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1、摄影测量三维滑坡 监测系统 福建省地质环境监测中心 2011年11月,目 录,4 结语,1 研究概述,2 摄影测量三维滑坡监测系统简介,3 摄影测量三维滑坡监测应用实例,1 研究背景 福建省地质灾害具有点多面广，规模小，危害性、危险性大的特点,随着福建经济建设的蓬勃发展,交通、水利及资源开发等工程项目的大量实施,由滑坡造成的威胁和灾害大量增加，已引起各级政府的高度重视和社会各界的极大关注。,一、研究概述,2 研究内容 研制基于近景摄影测量技术的三维滑坡监测系统，该系统能在短时间内（一般情况下，系统的运行时间约1小时，若监测范围较大，拍摄影像可能较多，处理时间可能增加），计算出较为精确的形变位移
2、量。经过软件平差后控制点内符合精度达1/8000以上，外符合检查点精度达1/4000以上。从而快速监测滑坡位移情况，为处置决策提供依据。,摄影测量三维滑坡监测系统是基于多基线数字近景摄影测量系统理论的近景摄影测量软件系统，该系统实现对地质滑坡体进行数据采集、处理、分析。系统主要由相机检校、观测、数据处理、成果分析等4个分系统（子模块）组成；在完成各个分系统（子模块）关键技术的攻关研究后，集成各自相关的软件分系统、子模块等研究成果，形成近景摄影测量数据处理集成软件系统。最后，在该集成系统上进行滑坡监测的技术实验与应用示范,二、摄影测量三维滑坡监测系统简介,1 相机检校子系统 检校子系统由检校场和
3、检校软件组成，检校场为检校过程使用的控制点参照；检校软件用于检校计算，获取相机的内外方位元素和镜头畸变差改正系数。该子系统实施有两个可选策略：即利用液晶显示屏（LCD）或孔板进行快速检校和利用控制场进行高精度检校。,2 观测子系统 观测子系统由相机、镜头、三角架、皮尺等组成。相机为普通单反数码相机或可更换镜头相机，配备不同焦距的定焦镜头以获得不同的成像视场角。 外业技术人员在选定监测区后，在监测区前方设置一经检校后普通数码相机，用三脚架固定，拍摄具有一定重叠度的相对后即可构建立体模型。,3 内业数据处理子系统 为处理的软件子系统，获取了不同时段的数字图像后，在数据处理软件中处理得到变形量，并进
4、行相关结果分析。软件包括：工程管理模块、立体显示模块、三维量测模块、数据交换模块、结果分析模块。,考虑到我省滑坡监测的实际情况，结合本系统的特点，我们选择了一系列的滑坡灾点进行监测试验，检查系统的性能。主要包括系统测试，可测量范围测试试验，精度分析试验。现例举系统在福州晋安区宦溪鼓岭滑坡监测中的测试实例，说明其应用过程。,三、摄影测量三维滑坡监测应用实例,1 摄影滑坡监测方案的确定 该滑坡位于福州晋安区宦溪鼓岭丘陵区海拔标高约195m的两栋民宅前缘边坡，坡高约25m，坡长约80m，边坡坡度约48，坡脚发育一条近东西向的沟谷。因该边坡坡长较大决定采用多基线旋转摄影方案，并根据滑坡的地形特征确定在
5、与滑坡相对的山坡选择13个测站开展监测实验。,（一）外业过程,2 布设觇标像控点 为了保证后期滑坡数据处理成果精度，要求觇标像控点布设分布均匀合理，能用尽量少的像控点控制住整个测区。布设原则是将像控点分布在测区四周角点和边线上，然后在测区中部再布设少量像控点，保证在进行旋转基线摄影时在每个条带的四周都有像控点分布。觇标应明显，易于分辨，不能被其他物体遮挡，觇标正面应面向观测位置。,3 建立自由坐标系为了保证坐标系的统一，需要确定测站的坐标。若采用测定测站的实际地理坐标，需要通过已知控制点坐标引到测站点，但受限于实地条件，我们在实际操作中采用假定物方坐标系的方法来确定测站位置。 先确定理想的观测
