無人機(jī)影像在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

周全通

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊(duì)，江西 鷹潭 335000）

無人機(jī)具有靈活、快速、廉價等優(yōu)勢，可以深入到人們無法進(jìn)入的位置進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查。隨著技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)影像技術(shù)正在變成地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作中的重要手段，可以幫助技術(shù)人員充分了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況[1]。

1 無人機(jī)影像概述

無人機(jī)就是無人駕駛的，可遙控或者自動飛行飛行器，其優(yōu)勢在不同的方面都有體現(xiàn)。利用無人機(jī)搭載影像設(shè)備，能在很多人類不容易到達(dá)的地方錄制影像資料，并且隨著影像技術(shù)的提升，很多無人機(jī)搭載的影像設(shè)備都具備很高的清晰度，能滿足專業(yè)影像的大比例、高清晰度的要求[2]。目前，無人機(jī)影像技術(shù)已經(jīng)能滿足災(zāi)害地區(qū)拍攝的需要，并且在起降的過程中，并不會有太多的限制條件，無論是穩(wěn)定性還是經(jīng)濟(jì)性，都比傳統(tǒng)的地址災(zāi)害影像調(diào)查效果更好。同時，由于災(zāi)害地區(qū)的特殊地貌和氣候條件的影響，多數(shù)時候會處在人無法達(dá)到的位置，利用無人機(jī)進(jìn)入，能避免出現(xiàn)拍攝死角。同時，很多無人機(jī)具有非常強(qiáng)的自動化水平，可以搭載不同的傳感器，利用影像、紅外等方式能作出不同領(lǐng)域的自動化調(diào)查，深入研究地質(zhì)災(zāi)害的影響，確保后續(xù)的研究和救援工作順利進(jìn)行。

2 無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害中的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 無人機(jī)的優(yōu)勢

使用無人機(jī)最直接的優(yōu)點(diǎn)在于成本非常低，很多無人機(jī)不需要駕駛員，而且是機(jī)體的體積和質(zhì)量都比較小，易于運(yùn)輸和存放[3]。在部署上，具有全天候、全時段作業(yè)的優(yōu)勢，能夠深入危險地區(qū)作業(yè)，最大幅度上避免了人員傷亡。無人機(jī)可以深入到惡劣的飛行環(huán)境中，只要程序設(shè)計(jì)合理、遙控人員穩(wěn)定，無人機(jī)在空中滯留的時間就不會太長。在維護(hù)上，無人機(jī)依靠自身簡單的構(gòu)造也有維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)，操作人員的訓(xùn)練成本也比較低，只需要學(xué)習(xí)一定的理論知識和應(yīng)用知識就能順利完成對無人機(jī)的操控。

2.2 無人機(jī)的缺陷

使用無人機(jī)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害影像調(diào)查時，飛行的過程中容易受到其他無電線信號和人員因素的干擾，如果發(fā)生比較嚴(yán)重的電磁干擾，那么無人機(jī)飛行就會產(chǎn)生嚴(yán)重的事故。其次，如果需要測量的數(shù)據(jù)量比較大，或者傳輸系統(tǒng)受到了干擾，無人機(jī)的操控系統(tǒng)也會有一定的延遲性，影響救援和調(diào)查的速度[4]。

3 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的無人機(jī)影像技術(shù)

3.1 影像獲取技術(shù)

在地質(zhì)災(zāi)害中發(fā)揮作用的飛行設(shè)備非常多，包括飛行器平臺、動態(tài)差分GPS、光譜成像儀、激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等等。無人機(jī)設(shè)備是在應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的設(shè)備多樣化，并且軟件系統(tǒng)也比較豐富，包括圖像處理軟件、GIS系統(tǒng)、飛行系統(tǒng)等等。另一方面，無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)也是無人機(jī)操控的重要支撐，使用飛行系統(tǒng)可以將設(shè)備運(yùn)送到預(yù)定好的位置，并且根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的需要，針對性地進(jìn)行拍攝等工作。無人機(jī)的飛行系統(tǒng)能對航線進(jìn)行規(guī)劃工作，以及記錄無人機(jī)飛行過程中的各方面情況，包括飛行姿態(tài)、航程、黃臺等等，所有數(shù)據(jù)都會向地面信息系統(tǒng)同步[5]。地面系統(tǒng)則能夠針對接到的信息數(shù)據(jù)，對飛行路線優(yōu)化，以及接收無人機(jī)發(fā)出的影像資料。

在調(diào)查中的過程中，調(diào)查人員只需要根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的需求來選擇相關(guān)設(shè)備，保證影像的質(zhì)量并且保證圖像獲取的速度，有效調(diào)查地區(qū)的各方面情況。也能確保后期利用這些數(shù)據(jù)來進(jìn)行地區(qū)調(diào)查，了解地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因。

3.2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查的工作中，無人機(jī)并不會搭載測量型數(shù)碼相機(jī)，所以拍攝影像是就會出現(xiàn)鏡頭畸變的問題，為了保證圖像的可用性，就需要在拍攝過程中對畸變參數(shù)作出調(diào)整，以便快速獲得地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)據(jù)信息，為災(zāi)害調(diào)查和救援提供保障。在對數(shù)據(jù)處理的過程中，調(diào)查人員需要對無人機(jī)系統(tǒng)影響下的影像資料作出針對性處理，例如統(tǒng)一圖像的色彩和光線，處理好地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)當(dāng)向，確保影響匹配中的穩(wěn)定性。并且，調(diào)查人員也要全面、深入把握飛行控制系統(tǒng)的功能和作用，以及準(zhǔn)確記錄地質(zhì)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)。對地質(zhì)災(zāi)害信息建立數(shù)字化高程模型，配合現(xiàn)代技術(shù)手段，合理改正所有的影像資料中傾斜和投影方面的問題，完成不同數(shù)字正射影響的拼接工作，在規(guī)定的范圍內(nèi)完成科學(xué)化的剪切，獲取地址災(zāi)害的數(shù)字正射影像圖。

