無人機(jī)航拍測繪技術(shù)對地質(zhì)災(zāi)害的勘查分析

馮仕超

（華北地質(zhì)勘查局五一九大隊，河北 保定 071000）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，社會各個領(lǐng)域?qū)Ω叻直媛蔬b感圖像的需求越來越急切，對其及時性和實用性要求也越來越高[1]。一種全新的空中遙感技術(shù)一無人駕駛飛行器拍攝是一種幾年來新興的航拍技術(shù)，它作為衛(wèi)星遙感與常規(guī)航拍地質(zhì)測繪的有效輔助手段，其優(yōu)勢是：其一，能夠低空作業(yè)，彌補(bǔ)衛(wèi)星遙感技術(shù)與普通航拍在高空有云覆蓋區(qū)不能及時采集相關(guān)數(shù)據(jù)的缺陷；其二，以無人機(jī)為飛行平臺，數(shù)據(jù)采集成本相比航天航空遙感要低得多，價格客觀；其三，利用數(shù)碼相機(jī)作為傳感器來采集有關(guān)數(shù)據(jù)，使得采集速度較快，圖像成型較為優(yōu)良，地面分辨率較高(高達(dá)20cm)；最后，無人機(jī)遙感平臺的靈活性較強(qiáng)，實用性較高，在較小面積的場地就能夠完成起降作業(yè)，對天氣環(huán)境的要求比較低[2，3]。無人機(jī)這些特征特別適合用于小范圍的地質(zhì)資源調(diào)查與災(zāi)害勘查。

1 基于無人機(jī)航拍測繪技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害勘查

1.1 確定測繪區(qū)域和航線

按照目前無人機(jī)飛行標(biāo)準(zhǔn)，絕大部分無人機(jī)的飛行時間相對來說比較短暫，正常狀況下是在30min左右，基于這種情況，就需要有針對性的對航拍區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)劃分，從而合理有效的安排測量航線、飛行時間以及飛行次數(shù)和架數(shù)等，一般在測量區(qū)范圍比較大的狀況下可以分區(qū)劃段完成測量，最好在規(guī)定航行時間段內(nèi)一次完成航拍任務(wù)，如此就能夠以此類推在后續(xù)安排時間內(nèi)有目的性的完成航拍工作，此外在開展航拍時盡可能按照實際航拍面積確定飛行路線，以免重復(fù)拍攝的發(fā)生[4]。

1.2 布置航拍網(wǎng)點(diǎn)

在航拍作業(yè)前需要先行將航拍區(qū)域確定，之后根據(jù)現(xiàn)實需要對其進(jìn)行網(wǎng)點(diǎn)布置，如此一來才能夠使得拍攝過程更加規(guī)范和合理，在設(shè)定拍攝網(wǎng)點(diǎn)時必須按照現(xiàn)實的拍攝環(huán)境做出具體的調(diào)整，從而降低周圍環(huán)境的不利影響，使信息處理對上傳數(shù)據(jù)可以做到更為精準(zhǔn)的分析。

1.3 獲取實時圖像

地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行時，勘查人員一般是沒有辦法親自到達(dá)災(zāi)害場地附近進(jìn)行實地調(diào)查，這時借助無人機(jī)航拍測繪技術(shù)，指揮無人機(jī)飛入災(zāi)害區(qū)域?qū)崟r圖像上傳至后方指揮中心，讓地災(zāi)專家可以利用影像資料實時掌握地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)的狀況，按照影像分析規(guī)劃地質(zhì)災(zāi)害防治解決措施[5]。

1.4 正射影像建立三維立體模型

預(yù)防性地質(zhì)災(zāi)害勘查，通常涉及面積比較廣泛，正常的勘查工作費(fèi)工費(fèi)力，還容易發(fā)生遺漏，影響勘查最終的結(jié)論。而正射影像是利用修復(fù)處理的具備高精度、幾何精度和影像特點(diǎn)的真實具體的覆蓋整個地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的現(xiàn)場圖像，滿足了既包含細(xì)節(jié)又涵蓋整體?？辈槿藛T能夠利用專業(yè)技術(shù)軟件在正射影像上獲得所需數(shù)據(jù)，再聯(lián)系實地調(diào)研，確保勘查內(nèi)容綜合、客觀、真實、具體。

