果進行路網、山體、河流等的影響分析，對災害應急預案進行動態分析與管理［10］。如圖2所示，為TW項目所在區域山體滑坡形成的山咀，據縣志記載，該地區地處河流邊緣，交通條件便利，原址有部分房屋，且沒有做任何防護措施，僅設置了安全距離。地質災害發生時，該區域房屋均受到了嚴重損毀，同時該路段道路被土體完全截斷，河流在受到土體沖擊后形成了較大涌浪，對下游造成了一定的洪水影響，救援團隊由于對該地區災害情況了解不夠充分，進入災區十分困難，同時無法通過原有測繪資料識別通行路徑，存在救援延誤［9］。那么，如果當時三維測繪技術可成熟的應用于地質災害分析，我們就可以通過Pix4Dmapper和Civil3D模擬災后場景，并實時跟蹤與修正，根據災害的影響范圍與規模快速制定救援方案。如圖2中的三維測繪成果，我們可以發現在河道右側存在另一條未受到災害影響的鄉道，同時河道上游有大片空地沒有受到滑坡和洪水的影響，那么在道路規劃上我們就可以由此鄉道繞行至受災區域上游進入災區進行救援，并在上游平坦區域建立救助站。同時我們也可以對該救助站進行風險評估，通過三維測繪成果分析可知，該區域距離兩岸山體較遠，同時該區域兩岸山體坡度平緩，基本可以排除次生災害發生的可能，是基礎條件良好的區域。

3結論與展望

綜上所述，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，還是地質災害災后跟蹤，三維測繪分析較傳統的分析方法從質量和效率上都有明顯的優勢。首先，在測繪成果表現形式上，三維測繪成果更加直觀、更加真實，可以模擬真實場景，便于輔助分析；其次，在地質災害災前分析階段，三維測繪在災害分析過程中可以迅速的識別整個區域內所有可能成為潛在災害風險等區域，并便于提取水平距離、高程等比對數據，可以同時滿足定性分析與定量分析的各項需求；再次，在地質災害災后跟蹤分析過程中，三維測繪技術可以準確、高效的進行災情復原、災后場景模擬等，為救災減災工作提供便利的條件與可靠的技術支持。三維測繪技術是勘察、三維掃描、遙感、三維建模技術的有機結合，其在規劃、設計、施工等領域已有非常多的應用成果，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“預防與控制相結合，模擬與現實相匹配”的防災救災方針。從技術層面讓地質災害分析工作實現質的飛躍。此外，三維測繪技術在災害分析方面也不局限于地震、滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷、地裂縫等地質災害分析，這種技術手段與研究思路在干旱、暴雨、洪澇、臺風、寒潮等其他自然災害的分析研究中也具有很高的借鑒意義與應用價值，隨著技術的不斷進步，其將在國、內外各類災害的預防與治理工作中發揮重要作用。

參考文獻

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［10］張菖，陳志文，韋猛，等．基于BIM的三維滑坡地質災害監測方法及應用［J］．成都理工大學學報（自然科學版），2017，44（3）：377－384．

［11］馮建輝，楊玉靜．基于灰度共生矩陣提取紋理特征圖像的研究［J］．北京測繪，2007（3）：19－22.

作者：羅太近；宋小慶；向峰 單位：貴州省地質礦產勘查開發局111地質大隊