6、位置作为测站，在该测站点位置做好标记，作为之后多次观测时全站仪摆站的同一位置。 摆好站后，统一设定该测站坐标位置，例如（0，0，0）作为该假定坐标系的原点，再用棱镜对准一个确定的位置，作为零方向，把假定的物方坐标系唯一地确定下来，其间所测得的坐标都被统一到这个假定坐标系中。,4 像控点坐标测量 全站仪摆好站后就可以进行像控点坐标测量，测量时要瞄准作为像控点的觇标中心位置，进行测量。,5 草图绘制在测量像控点坐标的过程中，为了使所测得的像控点坐标在后期内业处理的过程中能够一一对应，需要将现场觇标的大概位置绘制下来并标注其测量值序号，同时标明零方向和仪器高，供下次摆站时进行参考。,6 照片拍摄采用
7、多基线旋转摄影方法对滑坡展开第一次拍摄（照片1），得到第13组照片。之后采用人工干预方法在滑坡体两个不同位置造成小面积破坏（厘米级），展开第二次拍摄（照片2），又得到另外13组照片。,利用系统软件中的系统管理模块对两组照片分别进行处理，经过新建工程、划分航带、联合空三自动匹配、联合平差直至生成三维点云DEM，由系统对破坏前后两组照片进行比对分析，最后利用立体显示输出比对结果。,（二）内业过程,保持每个摄站的间距，分别连续选择113组照片进行空三加密，检验不同照片数组对加密精度的影响。,（三）结果分析,从上表中可以看出，在每个摄站点间的距离一致时，摄站点数越多，检查点和控制点精度也越高。在摄站数
8、为13时，相对精度达到1/8084。实验数据表明，当照片数量越多、基高比越高、交会角越大时，加密精度也越高，并达到设计精度要求。,滑坡监测外业： 1）观察点位置应选择在能够在测站位置通视整个监测区域，并留有合理的点位进行觇标布设。 2）进行滑坡场景拍照时，应保证拍摄距离适当，拍摄角度应尽量与滑坡面保持垂直，拍摄基线尽量与滑坡面平行并保证一定的基线长度。 3）在进行滑坡监测前要检查好各个设备仪器，保证数据采集准确。 4）布设像控点时要结合旋转摄影分带情况来布设觇标，能够在保证精度的情况下减少觇标布设数量。 5）在不同时间点对同一个滑坡进行连续监测时，需要保证每次测量的像控点坐标统一在同一个自由坐
9、标系中，这样才能对不同时间的滑坡成果进行比对。 6）旋转摄影分带要合理，操作要严格按照方案来操作，且拍摄照片时的参数设置对成像效果影响很大，有时需要对多个不同参数设置进行试拍后对比选用。,四、结语,滑坡监测内业： 1）在一定范围内，影响照片加密精度的因素中，按影响作用大小排列的顺序是基高比交会角照片数，因此在实际监测时要尽量保证基线总长度，在监测距离不变的情况下提高基高比，提高监测精度。 2）在数字摄影测量中，交会角小，精度不高，但影像变形小，容易匹配；反之，交会角大，精度较高，但影像变形大、匹配难。因此在拍摄时，摄站点间也要有一定的基线长，将平均交会角控制在520的范围内，从而保证监测精度。 3）根据椭圆理论每次测量的XY平面平均误差总会大于Z方向平均误差，且随着基高比的增大两者的差距越来越小，该情况符合 4）将两次监测照片所生成的滑坡点云进行对比，可以准确地发现滑坡变化情况。 5）在进行内业空三加密时，需要在照片上选取控制点并赋予其所测得的坐标值。上图是照片中的觇标，受限于照片的像素，觇标中心处显示为混合象元，无法非常清晰地辨认出十字丝位置。在这种情况下，需要通过人工判断中心点位置。混合象元会导致一定误差的产生。 6）对于植被覆盖率较大的滑坡，由于植被的阻挡而造成植被后方点云空洞现象，因此无法直接用点云进行变化对比，而必须采用点位移比较法来进行监测。,谢 谢！,
