基于倾斜摄影测量的滑坡变形三维监测方法研究

地质环境复杂、降雨频繁等因素，使我国多地成为滑坡高发区域，严重威胁工程设施与居民安全。滑坡的空间尺度大、变形过程隐蔽，传统监测手段在响应速度与覆盖范围上存在显著局限。近年来，伴随无人机和摄影测量技术的发展，倾斜摄影测量因其具备大范围获取、高精度建模和直观可视化等优势，逐渐成为滑坡变形监测的重要技术路径。其多视角成像特性为地表几何形变的动态监测提供了数据支撑，提升了对灾害演化规律的认知与分析能力。

一、倾斜摄影测量技术原理与系统构成

（一）技术原理与影像获取方式

倾斜摄影测量是一种基于多镜头成像系统的空间数据采集方法，区别于传统垂直摄影，其通过一个垂直镜头和四个倾斜镜头（前、后、左、右）对地表进行多角度拍摄。通过利用这些不同视角的重叠影像，可实现对目标物体真实三维几何结构的精确重建 。在影像采集过程中，需保证影像具有良好的前向重叠度（ ⩾70% ）与旁向重叠度（ ⩾60% ），以确保模型精度与完整性。拍摄高度一般控制在 100^～150m ，分辨率优于 0.05 m/pixel，可满足滑坡区域细节捕捉与变形分析需求。

（二）无人机平台与设备配置

滑坡监测常用的无人机平台为多旋翼系统，具备垂直起降能力和良好的悬停稳定性，适用于地形起伏剧烈的山区环境。本文所用平台为 DJI M300 RTK，搭载 Phase One Oblique 150 相机系统，具备五镜头同步拍摄功能。配合 RTK差分定位系统，飞行定位精度可达 ±0.03m ，满足地形建模对空间精度的要求。此外，系统集成 GNSS/IMU 单元，用于航迹记录与姿态控制，并搭配高容量图像存储模块。整个系统通过地面站实现航线规划、参数设置与任务自动化执行，提高了影像获取的标准化和高效性。

（三）数据处理流程及关键算法

数据处理流程主要包括三大步骤：影像空三加密、点云重建与三维模型生成。首先通过 PIX4D Mapper 或 ContextCapture 等商业软件进行空中三角测量，采用特征点提取与匹配算法（如 SIFT 或 SURF）构建稀疏点云，并通过束调整优化相机内外参数 [2]。随后进行稠密点云构建，点间距离精度控制在±0.05 m以内。点云经滤波、融合与网格化处理后生成数字表面模型（DSM）和正射影像（DOM），供后续分析使用。整个过程结合 GCP（地面控制点）校准，以提升建模精度和地理匹配能力。

二、滑坡变形三维监测方法构建

（一）监测区域前期布控与基准建模

在正式开展三维监测前，应完成滑坡体区域的布控工作。通过布设不少于5 个高精度地面控制点（GCP），并利用 RTK 或全站仪进行坐标采集，为模型建立提供空间基准。选取雨季前相对稳定时期获取初始影像，完成滑坡区域的初始三维建模，为后续形变监测提供参考模型。

在布控设计上，GCP 应分布均匀、覆盖主滑坡体及周边稳定区，避免因区域位移干扰基准精度。标志点采用可识别性强、反差明显的标识板，边长建议不小于 50cm ，以确保在影像中清晰识别。

（二）多时相影像获取与配准比对

滑坡变形具有时变性，因此需定期获取监测区域的倾斜影像，并构建多时相三维模型。一般建议每季度进行一次数据更新，若处于高风险期（如雨季），则频率应提高至每月一次。

配准方法采用 ICP 算法（Iterative Closest Point）进行点云模型之间的空间对齐，并结合点云差异分析提取地表形变信息。为提升精度，可引入面匹配算法（如FPFH）进行粗配准，再进行精细配准，配准误差控制在0.1 m 以内，满足滑坡宏观形变的识别需求。

（三）关键变形参数提取与分析

三维模型配准完成后，可通过点云差分法、断面对比法及矢量场分析等技术手段，对滑坡体进行精细的空间变形分析。主要可量化参数包括最大水平位移量，即通过计算同一控制点在多时相模型中的三维坐标变化得出；竖向沉降量，则通过对典型剖面或地表标志点高程变化的提取，实现对垂向形变的监测；裂缝张开速率可在已识别裂缝区域设置特征剖面线，通过跨距变化分析其扩展程度；滑动面轮廓变化则通过比对不同时期模型中坡脚与主滑面边界线的位置变迁，识别滑动边界的动态扩展过程。

三、典型滑坡监测案例分析与方法验证

（一）案例概况与监测实施流程

选取云南某山区典型降雨型滑坡区域，监测范围约 0.6km² 。项目实施前完成 GCP 布设与滑坡区 DEM 采集。分别于 5 月、8 月、11 月开展三期倾斜摄影任务，平均飞行高度为 120 m，前后重叠率为 80% ，旁向重叠率为 70% ，总采集影像约 4500 张。通过 PIX4D 处理三期影像数据，构建高精度三维模型并进行时序比对，提取出滑坡变形主区位移数据和剖面线位移趋势图。

（二）变形结果可视化与精度验证

将比对结果输出为色带热力图和剖面位移图，显示主滑区最大位移为 1.87m，集中于坡脚区域，沉降最显著区域竖向变化达 0.96 m。结合实地布设的 10个RTK 监测点，误差范围在 ±0.11 m 内，验证了倾斜摄影建模的空间精度。此外，

通过将滑坡裂缝位置与模型中高变形区域叠加分析，发现其重合度超过 85% ，说明该方法能有效捕捉变形区域的真实动态。

（三）方法优势与应用局限探讨

倾斜摄影在滑坡变形监测中的优势主要体现在建模速度快、可视化效果好、空间精度高等方面，可替代传统接触式监测在初期风险识别与大面积变化分析中的作用 [3]。其适用于地形复杂、难以布设传统仪器的滑坡区域。但需注意，倾斜摄影测量在连续阴雨或强风环境下作业稳定性较差，且对数据处理人员的软件操作能力要求较高；数据处理过程耗时较长，在突发性滑坡快速响应中存在一定限制。

总结：

倾斜摄影测量技术通过高精度三维建模和多时相影像比对，为滑坡变形监测提供了高效、直观的技术路径。结合点云差分、剖面分析等方法，可准确提取滑坡体的位移、沉降及裂缝扩展等关键参数。实测案例表明，该方法在空间精度、识别范围及结果可视化方面具有明显优势，能够有效满足滑坡灾害监测的实际需求。

参考文献

[1] 王玉磊 . 倾斜摄影测量技术在规划竣工测量中的运用 [J]. 价值工程 ,2023,42(36):106-108.

[2] 李红梅 , 管恬融 , 曹伟强 , 等 . 基于倾斜摄影测量的单体建筑三维建模技术初探 [J]. 地矿测绘 ,2023,39(04):49-53.

[3] 胡金刚 . 无人机倾斜摄影测量技术在城市规划竣工测量中的应用 [J].中国高新科技 ,2023,(24):158-160.