無(wú)人機(jī)低空航測(cè)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

黃勤 周鵬 張嘯翼

摘要：針對(duì)無(wú)人機(jī)低空航測(cè)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用，采取實(shí)例分析的方法，做了簡(jiǎn)單的論述，總結(jié)了無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和策略。首先，分析了無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)原理和優(yōu)勢(shì);其次，結(jié)合實(shí)例分析了無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用;最后，對(duì)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)低空航測(cè);環(huán)境地質(zhì)調(diào)查;實(shí)例分析法

中圖分類號(hào)：X141 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）08-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.058

Application of low altitude aerial survey of UAV in environmental geological survey

Huang Qin， Zhou Peng， Zhang Xiaoyi

（Chongqing Geological Hazard Automation Monitoring Engineering Technology Research Center Chongqing Huadi Resources Technology Co.， Ltd.， Chongqing 400000，China）

Abstract： In view of the application of low-altitude aerial survey of UAV in environmental geological survey， a case analysis method is adopted， and the application advantages and strategies of low-altitude aerial survey technology of drone are summarized. Firstly， the principle and advantages of low-altitude aerial survey technology for drones are analyzed. Secondly， the specific application of low-altitude aerial survey technology for drones is analyzed with examples. Finally， the application of the technology is summarized.

Key words： low-altitude aerial survey of drone; environmental geological survey; example analysis

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)快速發(fā)展，技術(shù)水平不斷提高，帶動(dòng)著技術(shù)的多領(lǐng)域應(yīng)用。在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中采用此方法，能夠克服復(fù)雜的測(cè)繪環(huán)境，降低環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的難度，提高地質(zhì)調(diào)查工作的效率和質(zhì)量水平，具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。

1 無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)原理分析

從當(dāng)前低空航測(cè)實(shí)際來(lái)說(shuō)，采用的無(wú)人機(jī)技術(shù)，主要是利用無(wú)人飛行器作為載體，應(yīng)用CNSS導(dǎo)航技術(shù)和IMU定姿模塊，結(jié)合使用高性能的數(shù)字相機(jī)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)空中測(cè)量，獲得地面的情況系列和信息。利用計(jì)算機(jī)軟件，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成測(cè)量數(shù)據(jù)?；跓o(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)展環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作，能夠提高工作效率，降低飛行成本。應(yīng)用的無(wú)人機(jī)，主要組成包括GNSS定位和固定翼以及高分傳感器等。技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：（1）地理信息數(shù)據(jù)更新速度很快。采用無(wú)人機(jī)技術(shù)，組織開(kāi)展低空航測(cè)，對(duì)天氣環(huán)境要求不高，相比傳統(tǒng)測(cè)量方法制約因素很少，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的高效采集。（2）采用無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)，獲得的測(cè)量結(jié)果分辨率很高。究其原因，使用多光譜傳感器和高分?jǐn)?shù)碼相機(jī)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息采集質(zhì)量的把控。（3）成本交底。低空航測(cè)作業(yè)實(shí)踐中借助GNSS定位，利用各類軟件，對(duì)采集的影像自動(dòng)化拼接，后期成本降低，保證了影像處理的效率。

2 無(wú)人機(jī)低空航測(cè)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用實(shí)例

2.1 案例概述

以某環(huán)境地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目為例，航測(cè)區(qū)域總面積大約為80km2，區(qū)域內(nèi)海拔范圍為850～1250m，主要為丘陵和低山。航測(cè)作業(yè)前，發(fā)生了山體塌方和滑坡。區(qū)域內(nèi)存在著很多煤礦，極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患，因此組織環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，意在明確塌陷區(qū)域內(nèi)土地和房屋建筑等的破壞情況，掌握地面塌陷發(fā)育規(guī)律，提出相應(yīng)的土地恢復(fù)治理模式以及整治對(duì)策。現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)踐，進(jìn)行如下分析。

2.2 無(wú)人機(jī)低空航測(cè)

