淺談無人機在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

王瑩

摘要：目前，無人機作為一種新型的手段在民用領(lǐng)域如防汛抗旱、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、應(yīng)急救援等方面具有良好的發(fā)展前景，可有效制定防洪抗旱方案，準(zhǔn)確預(yù)測災(zāi)害隱患，為政府決策提供科學(xué)依據(jù)。但從其發(fā)展現(xiàn)狀看，可在提升地質(zhì)災(zāi)害分析技術(shù)的同時結(jié)合遙感信息提取技術(shù)，開發(fā)新的無人機地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)應(yīng)用軟件，以提高災(zāi)害防治和應(yīng)急救援的針對性、時效性和精確性。

關(guān)鍵詞：無人機;地質(zhì)災(zāi)害;應(yīng)用

1無人機測量技術(shù)內(nèi)涵

無人機是通過無線電遙控設(shè)備或機載計算機程控系統(tǒng)進行操控的不載人飛行器。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、使用成本較低、操作靈活，除了能夠完成傳統(tǒng)人機任務(wù)，更適用于傳統(tǒng)人機不宜執(zhí)行的任務(wù)，例如危險區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、空中救援指揮和環(huán)境遙感監(jiān)測等。隨著我國改革開放的不斷深入，科學(xué)技術(shù)水平得到了空前提升，直接推動了測繪地理信息行業(yè)的不斷發(fā)展，智能化水平更高、工作效率更高、可操作性和數(shù)據(jù)處理性更靈活的測繪裝備不斷得到創(chuàng)新和發(fā)展，無人機測量技術(shù)就是科技創(chuàng)新和發(fā)展的產(chǎn)物。無人機測量技術(shù)屬于近景航空攝影測量，其是基于無人機作為搭載平臺，機載航空攝影相機、數(shù)碼攝錄機等數(shù)字?jǐn)z影測量與遙感設(shè)備進行拍攝和記錄，利用地面無線電遙控設(shè)備或計算機程控系統(tǒng)對無人機飛行姿態(tài)、各類參數(shù)進行控制和修正，從而實現(xiàn)對地面信息的調(diào)查和監(jiān)測，即無人機攝影測量與遙感技術(shù)。

無人機測量系統(tǒng)可以分為空中控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)，空中控制系統(tǒng)包括無人機搭載平臺、攝影測量與遙感設(shè)備，以及攝影測量與遙感空中控制子系統(tǒng)。無人機攝影測量與遙感的數(shù)據(jù)獲取過程如下：（1）根據(jù)任務(wù)需求進行飛行規(guī)劃和飛行參數(shù)設(shè)計;（2）按照預(yù)設(shè)規(guī)劃和參數(shù)設(shè)計對任務(wù)區(qū)域進行無人機攝影測量與遙感飛行;（3）通過數(shù)據(jù)存儲設(shè)備或5G數(shù)據(jù)信息傳輸通道收集和存儲地面信息、飛行姿態(tài)信息、各類控制系統(tǒng)信息等;（4）利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對獲取的數(shù)據(jù)信息進行處理和分析，提取任務(wù)所需測繪地理信息數(shù)據(jù)。

2無人機的特性

無人機具備應(yīng)用先進性。無人機在自然災(zāi)害測繪等方面的應(yīng)用主要是以無人機為載體，搭載相機等傳感器設(shè)備，在一定區(qū)域范圍內(nèi)進行測繪等各項工作。相比較傳統(tǒng)測繪而言，其應(yīng)用范圍更廣，成本更低。近年來，3S技術(shù)發(fā)展迅速，推動無人機在飛行、定位、影像快速處理等方面得到快速發(fā)展。在地質(zhì)災(zāi)害測繪中，無人機獲取的遙感數(shù)據(jù)具備空間分辨率高、時效性強、周期短等優(yōu)點。結(jié)合無人機技術(shù)特點來看，處理影像數(shù)據(jù)主要有正射糾正、影像匹配與預(yù)處理、空三加密等。

無人機具備應(yīng)用廣泛性。從目前我國發(fā)展現(xiàn)狀來看，無人機在實際應(yīng)用中有很長一段時間主要集中在軍事用途上，比如一些武器的精確打擊、空中偵查、遠(yuǎn)程指揮等。隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，在民用領(lǐng)域應(yīng)用也逐漸增多，比如地質(zhì)災(zāi)害測繪、遠(yuǎn)程攝像、生態(tài)環(huán)境保護等。在2014年8月發(fā)生的魯?shù)榈卣鹬?，我國首次將無人機技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害救援中去，為救援工作帶來了非常大的幫助和技術(shù)支持。自此之后，無人機在地質(zhì)災(zāi)害中應(yīng)用越來越廣泛。

無人機具備快速反應(yīng)特性。無人機在實際應(yīng)用中機動頻率快，升降過程中準(zhǔn)備時間短，在惡劣環(huán)境中作業(yè)能力強，不受地面交通影響，可以較快飛抵地質(zhì)災(zāi)害點進行實時監(jiān)控，能夠?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害精確定位，在較短時間內(nèi)對地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進行收集、分析、處理和傳送。

