無(wú)人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用現(xiàn)狀

王佳寶

【摘 要】伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)正在慢慢進(jìn)入各行各業(yè)，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，無(wú)人機(jī)的安全可靠和靈活機(jī)動(dòng)等特點(diǎn)也使得它們?cè)诘刭|(zhì)災(zāi)害中起到了非常大的作用。四川雅安地震、天津?yàn)I海新區(qū)倉(cāng)庫(kù)爆炸案等等，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)正受到越來(lái)越多人的關(guān)注和應(yīng)用。本文從四個(gè)方面對(duì)論題進(jìn)行研究，分別是無(wú)人及現(xiàn)狀、無(wú)人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害中的實(shí)施方法、無(wú)人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害中的優(yōu)缺點(diǎn)和無(wú)人機(jī)當(dāng)前應(yīng)用實(shí)例。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī)；地質(zhì)災(zāi)害；監(jiān)測(cè)；測(cè)繪

1 無(wú)人機(jī)現(xiàn)狀

無(wú)人機(jī)，全稱為無(wú)人駕駛飛機(jī)，種類繁多，包括固定翼機(jī)、無(wú)人飛艇機(jī)等等，無(wú)人機(jī)最主要的特點(diǎn)便是不需要人為駕駛便可以在復(fù)雜的空間環(huán)境中完成飛行任務(wù)，從某種角度而言，無(wú)人機(jī)又可以被稱之為“空中機(jī)器人”。我國(guó)無(wú)人機(jī)發(fā)展的熱潮時(shí)期為2006年至2010年這四年間，在這四年間，我國(guó)國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了大量的民用小型無(wú)人機(jī)公司，無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)踏上了快速發(fā)展軌道。當(dāng)前，我國(guó)出名的無(wú)人機(jī)公司有大疆創(chuàng)新企業(yè)，國(guó)外著名的企業(yè)有Parrot和3DRobotics，三家企業(yè)中，大疆創(chuàng)新企業(yè)或許在國(guó)內(nèi)沒(méi)有多少人知道，但是在美國(guó)硅谷，大疆創(chuàng)新企業(yè)卻是能夠和蘋果公司相提媲美的知名企業(yè)，由此可見，我國(guó)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)在世界舞臺(tái)上也是能夠起到龍頭作用的。步入2015年以來(lái)，我國(guó)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)便快速延伸至各行各業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)、重工業(yè)、鋼鐵、環(huán)保等等，而本文討論的則是無(wú)人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用。

2 無(wú)人機(jī)在地災(zāi)中的實(shí)施方法

當(dāng)前，無(wú)人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害中的實(shí)施方法主要分為以下幾點(diǎn)：

首先，航拍影像。

2015年8月12日，天津?yàn)I海新區(qū)一集裝箱碼頭發(fā)生了劇烈爆炸，爆炸事故最后造成了165人死亡，失蹤8人，圖1是一副新華社新聞無(wú)人機(jī)隊(duì)在天津爆炸后用無(wú)人機(jī)在爆炸現(xiàn)場(chǎng)拍攝的一組照片之一。因?yàn)楸ìF(xiàn)場(chǎng)當(dāng)時(shí)存放了數(shù)量龐大的危險(xiǎn)化學(xué)品，經(jīng)過(guò)爆炸，現(xiàn)場(chǎng)空氣內(nèi)彌漫著大量的有毒氣體，所以救援機(jī)構(gòu)并沒(méi)有采用傳統(tǒng)的人工采集圖像手段，最后，山東總隊(duì)8架消防無(wú)人機(jī)對(duì)爆炸現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了第一次地拍攝，獲得了寶貴的高空、高清災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)圖像，為后續(xù)救援力量提供了救援?dāng)?shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)航拍主要是通過(guò)快眼系統(tǒng)，采取高分辨相機(jī)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生或者預(yù)測(cè)發(fā)生的地區(qū)進(jìn)行遙感影像拍攝。在飛行的途中，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，讓后方機(jī)構(gòu)能夠快速獲取災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)第一手資料，保障了災(zāi)害的救援力度能夠快速有效地展開。

其次，航空影像處理。在無(wú)人機(jī)對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍攝之后，后方數(shù)據(jù)處理人員還需要對(duì)傳回來(lái)的航空影像進(jìn)行進(jìn)一步的處理，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的是DPGrid航測(cè)處理軟件。處理過(guò)程為：第一，用專業(yè)圖像調(diào)整軟件將傳輸回來(lái)的航空影像資料進(jìn)行重新搭配；第二，使用ArcGIS軟件對(duì)搭配好的影像資料進(jìn)行進(jìn)一步的加工，進(jìn)而輸出到平臺(tái)上。

最后，遙感解釋。在處理好航空影像之后，還需要將這些影像資料和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域?qū)嶋H情況進(jìn)行對(duì)比比較，按照實(shí)際要求，對(duì)該地區(qū)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)價(jià)。其流程是航片預(yù)處理、分析資料、人機(jī)交互結(jié)合進(jìn)行遙感圖像初步解釋、外業(yè)復(fù)核、詳細(xì)解釋修正初步解釋成果和綜合分析解釋成果進(jìn)而輸出。

