基于单像近景摄影测量的滑坡裂缝探测方法
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ｓｃｈｅｍｅ ｍａｉｎｌｙ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｄｊａｃｅｎｔ ｉｍａｇｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｌｉｄｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｖｅｃｔｏｒ ｆ ｉｅｌｄ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔ—
ｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍ ｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍ ｅ．
摘 要 滑坡监测 能够 为预测 可能发 生滑坡 灾害 的时 间和范 围 、制定减灾 方案 提供可 靠依据 。针对 目前基 于 近景摄影 测量 的滑 坡监测需 要建立 立体模 型 、数 据处理 复杂 、数据量 大 、难 以实现 实时监测 预警 的不 足 ，设计 了一 种 适 合实 时 、远 程传输 的单像滑 坡监测方 案 。该方 案主要 采用滑移 前后相邻 影像 匹配的方式 ，用 同名点 的位移场计 算 滑移矢量 场 。在确定 用于该 方案 的最佳 影像 匹配算法 时 ，对 比分析 了 ＳＩＦＴ、ＳＵＲＦ和 ＡＳＩＦＴ ３种 常用算法 在旋转 、缩 放 、光照变 化和仿射 变换 ４种情况 下的 匹配性能 ，并根 据该监 测方案 需要确 保滑坡 区域 匹配点 的密度和滑 坡发生 初 期 仿射 变换较 小 的特点 ，认 为 ＳＩＦＴ算 法最适 合 于该监 测方案 。在 此基 础上 ，提 出 了基 于 ＳＩＦＴ特 征点 的二维 场位 移 矢 量模型 和相邻影 像对应像 素灰度 值跳跃检 验模 型 ２种 滑坡范 围圈定模 型 ，根据 ２种模 型圈定 的滑坡范 围在理论 上 的差异 ，将 ２种模 型进行耦 合 ，能够有效 探测 出滑坡裂缝 ，为 滑坡预警 提供可靠 依据 。
Ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ．５０６ Ａ ｕｇｕｓｔ ２０１８
· 地 质 与 测 量 ·
金 属 矿 山
Ｍ ＥＴＡＬ ＭＩＮＥ
总 第 ５０６期 ２０１８年 第 ８期
基亏单像近景摄影 测量 的滑坡 裂缝探测方 法
刘志奇 李天子 刘昌华 张慧慧
（１．河南理 工大学测绘与 国土信 息工程 学院 ，河南 焦作 ４５４０００；２．东北 大学资源与土木 工程 学院 ，辽 宁 沈 阳 １１０８１９）
ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｎｇ ｓｃｈｅｍ ｅ，ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｒｅｇｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ａｆｆｉＢｅ ｔｒａｎｓｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｉＳ ｓｍａｌｌ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｆ ｉｎｄｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＳＩＦＴ ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｉＳ ｂｅｓｔ ｓｕｉｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ．Ｏｎ ｔｈａｔ ｂａｓｉｓ，ａ ｔｗｏ—ｄｉｍ ｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｖｅｃｔｏｒ ｍ ｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＵＲＦ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ａ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ），ＳＵＲＦ（Ｓｐｅｅｄｅｄ Ｕｐ Ｒｏｂｕｓｔ Ｆｅａｔｕｒｅｓ）ａｎｄ ＡＳＩＦ Ｔ （Ａｆ－ ｆ ｉｎｅ—ＳＩＦＴ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｒｅ ｃｍｐａｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ，ｚｏｏｍｉｎｇ，ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｆｆｉｎｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ Ｃｒａｃｋ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｍ ａｇｅ Ｃｌｏｓｅ－ｒａｎｇｅ Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍ ｅｔｒｙ
Ｌｉｕ Ｚｈｉｑｉ Ｌｉ Ｔｉａｎｚｉ Ｌｉｕ Ｃｈａｎｇｈｕａ Ｚｈａｎｇ Ｈｕｉｈｕｉ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｌａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４０００，Ｃｈｉｎａ；
关 键 词 近 景 摄 影 测 量 滑坡 监 测 ＳＩＦＴ 滑坡 裂缝 滑 坡 预 警 仿 射 变换 中图分类号 Ｐ２３４．１，Ｐ６４２．２２ 文献标 志码 Ａ 文章编号 １００１—１２５０（２０１８）．０８—１０８—０６ ＤＯＩ １０．１９６１４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｓｋｓ．２０１８０８０２０
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８１９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｓｐｏｔ ｏｆ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｈａｚａｒｄｓ ａｎｄ ｆ ｏｒ— ｍｕｌａｔｉｎｇ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｌａｎｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ－ｒａｎｇｅ ｐｈｏｔｏｇｒａｍ ｍｅｔｒｙ ｔｈａｔ ａ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍ ｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｌｏｗ ｉｓ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｖｏｌｕｍｅ ｉｓ ｌａｒｇｅ，ｉｔ ｉｓ ｄｉｆ ｉ ｃｕｌｔ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒ— ｉｎｇ ａｎｄ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ．Ａ ｓｉｎｇｌｅ ｉｍａｇｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ａｎｄ ｒｅｍｏｔｅ ｔｒａｎｓｍ ｉｓｓｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ
ｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍ ｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍ ｅ．
摘 要 滑坡监测 能够 为预测 可能发 生滑坡 灾害 的时 间和范 围 、制定减灾 方案 提供可 靠依据 。针对 目前基 于 近景摄影 测量 的滑 坡监测需 要建立 立体模 型 、数 据处理 复杂 、数据量 大 、难 以实现 实时监测 预警 的不 足 ，设计 了一 种 适 合实 时 、远 程传输 的单像滑 坡监测方 案 。该方 案主要 采用滑移 前后相邻 影像 匹配的方式 ，用 同名点 的位移场计 算 滑移矢量 场 。在确定 用于该 方案 的最佳 影像 匹配算法 时 ，对 比分析 了 ＳＩＦＴ、ＳＵＲＦ和 ＡＳＩＦＴ ３种 常用算法 在旋转 、缩 放 、光照变 化和仿射 变换 ４种情况 下的 匹配性能 ，并根 据该监 测方案 需要确 保滑坡 区域 匹配点 的密度和滑 坡发生 初 期 仿射 变换较 小 的特点 ，认 为 ＳＩＦＴ算 法最适 合 于该监 测方案 。在 此基 础上 ，提 出 了基 于 ＳＩＦＴ特 征点 的二维 场位 移 矢 量模型 和相邻影 像对应像 素灰度 值跳跃检 验模 型 ２种 滑坡范 围圈定模 型 ，根据 ２种模 型圈定 的滑坡范 围在理论 上 的差异 ，将 ２种模 型进行耦 合 ，能够有效 探测 出滑坡裂缝 ，为 滑坡预警 提供可靠 依据 。
Ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ．５０６ Ａ ｕｇｕｓｔ ２０１８
· 地 质 与 测 量 ·
金 属 矿 山
Ｍ ＥＴＡＬ ＭＩＮＥ
总 第 ５０６期 ２０１８年 第 ８期
基亏单像近景摄影 测量 的滑坡 裂缝探测方 法
刘志奇 李天子 刘昌华 张慧慧
（１．河南理 工大学测绘与 国土信 息工程 学院 ，河南 焦作 ４５４０００；２．东北 大学资源与土木 工程 学院 ，辽 宁 沈 阳 １１０８１９）
ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｎｇ ｓｃｈｅｍ ｅ，ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｒｅｇｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ａｆｆｉＢｅ ｔｒａｎｓｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｉＳ ｓｍａｌｌ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｆ ｉｎｄｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＳＩＦＴ ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｉＳ ｂｅｓｔ ｓｕｉｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ．Ｏｎ ｔｈａｔ ｂａｓｉｓ，ａ ｔｗｏ—ｄｉｍ ｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｖｅｃｔｏｒ ｍ ｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＵＲＦ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ａ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ），ＳＵＲＦ（Ｓｐｅｅｄｅｄ Ｕｐ Ｒｏｂｕｓｔ Ｆｅａｔｕｒｅｓ）ａｎｄ ＡＳＩＦ Ｔ （Ａｆ－ ｆ ｉｎｅ—ＳＩＦＴ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｒｅ ｃｍｐａｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ，ｚｏｏｍｉｎｇ，ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｆｆｉｎｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ Ｃｒａｃｋ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｍ ａｇｅ Ｃｌｏｓｅ－ｒａｎｇｅ Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍ ｅｔｒｙ
Ｌｉｕ Ｚｈｉｑｉ Ｌｉ Ｔｉａｎｚｉ Ｌｉｕ Ｃｈａｎｇｈｕａ Ｚｈａｎｇ Ｈｕｉｈｕｉ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｌａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４０００，Ｃｈｉｎａ；
关 键 词 近 景 摄 影 测 量 滑坡 监 测 ＳＩＦＴ 滑坡 裂缝 滑 坡 预 警 仿 射 变换 中图分类号 Ｐ２３４．１，Ｐ６４２．２２ 文献标 志码 Ａ 文章编号 １００１—１２５０（２０１８）．０８—１０８—０６ ＤＯＩ １０．１９６１４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｓｋｓ．２０１８０８０２０
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８１９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｓｐｏｔ ｏｆ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｈａｚａｒｄｓ ａｎｄ ｆ ｏｒ— ｍｕｌａｔｉｎｇ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｌａｎｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ－ｒａｎｇｅ ｐｈｏｔｏｇｒａｍ ｍｅｔｒｙ ｔｈａｔ ａ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍ ｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｌｏｗ ｉｓ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｖｏｌｕｍｅ ｉｓ ｌａｒｇｅ，ｉｔ ｉｓ ｄｉｆ ｉ ｃｕｌｔ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒ— ｉｎｇ ａｎｄ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ．Ａ ｓｉｎｇｌｅ ｉｍａｇｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ａｎｄ ｒｅｍｏｔｅ ｔｒａｎｓｍ ｉｓｓｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