無人機攝影測量及數(shù)據(jù)處理技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查中的應(yīng)用

吳現(xiàn)興

摘 要? 本文利用大疆精靈4RTK無人機，對婁底市婁星區(qū)杉山鎮(zhèn)同安村一處滑坡地質(zhì)災(zāi)害進行攝影測量，拍攝的照片并采用Pix4dmapper軟件進行影像數(shù)據(jù)處理，生成滑坡區(qū)域正射影像圖和三維模型，在此成果數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行測量、分析、研判，查明了滑坡的基本特征，劃定了滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)，為政府防災(zāi)減災(zāi)、保障人民群眾生命財產(chǎn)安全提供科學依據(jù)，用以保障人民群眾生命財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞? 無人機;Pix4dmapper;地質(zhì)災(zāi)害

中圖分類號： P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： In this paper，DJ phantom 4 RTK UAV was used to photograph and measure the landslide happening in the Tongan village，Loudi City， Hunan Province. The photographs were processed by Pix4dapper software to generate? DOM and 3D models of the landslide area. The basic characteristics of the landslide are found out through measurement， analysis and study with result data. And also the geological hazard area is determined，? which provides scientific basis for the government to prevent and reduce disasters and ensure people's lives and property safety.

Keywords： UAV; Pix4dmapper; landslide

0? 前言

無人機技術(shù)不斷發(fā)展，使得無人機攜帶方便，起降要求低，適合山區(qū)及丘陵飛行，經(jīng)濟又實用[1]。隨著機載攝像頭發(fā)展和RTK在無人機攝影測量中的應(yīng)用，無人機攝影測量獲取的數(shù)據(jù)也越來越精確，通過 Pix4dmapper等專業(yè)軟件可創(chuàng)建地質(zhì)災(zāi)害三維實景模型，生成數(shù)字正射影圖，快速繪制等值線，從而可以快速識別、量測地質(zhì)災(zāi)害范圍、地質(zhì)災(zāi)害體變形特征等信息。因此無人機攝影測量技術(shù)越來越多應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測中。

2019年7月8日7時～13時，受持續(xù)強降雨的影響，婁底市婁星區(qū)杉山鎮(zhèn)同安村一處坡體發(fā)生變形并加劇，嚴重威脅前緣房屋及人員生命、財產(chǎn)安全，需要開展地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查，為政府地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置、防災(zāi)減災(zāi)提供基礎(chǔ)資料。

1? 本次使用的無人機及Pix4dmapper影像處理軟件介紹

本次工作所用的無人機為大疆精靈4 RTK。該款無人機為多旋翼無人機，相機像素2000萬，云臺可控范圍1500畝，遙控機控制飛行距離7km、飛行高度500m。大疆精靈4 RTK無人機是通過遙控器連接CORS并發(fā)射差分改正數(shù)據(jù)

測量使用坐標系為CGCS2000，啟用RTK且RTK正常工作時，垂直精度為±0.1m，水平精度±0.1m。

Pix4Dmapper軟件由瑞士Pix4D公司研發(fā)，是一款全自動、快速、專業(yè)精度高的無人機數(shù)和航空影像數(shù)據(jù)處理軟件，無需人工干預(yù)，可將數(shù)千張影像照片制作成專業(yè)的精確的正射影像圖（DOM）、數(shù)字表面模型（DSM）、生成等值線、點云和三維實景模型等。數(shù)據(jù)自動處理完成后，可以讀取測區(qū)任一點高程和坐標，量取想要區(qū)域的面積。

2? 無人機及Pix4dmapper軟件在本次地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

2.1 工作流程

無人機攝影測量及數(shù)據(jù)處理主要工作流程：①規(guī)劃測區(qū)拍攝航線;②測區(qū)拍攝;③測區(qū)數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)處理軟件;④數(shù)據(jù)處理前參數(shù)設(shè)置;⑤生成正DOM、DSM、點云等;⑥利用DOM、DSM、點云進行地質(zhì)災(zāi)害識別，研判災(zāi)情等。

2.2 無人機相關(guān)參數(shù)設(shè)置及使用應(yīng)注意事項

本次用無人機對滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域及周邊影像數(shù)據(jù)獲取，采用2D航線規(guī)劃，規(guī)劃航線時保證能拍到地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域和影響區(qū)，規(guī)劃航線后共拍攝了154張照片。規(guī)劃航線的主要工作參數(shù)設(shè)置如下：①航向重疊率設(shè)置成 80%;②旁向重疊率設(shè)置成 70%;③飛行速度 7m/s;④飛行高度 150m;⑤畸變修正關(guān)閉;⑥相片比例設(shè)置成3：2;⑦相機角度-90 度。無人機在使用的過程中，盡量保持遙控器與無人機的聯(lián)系，避免定位不精準，拍攝的照片不能校正不能利用成圖;無人機應(yīng)避免在雨中、大風天氣進行飛行作業(yè)。