3 無(wú)人機(jī)在地災(zāi)中的優(yōu)缺點(diǎn)

無(wú)人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)主要從以下幾方面分析：

第一，優(yōu)點(diǎn)。無(wú)人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害中的優(yōu)點(diǎn)有幾點(diǎn)：首先，無(wú)須駕駛員，機(jī)體小型化，飛機(jī)重量小，基本成本低；其次，全天候、全時(shí)段操作作業(yè)，適合危險(xiǎn)作業(yè)，能夠減小人員傷亡；然后，能夠適應(yīng)一些惡劣的飛行環(huán)境，只要遙控人員穩(wěn)定，那么無(wú)人機(jī)的留空時(shí)間將不會(huì)受到多大的影響；最后，在維護(hù)方面，無(wú)人機(jī)的維護(hù)因?yàn)闊o(wú)人機(jī)的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，所以維護(hù)成本低，訓(xùn)練成本也相對(duì)較低，操控員只需要學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)便能順利操控?zé)o人機(jī)。

第二，缺點(diǎn)。無(wú)人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害中的缺點(diǎn)有幾點(diǎn)：首先，無(wú)人機(jī)在飛行途中容易受到無(wú)線電和其他人員因素的干擾，一旦產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾，那么無(wú)人機(jī)的飛行就會(huì)發(fā)生重大事故；其次，一旦需要測(cè)量數(shù)據(jù)較大或者傳輸數(shù)據(jù)受到干擾的時(shí)候，無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)便會(huì)產(chǎn)生一定的延遲性，這將會(huì)拖延救援黃金時(shí)間。

4 目前應(yīng)用實(shí)例

2015年5月，位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州的公格爾九別峰北峰冰川發(fā)生了冰川滑坡地質(zhì)災(zāi)害。對(duì)此，在得到相關(guān)方面方面的申報(bào)后，中國(guó)新疆生態(tài)研究所立即開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，其中最主要的工作便是派遣無(wú)人機(jī)調(diào)查小組進(jìn)駐冰山滑坡發(fā)生地點(diǎn)，東側(cè)山谷進(jìn)行航拍。此次航拍高度為3400米-7000米，航拍機(jī)型為國(guó)內(nèi)較為常用的兩款無(wú)人機(jī)，F(xiàn)REEBIRD和QC-1型號(hào)。無(wú)人機(jī)在進(jìn)行6次飛行任務(wù)之后，順利完成任務(wù)，測(cè)土總面積達(dá)到了18.2平方公里，圖象分辨率提升到了20cm。

圖2為冰川滑坡整體航拍效果圖，圖3和圖4是東側(cè)山谷畜舍和民居房屋受損航拍圖。經(jīng)過(guò)整理，受損房屋一共為149處，被地質(zhì)災(zāi)害完全破壞的民屋有12處。受損房屋多數(shù)集中在冰川滑坡的左側(cè)區(qū)域，從圖2和圖5中都可以看出，發(fā)生冰川滑坡災(zāi)害的區(qū)域主要在左側(cè)冰川區(qū)域，冰川冰體受損嚴(yán)重，沒(méi)有出現(xiàn)冰面湖的現(xiàn)象；較之左側(cè)，冰川右側(cè)冰體保存良好穩(wěn)定。在經(jīng)過(guò)高分一號(hào)衛(wèi)星的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合后，新疆生態(tài)所對(duì)這一次冰川滑坡的原因進(jìn)行了歸納：

主要原因是冰川滑坡災(zāi)害發(fā)生后，左側(cè)冰川的下滑遇到了一些阻礙，中下部的高度開始快速提升，促使原本低于岸邊房屋的冰川一下子超出了冰漬岸70米，由此引發(fā)了傾倒現(xiàn)象，冰塊和石塊的掉落促使岸邊的一些民居房屋嚴(yán)重受損，除此之外，在隆起的冰川中下部位置形成水流沖擊，再次造成了3次次生災(zāi)害，最后判定此次冰川滑坡為比較嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害事件。

得到相關(guān)的分析后，新疆生態(tài)所立即對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)整，在相關(guān)地點(diǎn)構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完善預(yù)警體系，切實(shí)有效地保障了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

5 結(jié)論

近年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷增長(zhǎng)和革新，無(wú)人機(jī)技術(shù)也在發(fā)生日新月異的變化。在這種發(fā)展背景下，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害中無(wú)人機(jī)的應(yīng)用一定會(huì)越來(lái)越廣泛，但是其中存在的一些問(wèn)題例如：電磁干擾防御能力弱、特殊地質(zhì)災(zāi)害飛行環(huán)境適應(yīng)能力差等等都需要我國(guó)相關(guān)科技部門的注意和改善。我們可以相信，在未來(lái)的地質(zhì)災(zāi)害救援中，無(wú)人機(jī)的扮演角色作用將會(huì)越來(lái)越重要。

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[責(zé)任編輯：王楠]