為了提升影像匹配的精確性，可以采用同名點(diǎn)匹配的方式，讓影像匹配的搜索范圍縮小，確保匹配精度。在完成同名點(diǎn)匹配之后，調(diào)查人員就可以根據(jù)地區(qū)各方面的實(shí)際情況，進(jìn)行自由平網(wǎng)差。之后，再向地圖內(nèi)加入控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、坐標(biāo)信息等等，確保精確完成絕對定向。在進(jìn)行處理的過程中，針對地址再黑數(shù)據(jù)的后期處理工作必須要主義空中三角測量控制，必須要對地區(qū)地址災(zāi)害影像做好針對空中的三角測量加密工作，利用地面的控制點(diǎn)，來對地址災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查，獲得一系列影像資料，以及獲取地址災(zāi)害整個調(diào)查范圍內(nèi)各個方面的加密點(diǎn)的云數(shù)據(jù)。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害解譯

地址災(zāi)害的解譯工作就是利用無人機(jī)影像，通過人工判斷和解譯構(gòu)建等遙感解譯方式，解譯人員的水平、無人機(jī)影響資料的質(zhì)量，都會關(guān)系達(dá)到解譯工作的完成水平。對此，解譯人員需要使用理論知識和技術(shù)手段，結(jié)合解譯資料和無人機(jī)影像來規(guī)范化地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的解譯工作，以保證解譯范圍的全面性，并且利用標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程有效控制解譯工作的誤差。通過完成解譯工作，能夠構(gòu)建地址災(zāi)害的三維模型，了解災(zāi)害的立體形象和特征，并且模型也具有可測量性。未來，技術(shù)人員還可以利用數(shù)據(jù)對災(zāi)害進(jìn)行二次挖掘，不斷完善解譯工作。

4 無人機(jī)影像技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的案例分析

4.1 案例簡介

在《昆明市滇池東岸關(guān)停礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理示范工程城市生態(tài)綠地潛在地質(zhì)災(zāi)害消除、高陡邊坡復(fù)綠及功能提升》項(xiàng)目中，礦山開采形成的邊坡高差大，坡度大，對地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查及地形測繪帶來非常大的難度。為此，負(fù)責(zé)人員選擇了無人機(jī)影像技術(shù)來彌補(bǔ)項(xiàng)目實(shí)地勘察的不足。

4.2 項(xiàng)目實(shí)施步驟

該項(xiàng)目的過程包括航攝分區(qū)、航攝實(shí)施、后期影像處理、影像質(zhì)量檢查、影像再處理。確定采用無人機(jī)影像技術(shù)后，工作人員針對平均海拔、地貌特征等因素對航攝區(qū)域進(jìn)行了部署，分區(qū)如下表。

航攝的實(shí)施步驟為：無人機(jī)根據(jù)計(jì)劃進(jìn)入場地，然后進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試工作。在完成航攝儀的鏈接工作后，在對設(shè)備進(jìn)行通電檢查，排除可能存在的故障。之后為適應(yīng)現(xiàn)場的地理等情況，以及對地質(zhì)災(zāi)害的勘察要求，還要做好正式作業(yè)和準(zhǔn)備工作，進(jìn)駐測區(qū)之后先完成一段試飛，然后調(diào)試影像的航測參數(shù)。作業(yè)的過程中，也要及時調(diào)整無人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)，并且根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，確定無人機(jī)的理想工作狀態(tài)。

在對分區(qū)完成航攝之后，需要立即將資料儲存在電腦上，并且在云端備份，在對質(zhì)量檢查的過程中，首先需要檢查影像資料的重疊程度，根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)確定平均基線長度和平均航線之間的間隔。以及像片進(jìn)行宣傳檢測工作，在相鄰兩張像片的基礎(chǔ)上，選擇同一個標(biāo)志物，兩個像片的標(biāo)志物重合之后確定像片邊緣夾角的大小，以此確定像片的旋角，在對影像質(zhì)量檢查時，采取目視的方法，對每個像片的層次、色彩和缺陷等問題進(jìn)行檢查。之后的圖像處理工作中，利用光束評查計(jì)算來完成空中的三角測量，確定加密點(diǎn)的高程、平面位置等信息。

4.3 無人機(jī)影像信息解譯

解譯工作以無人機(jī)的勘察結(jié)果作為基礎(chǔ)，根據(jù)待檢查區(qū)域的具體資質(zhì)、資料來對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行詳細(xì)分析。本工程中，主要進(jìn)行無人機(jī)航拍得到的正映射圖像解譯，通過在室內(nèi)使用無人機(jī)交互解譯的方法，獲取目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)資料。由于地物差異的變化，解譯地物影響特征也會出現(xiàn)明顯的差異，所以工作人員可以根據(jù)這一特征來對地物進(jìn)行識別和判斷，根據(jù)工作人員的解譯結(jié)果，正確評估分區(qū)滑坡的地質(zhì)災(zāi)害問題，并且對滑坡位置的微地貌變化進(jìn)行了評估，確定可能會對公路造成威脅。

5 結(jié)束語

無人機(jī)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中發(fā)揮著巨大的作用，通過使用無人機(jī)影像技術(shù)，能夠?qū)σ恍┨厥獾貐^(qū)進(jìn)行勘察，并且根據(jù)無人機(jī)影像來確定可能造成的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。未來，仍然需要繼續(xù)做好無人機(jī)影像技術(shù)的開發(fā)工作，提高地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查效率。

表1 航攝實(shí)施數(shù)據(jù)