2.3 Pix4dmapper無人機數(shù)據(jù)處理

2.3.1 Pix4dmapper軟件處理方法

Pix4dmapper軟件處理基本方法，打開Pix4dmapper軟件新建項目;導(dǎo)入拍攝照片;輸入圖像坐標系按圖1設(shè)置;處理選項模板用3D地圖-快低/低分辨率;輸出圖坐標系按圖2設(shè)置;開始自動處理，自動處分三步完成，第1步 初始化處理，第2步點云及紋理，第3步DSM及正射影像圖。自動處理完成后打開影像圖和三維實景型模。

2.3.2 Pix4dmapper軟件處理效果展示

經(jīng)Pix4dmapper軟件處理后正射影像和三維實景模型（部分展示）見圖3、圖4。

根據(jù)圖3和三維實景模型能確定滑坡地質(zhì)災(zāi)害范圍及主滑方向，可識別拉裂縫和剪切裂縫的分布規(guī)律，可測量拉裂縫和剪切裂縫長度及滑坡體與滑坡壁錯落最大高差，識別危險區(qū)等。

3? 滑坡地質(zhì)災(zāi)害的基本特征及發(fā)展趨勢分析

圖6、圖7是滑坡現(xiàn)場用手機拍到的照片，從照片中可知公路旁邊擋土墻垮塌、開裂，公路開裂。上述因滑坡遭受破壞的擋土墻和公路很容易從圖3（正射圖）和三維實景模型中找出，量出裂縫的寬度、錯距等。

經(jīng)無機攝影測量及影像數(shù)據(jù)的處理，對生成的射影像圖及三維景實模型進行識別、測量，該滑坡體變形破壞特征主要表現(xiàn)為：滑坡后緣形成滑坡臺階，滑坡體與滑坡壁錯落最大高差約1.0m，滑坡體拉張裂縫及剪切裂縫縱橫交錯，橫向裂縫非常發(fā)育，土體松散，拉張裂縫延伸長約5～50m，可見深度約5～80cm，寬度約3～60cm;前緣支擋結(jié)構(gòu)、排水溝及村道已被破壞。滑坡已發(fā)生滑移變形破壞，前緣已剪出，坡腳村級道路已被推移破壞。對滑坡特征進行分析、研判，滑坡前緣已由牽引式滑坡轉(zhuǎn)為推移式滑坡，在暴雨、連續(xù)性降雨條件下，滑坡變形可能加劇，滑坡邊界可能向前、后及兩側(cè)發(fā)展，前緣道路可能形成泥水流等次生地質(zhì)災(zāi)害，將嚴重威脅前緣31戶135人生命財產(chǎn)安全及三水廠的安全，見圖7。在滑坡沒穩(wěn)定之前要撤離受威脅群眾，對滑坡體進行應(yīng)急處置，加強滑坡體的監(jiān)測。

4? 無人機在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的優(yōu)勢

用無人機攝影測量進行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查主要優(yōu)勢，一是可以更快速的測量出所需要的數(shù)據(jù);二是無人機拍攝的影像用專業(yè)處理形成的正射影像圖比傳統(tǒng)測量的圖件更直觀，更便于領(lǐng)導(dǎo)層決策;三是在地形條件復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)域，人工調(diào)查和測量難以完成，使用無人機能輕松完成調(diào)查和測量工作。

5? 結(jié)語

大疆精靈4 RTK無人機測量量精度高，攜帶方便，起降要求低，在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中擁有技術(shù)優(yōu)勢。①無人機在作業(yè)過程中，通過機載高清相機，較大范圍可在短時間內(nèi)輕易地獲取影像數(shù)據(jù)，有效彌補地面遙感調(diào)查、監(jiān)測所存在的精度不足缺陷;②無人機在獲取近地面影像時，具有直觀性、快速性以及準確性，很適合地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查。Pix4Dmapper軟件能自動、快速、高精度專業(yè)的處理無人機影像，可將數(shù)千張影像快速制作成專業(yè)正射影像圖（DOM）、數(shù)字表面模型（DSM）和三維實景模型。

在滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流等地質(zhì)害高發(fā)頻發(fā)的低山丘陵區(qū)，用 無人機攝影測量及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能及時準確了地質(zhì)災(zāi)害情況，查清地質(zhì)災(zāi)害基本特征，通過分析、研判災(zāi)情發(fā)展趨勢，劃定危險區(qū)，為政府開展救援、地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置、撤離受威脅群眾提供科學依據(jù)，對保障人民群眾生命財產(chǎn)安生意義重大。

參考文獻/References

[1]黃志華.淺議無人機在重大自然災(zāi)害中的應(yīng)用[J].科學論壇，2013，224.

[2] Pix4dmapper中文版操作手冊.北京天恒昕業(yè)科技發(fā)展有限公司，2015.