相比于正射影像，三維立體模型借助傾斜航拍技術(shù)，從垂直、傾斜等不同的角度獲取到不同的影像數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)信息更加具體精準(zhǔn)，也可以從各個角度更加客觀地觀察災(zāi)害區(qū)，放大局部區(qū)域情況，具體測繪長度、高度、坡度、范圍、坐標(biāo)等，豐富地質(zhì)災(zāi)害勘查內(nèi)容，擴(kuò)大無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害勘查中的使用。另外，利用三維立體模型能夠讓非專業(yè)出身的技術(shù)人員或指揮人員更加容易直觀地了解地質(zhì)災(zāi)害的實地情況，為其決策規(guī)劃提供保證。

1.5 數(shù)據(jù)獲取

現(xiàn)在使用的無人機(jī)航拍遙感主要采取飛行下落后對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次下載，這種方法沒有辦法實時滿足地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援對時間的緊迫需要，在災(zāi)害救援中數(shù)據(jù)的即時上傳和處理成為新型的發(fā)展趨勢。利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)以及無人機(jī)平臺其他傳感器數(shù)據(jù)的有效融合與安全下載是確保無人機(jī)作業(yè)的關(guān)鍵方法。數(shù)據(jù)及時上傳在不同地質(zhì)條件下可選取衛(wèi)星上傳、視距微波傳輸以及超視網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)利用編碼和壓縮的方法將數(shù)據(jù)上傳，可以有效提高數(shù)據(jù)上傳速度，這樣可以同步滿足數(shù)據(jù)處理的實時需求，確?？梢钥焖偬峤豢辈槌晒?。數(shù)據(jù)獲取的具體流程如下圖所示。

圖1 數(shù)據(jù)獲取的具體流程

1.6 數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)航拍遙感影像數(shù)據(jù)的處理重點(diǎn)就在于低空飛行器拍攝的影像重疊度較低、像幅較小、圖片數(shù)量較多、傾斜角過大且方向無規(guī)律，很難實現(xiàn)影像配比的自動化連接、選取以及匹配。

最近幾年， 隨著影像遙感技術(shù)、自動航拍技術(shù)以及海量影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)的日漸成熟，無人機(jī)低空影像數(shù)據(jù)處理的軟件漸漸增多，基本上完成了對無人機(jī)航拍影像數(shù)據(jù)的自動化處理。而影像數(shù)據(jù)處理主要是針對影像數(shù)據(jù)的獲取對影像進(jìn)行參數(shù)細(xì)化以及DEM/DOM 制作任務(wù)。其流程圖下圖所示。

圖2 無人機(jī)航拍遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

2 技術(shù)應(yīng)用分析

以河北某礦山集團(tuán)礦業(yè)工作面為例，利用無人機(jī)航測技術(shù)進(jìn)行該區(qū)域的有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害勘查，以及現(xiàn)場工作人員接收到任務(wù)并實地反饋至地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查系統(tǒng)的全過程。首先，按照實際任務(wù)需求，提前規(guī)劃好無人機(jī)的飛行區(qū)域，采取WGS48坐標(biāo)，確定測繪區(qū)在地圖上的具體位置，區(qū)域東西向長大致3200 m；南北向?qū)挻蟾攀?00 m；面積大約是1.7平方千米。其次，為了獲得整個地質(zhì)區(qū)域的遙感影像，計劃在飛行高度為200m的上空進(jìn)行航拍作用。再次，將無人機(jī)航空拍攝的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的拼接、改正、色彩優(yōu)化、鑲嵌等處理，得到完整的區(qū)域正射影像圖，利用圖像編碼，初步明確地質(zhì)災(zāi)害的種類以及具體位置；其四，按照現(xiàn)有的位置信息，采取小于50 m的航高仔細(xì)調(diào)查礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的類別、波及范圍以及嚴(yán)重程度。其五，工作人員通過地質(zhì)災(zāi)害勘查接收到一定的任務(wù)指令，抵達(dá)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)后，開展實際工作完成測繪并上報。各生產(chǎn)礦井可以及時登錄了解有關(guān)系統(tǒng)，查詢地質(zhì)災(zāi)害信息，完成災(zāi)害點(diǎn)的治理工作。

3 結(jié)語

本文對無人機(jī)航拍測繪技術(shù)對地質(zhì)災(zāi)害的勘查分析進(jìn)行分析，依托無人機(jī)與遙感信息技術(shù)的結(jié)合，根據(jù)地質(zhì)測繪信息的獲取與分析，對地質(zhì)災(zāi)害的勘查工作進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)本文研究。希望本文的研究能夠為地質(zhì)災(zāi)害的勘查分析提供理論依據(jù)。