GPS结合近景摄影在山体滑坡监测中的应用研究

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摘要：山体滑坡灾害是一种危害山区人民生产、生活的重要自然灾害，如果能够对其进行安全预警，则可挽回很多人员和财力损失。本文正是针对这种情况提出了gps结合近景摄影测量对大面积山体滑坡进行安全监测的方法。

关键词：山体滑坡；GPS；近景摄影；安全监测

每年汛期来临，我国部分省市洪涝严重，今年广西、甘肃、江西、四川等省暴雨连绵，山区出现了大面积的山体滑坡，造成了不小的人员与财产损失，如果有一种安全的监测措施能对其进行定期监测和安全预警，那就可以减小或避免这种损失。目前滑坡监测的方法有很多种，如倾斜仪、应变测量计、水压测量仪、TDR和GPS方法等。这些方法要么费时费力，要么不能做到点面结合。本文针对这种情况提出了GPS结合近景摄影测量对大面积山体滑坡进行安全监测的方法。

GPS是目前一种较好的测量手段，它具有不受通视条件限制这一传统观测方法无法企及的优点，因此它已被大多数测量工程用作首级控制。山区大多是山高、坡陡的地方，如果采用传统的观测方法，既费时又费力，甚至很难完成任务。本文就是利用GPS这个优点实现对相机和像控点的准确定位。

但是如果碎步点全部用GPS-RTK进行采点，那工作量不但太大而且有些点位还是无法到达，不能完整、正确的反应滑坡情况。而近景摄影测量具有可不接触目标观测，面采集和实时提供影像资料的优势，因此本文综合了上述两者的优点，提出了GPS结合近景摄影测量方法监测山体滑坡情况。

其操作基本流程如下：首先，需要对可能滑坡的山体进行踏勘，选择最佳相机点位。距离不宜过近或者过远，这时可以用相机进行预拍，找到最佳的立相机位置。其次是对选好的点位用GPS进行定位，准确测定其坐标，最好是定出两个架相机的点位和3~8个位于山体上的控制点；然后可以架设相机拍出立体像对，实现立体观测。最后是数据处理，将数码像片输入计算机，用专业的近景摄影测量软件进行处理、解算得到山体的等值线图或其它所需数据。

在上述操作过程中有几个问题值得注意：

一、相机的选择

相机按已知方位元素的多少分为量测和非量测相机两种。一般而言量测相机的价格要远高于非量测相机，目前主要研究方向是用非量测相机替代量测相机。如果采用量测相机，那么山体上的控制点就可以少布设几个，测量的准确性可以得到保证，但价格昂贵。如果采用非量测相机，则山体上的控制点就需多布设几个，准确性稍低，但目前已有很多提高精度的方法，而且价格相对较低。

二、架相点选取和像控点的布设

选取相机架设点的点位很关键，如果离山体过近，则不能对山体总体进行监测，而且可能会有危险。如果离山体过远，则需长焦、广角镜头，畸变差会增大，尤其是对非量测相机，会降低其精度。因此可以通过在不同地点预先拍摄几张相片来最终选取架相点。像控点的布设同样重要，如果布设的太少则不能起到控制作用，太多又会浪费人力、物力。对量测相机一般布设至少3个以上的控制点，对非量测相机则需六个以上的控制点，如果采用多基线摄影方法可减少到四个以上。同时点位的分布也要合理要尽量包围被测山体。

三、摄影标志的制作

摄影标志必须清晰和易于识别。由于相机一般离山体较远，所以要求标志能够在相片上被准确识别出来，就需要适当的标志尺寸。尺寸的具体大小可参考下述公式：

其中：

D――控制点标志的直径；L――控制点标志距摄站点的水平距离；f―摄像机焦距；α――控制点标志中心与摄站点连线与水平面间夹；d――地面标志在CCD(电耦合器件)摄像机成像平面上所成椭圆像的短径；H――摄站点到标志点的垂直距离。

同时为了后续软件的自动识别，标志还需采用统一的大小和特殊的图案，图案选择有多种，如下列图形：

四、摄影基线的选取

如果采用一条基线，最好使基线平行于山体。如果采用多基线也就是多于两个立相点，则需保证基线之间的相片重叠度。

五、GPS定位精度

许多资料表明，在短基线（基线小于 20km ）GPS相对定位精度可达 1 ～ 2 × 10 -6 。对监测点的平面精度可达 1 ～ 2mm 之间，高程精度可达 3.0mm 以下，足以满足滑坡监测的需要。

六、数据实时处理和动态传输

要对危险滑坡体实现动态观测和实时预警，就必须建立一套实时预警系统其工作原理同交通监视原理相似，但又不完全相同。首先，要保证相机以固定姿态完成摄影，这可以通过将相机固定于一个固定物体上即可，比如电线杆。其次要保证图像数据能实现实时传输，这可以通过连接数据线完成。另外，如果要实现全天候观测可考虑采用红外摄影。最后是对图像的处理与分析，这需要专门的近景摄影测量软件来完成。

通过上述对GPS结合近景摄影测量对大面积山体滑坡进行安全监测的方法探讨，可以发现它是一种可操作性很强的方法，如果能像本文最后阐述的那样建立一套实时预警系统，就可以对山区滑坡提供安全预警，避免自然灾害造成严重人员、财产的影响。

参考文献：

[1]冯文灏.近景摄影测量[M].湖北：武汉大学出版社，2002

[2]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].湖北：武汉大学出版社，2002