2.2.1 控制測(cè)量

開(kāi)展航測(cè)作業(yè)前，在測(cè)區(qū)開(kāi)展了E級(jí)GNSS控制測(cè)量。測(cè)量平面選擇的是1980西安坐標(biāo)系;高程選擇的是1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，為下步測(cè)量作業(yè)的開(kāi)展提供基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。設(shè)置的像控點(diǎn)，全部設(shè)置在單架次飛行區(qū)域的四角以及中心，為平高控制點(diǎn)。設(shè)置的像控點(diǎn)標(biāo)志是邊長(zhǎng)1m以上的兩個(gè)對(duì)頂點(diǎn)三角形，能夠在航拍影像資料上清晰判讀，在水泥和其他硬化地面上設(shè)置的像控點(diǎn)，使用白色油漆進(jìn)行噴涂標(biāo);對(duì)于土質(zhì)地面，使用白灰標(biāo)記。像控點(diǎn)運(yùn)用RTK方法實(shí)施測(cè)量，各個(gè)點(diǎn)都運(yùn)用重新初始化儀器的方法，進(jìn)行2次獨(dú)立觀測(cè)，選擇平均值作為測(cè)量最終結(jié)果。經(jīng)過(guò)計(jì)算全部像控點(diǎn)都可以達(dá)到要求，平面位置中誤差的結(jié)果為±0.028，能夠滿足平面精度0.24m的要求;高程中誤差的結(jié)果為±0.037m，達(dá)到了高程精度0.20m的基本要求。除此之外，選擇具有代表性的地物標(biāo)志，組織開(kāi)展檢查點(diǎn)測(cè)量作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理精度的全面把握。

2.2.2 飛行方案

飛行方案內(nèi)容如下：（1）航攝參數(shù)的設(shè)定。焦距設(shè)定為15mm定焦;低空測(cè)量比例尺設(shè)定為1：2000;飛行相對(duì)航高度設(shè)定為500mm;地面分辨率設(shè)定為20cm;旁向重疊度設(shè)定為80%;單架無(wú)人機(jī)飛行時(shí)間小于35min。（2）航測(cè)時(shí)間在9：00-15：00內(nèi)選擇，進(jìn)而保證航攝的效果。航測(cè)作業(yè)前，需要對(duì)飛機(jī)以及搭載的相機(jī)進(jìn)行檢查，掌握電池電量和相關(guān)設(shè)備的基本情況，保證沒(méi)有異常情況。采取彈射架逆風(fēng)起飛的方法飛行，風(fēng)力小于3級(jí)，同時(shí)起飛方向直線100m內(nèi)沒(méi)有大于12m的障礙物。（3）低空航測(cè)作業(yè)中，航線的方向要和風(fēng)向保持垂直，區(qū)域內(nèi)不存在相對(duì)高差大于400m障礙物，控制飛行速度控制為80km/h，相對(duì)于地面速度處于70～90km/h范圍內(nèi)，地面操控站和無(wú)人機(jī)間距不超過(guò)4km，同時(shí)保證操控站和無(wú)人機(jī)正常通訊。（4）飛機(jī)降落時(shí)選擇的是機(jī)腹著陸方式，所以對(duì)建設(shè)的降落場(chǎng)地環(huán)境條件，有著很高的要求，要選擇規(guī)格為50m×30m（長(zhǎng)×寬）的平整軟質(zhì)地面。當(dāng)飛機(jī)降落后，做好飛機(jī)情況的檢查，傳輸數(shù)據(jù)信息，同時(shí)填寫(xiě)飛行記錄表。（5）數(shù)據(jù)檢查。經(jīng)過(guò)檢查明確，數(shù)據(jù)都可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，比如像片傾角平均不超過(guò)5°，因?yàn)橹丿B度比較高，沒(méi)有相對(duì)漏洞以及絕對(duì)漏洞[1]。

2.3 航測(cè)數(shù)據(jù)的處理

從無(wú)人機(jī)航飛影像的處理實(shí)際來(lái)說(shuō)，選用InphoUASMaster軟件進(jìn)行處理，執(zhí)行流程如下：（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備?；趯?shí)際需求，準(zhǔn)備檢驗(yàn)報(bào)告和攝站坐標(biāo)以及航線定義等。（2）建立工程。在執(zhí)行中主要內(nèi)容為相機(jī)定義、導(dǎo)入影響和控制點(diǎn)坐標(biāo)、建立航線。（3）空三加密。按照標(biāo)定控制點(diǎn)-自動(dòng)匹配、點(diǎn)刪除、調(diào)整匹配的流程，做好空三加密的把控。（4）DEM生成。按照定義輸出參數(shù)、生成DSM/DEM流程，開(kāi)展相應(yīng)的作業(yè)。（5）DOM生成。按照引入DSM、設(shè)置參數(shù)、正射糾正的流程，進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)。（6）拼接勻光。按照添加影像、拼接鑲嵌、勻光處理的流程，執(zhí)行處理作業(yè)?？杖龜?shù)據(jù)處理后，高程中誤差結(jié)果為0.093m、基本定向點(diǎn)平面中誤差結(jié)果為0.126m，能夠達(dá)到規(guī)范規(guī)定[2]。

3 無(wú)人機(jī)低空航測(cè)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用總結(jié)