3無人機地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測方法和流程

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測是通過運用各種技術(shù)和方法，測量、監(jiān)視地質(zhì)災(zāi)害活動以及各種誘發(fā)因素動態(tài)變化的工作，即通過采集和獲取地質(zhì)災(zāi)害各要素空間關(guān)系及地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的特征、紋理、環(huán)境信息等，基于已有的數(shù)據(jù)資料，對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性和危害性等進行分析、評價。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測任務(wù)需求，以及無人機測量技術(shù)原理，可以將基于無人機的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作分為數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析評價三個部分。數(shù)據(jù)獲取部分包括了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測任務(wù)的確定、任務(wù)分析及相關(guān)資料收集、實地勘探、飛行規(guī)劃和參數(shù)設(shè)計、無人機作業(yè)內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的參數(shù)校正、空中三角測量、三維模型構(gòu)建、正射影像獲取等。數(shù)據(jù)分析評價包括地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測屬性數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，以及基于已有相關(guān)資料信息對地質(zhì)災(zāi)害進行分析和評價等內(nèi)容。無人機地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測可以彌補傳統(tǒng)攝影測量易受云層遮擋影響的缺陷，為用戶提供高分辨率、低成本、實時性、可重復(fù)性的遙感影像信息，用戶可以通過無人機測量結(jié)果獲取多重高精度的參數(shù)和屬性信息，彌補了傳統(tǒng)攝影測量與遙感高精度空間位置和高分辨率的影像信息不能兼得和融合的缺陷。

4無人機技術(shù)的應(yīng)用

4.1在滑坡災(zāi)害中的應(yīng)用

無人機在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中具備視角高、自由度高等優(yōu)勢，相較于傳統(tǒng)調(diào)查方式，所獲取的影像數(shù)據(jù)清晰度更高。在常見的泥石流、滑坡、崩塌等在地質(zhì)災(zāi)害中，能夠快速、準(zhǔn)確查明地質(zhì)情況。山西地區(qū)干旱少雨，小型滑坡和崩塌地質(zhì)災(zāi)害較為常見，無人機在實際應(yīng)用中具有較大的適用性，特別是一些陡峭的巖壁等發(fā)生巖體蠕變前，可利用無人機勘測制定避險方案。在大型滑坡等地質(zhì)災(zāi)害中，因災(zāi)害覆蓋的面積較大，無人機可以利用視角高的優(yōu)勢指導(dǎo)災(zāi)害現(xiàn)場避險，并進行建模分析災(zāi)害原因，減少二次傷害。

4.2勘測數(shù)據(jù)處理方案

應(yīng)用無人機對地質(zhì)災(zāi)害勘測主要是通過對地質(zhì)災(zāi)害進行拍攝、建模、測量及數(shù)據(jù)分析。工作人員在地面通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)提前規(guī)劃好地質(zhì)災(zāi)害隱患點的飛行路線，無人機掛載攝像機啟動后，將按照規(guī)劃好的飛行路線自動采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并在完成數(shù)據(jù)采集后自動返航。工作人員將無人機采集到的數(shù)據(jù)，通過三維建模軟件進行處理分析。把經(jīng)過建模軟件處理獲得的數(shù)據(jù)結(jié)合其他軟件進行二次分析，比如雷達分析、通視分析、剖面分析以及淹沒演示分析等，可以為重點區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的處置、指揮、決策提供有力的數(shù)據(jù)支持。

4.3在災(zāi)情巡查中的應(yīng)用

發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時，通過在無人機上搭載高清云臺攝像儀器，圍繞災(zāi)區(qū)進行自動巡航拍攝，利用無線電技術(shù)將畫面實時傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?，并通過現(xiàn)場通訊設(shè)備及時傳回指揮中心，便于工作人員及時有效了解受災(zāi)情況，從而為指揮決策提供有效技術(shù)支持。一些地區(qū)遭遇突發(fā)山洪泥石流的地質(zhì)災(zāi)害時可能發(fā)生群眾被困、村民住宅等被泥石流掩埋沖毀等情況，救援人員無法第一時間趕到現(xiàn)場了解現(xiàn)場受災(zāi)情況時，可以通過無人機技術(shù)精確定位受災(zāi)地點并及時找到被困人員，從而提高救援效率，有效降低人員傷亡和財產(chǎn)損失。

4.4在應(yīng)急救援中的應(yīng)用

無人機可以通過掛載無線高音喇叭進行高空飛行巡航，利用高音喇叭設(shè)備播放預(yù)先錄制好的音頻，可以高效、快速地對地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)域進行預(yù)警，對緊急疏散人員、安撫受困人員等具有重要作用。工作人員可以通過無人機實時傳輸現(xiàn)場圖像了解災(zāi)害實情，通過其精確定位，操作人員利用掛載高空拋投器進行精準(zhǔn)投放，如急救藥物、救生衣、繩索等重要物資，幫助被困人員脫險。

結(jié)束語

利用無人機技術(shù)進行地質(zhì)災(zāi)害攝影測量，具有安全方便、經(jīng)濟實惠等優(yōu)勢，可以對地質(zhì)災(zāi)害進行建模，有助于地質(zhì)災(zāi)害的防治和后期研究。利用無人機傳感器獲取并處理地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，有利于建立地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的收集、分析和處理等協(xié)同服務(wù)機制，推動災(zāi)害救援及災(zāi)后情況的評估。可見，無人機技術(shù)對推動我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有非常重大的意義。

參考文獻

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