3.1 應(yīng)用效果

從環(huán)境地質(zhì)調(diào)查實(shí)踐來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，獲得了以下效果：（1）采用無(wú)人機(jī)航測(cè)作業(yè)手段，采集的影像資料，包含著豐富的信息，實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害體表面信息的全面覆蓋，經(jīng)過(guò)影像解譯后，能夠明確地質(zhì)災(zāi)害體的孕災(zāi)環(huán)境以及承災(zāi)提，為災(zāi)害治理和避讓以及觀測(cè)等，提供有力的依據(jù)。（2）運(yùn)用無(wú)人機(jī)低空航測(cè)手段，獲得的航測(cè)結(jié)果具有高分辨率優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土地利用情況以及災(zāi)害體上各類工程設(shè)施的建設(shè)等高效判讀，同時(shí)結(jié)合孕災(zāi)環(huán)境，能夠綜合評(píng)判利用以及建設(shè)的可行性以及合理性，對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域，比如滑坡等的不合理利用，采取糾正措施進(jìn)行處理。（3）基于無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)，能夠?qū)弰?dòng)地質(zhì)災(zāi)害，例如軟性基質(zhì)上的滑坡體變化，實(shí)施動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，結(jié)合運(yùn)用地質(zhì)物探方法和地下水觀測(cè)方法等，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害立體式的綜合觀測(cè)[3]。

3.2 應(yīng)用策略

從無(wú)人機(jī)低空航測(cè)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用實(shí)際來(lái)說(shuō)，若想發(fā)揮技術(shù)的作用，要做好全面的把控。在具體實(shí)踐中采取以下策略：（1）制定完善的技術(shù)應(yīng)用方案。按照環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的要求和目標(biāo)，設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)低空航測(cè)作業(yè)方案，加大對(duì)航測(cè)結(jié)果質(zhì)量的把控，為后續(xù)工作的開(kāi)展提供相應(yīng)的支持，保證工作的質(zhì)量。（2）做好無(wú)人機(jī)低空航測(cè)作業(yè)環(huán)節(jié)的把控。在航測(cè)作業(yè)中嚴(yán)格按照作業(yè)的規(guī)范和要求，組織開(kāi)展測(cè)量作業(yè)，保證環(huán)境地質(zhì)調(diào)查結(jié)果的精準(zhǔn)性和質(zhì)量，保障各項(xiàng)工作的有效開(kāi)展。（3）做好數(shù)據(jù)處理質(zhì)量的把控。在無(wú)人機(jī)低空航測(cè)實(shí)踐中，若想保證環(huán)境地質(zhì)調(diào)查結(jié)果的真實(shí)性和有效性，要做好數(shù)據(jù)處理質(zhì)量的把控，做好數(shù)據(jù)誤差的嚴(yán)格把控，避免因?yàn)閿?shù)據(jù)不準(zhǔn)確或者其他問(wèn)題的出現(xiàn)，影響著環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作質(zhì)量和效率。除此之外，要做好數(shù)據(jù)信息的合理利用?；诃h(huán)境地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，組織開(kāi)展各項(xiàng)工作，提高數(shù)據(jù)利用率[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)低空航測(cè)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用，發(fā)揮著重要的作用。若想保證技術(shù)的合理應(yīng)用，發(fā)揮無(wú)人機(jī)低空航測(cè)的積極作用，要做好全過(guò)程的把控。在具體實(shí)踐中采取以下策略：定完善的技術(shù)應(yīng)用方案;做好無(wú)人機(jī)低空航測(cè)作業(yè)環(huán)節(jié)的把控;做好數(shù)據(jù)處理質(zhì)量的把控。

參考文獻(xiàn)

[1]毛建華.低空輕型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山地形測(cè)繪中的應(yīng)用探究[J].世界有色金屬，2018（21）：16+18.

[2]程文宇，馮瀟.低空多旋翼無(wú)人機(jī)航測(cè)在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)前期現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)園林，2018，34（11）：97-101.

[3]劉萬(wàn)松，嚴(yán)玉奎，劉沉香，于暉，張廣利，趙棟.低空輕型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在水泥礦山地形測(cè)繪中的應(yīng)用[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2018（02）：53-54+56.

[4]趙培，王光彥，王之順，鄭亞運(yùn).消費(fèi)型無(wú)人機(jī)在低空航測(cè)中的可行性應(yīng)用研究[J].礦山測(cè)量，2018，46（03）：20-22.

收稿日期：2019-05-02

作者簡(jiǎn)介：黃勤（1985-），男，漢族，碩士學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害工程地質(zhì)勘查信息處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。