無人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

李云濤 楊海成 梁四幺

核工業(yè)航測遙感中心 河北 石家莊 050000

1 無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

無人機(jī)在應(yīng)用和使用的過程中不需要人員進(jìn)行駕駛，也被人稱之為空中機(jī)器人。無人機(jī)的種類較為繁多，并且其功能性也有著較大差異，能夠在不同的環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用在了各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域當(dāng)中，深得我國人民的喜愛和青睞，同時(shí)對(duì)人們的生活以及生產(chǎn)帶來了巨大幫助。而本文則是以無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析和介紹。

2 無人機(jī)在地災(zāi)調(diào)查中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

將無人機(jī)設(shè)備應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)收集檢測以及救援工作的過程當(dāng)中具有諸多優(yōu)勢。首先，無人機(jī)的造價(jià)和成本整體較低，其自身的重量較小，便于技術(shù)人員進(jìn)行操作。無人機(jī)的應(yīng)用可脫離時(shí)間和空間的限制，做到全天候待命，并且能夠良好的適應(yīng)各種危險(xiǎn)環(huán)境，不會(huì)產(chǎn)生人員損傷的安全隱患。無人機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)探測的過程中，環(huán)境因素不會(huì)對(duì)其應(yīng)用過程造成較大干擾，僅需操作人員合理操作便可開展多項(xiàng)任務(wù)。無人機(jī)的整體維護(hù)成本較低，且無人機(jī)的內(nèi)部整體構(gòu)造相對(duì)簡便，無需大量的資金投入，對(duì)其進(jìn)行周期性維護(hù)。另外，隨著科技水平的不斷進(jìn)步，無人機(jī)的攝像系統(tǒng)清晰度也在快速提升，其覆蓋的范圍不見擴(kuò)大和推廣，可實(shí)時(shí)傳遞精準(zhǔn)的圖像和信息[1]。

2.2 無人機(jī)的缺點(diǎn)

無人機(jī)在應(yīng)用和執(zhí)行任務(wù)的過程中，其主要是受到無線電進(jìn)行控制，記憶在施工作業(yè)的過程中受到無線電或者其他因素的干擾，如果在其執(zhí)行任務(wù)的過程中，其周圍有著較為強(qiáng)烈的電磁干擾，便會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)設(shè)備出現(xiàn)失控或者較大的制動(dòng)問題。另外，當(dāng)無人機(jī)受到干擾時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致其操作過程會(huì)有一定的延遲，大大降低了數(shù)據(jù)信息的傳遞速度，將其應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害營救工作過程當(dāng)中，便無法發(fā)揮出該設(shè)備的最大價(jià)值，甚至錯(cuò)過了最佳的營救時(shí)間。

3 地質(zhì)災(zāi)害的危害

近些年來，由于我國人民的活動(dòng)面積不斷擴(kuò)大活動(dòng)覆蓋范圍不斷擴(kuò)寬，這就導(dǎo)致地質(zhì)自然災(zāi)害問題屢見不鮮，其發(fā)生種類層出不窮。當(dāng)大型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的過程中，會(huì)對(duì)周圍的居住人民帶來嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)安全威脅。較為常見的地質(zhì)災(zāi)害類型，主要是泥石流塌方以及山體滑坡。第一，泥石流災(zāi)害往往產(chǎn)生在身軀或者溝谷深壑或者地形較為險(xiǎn)峻的地區(qū)，當(dāng)大型暴雨或者暴雪等自然災(zāi)害產(chǎn)生的過程中，就會(huì)伴有大量泥沙和石塊的泥水混合物洪流。當(dāng)泥石流產(chǎn)生的過程中，其發(fā)生速度較快、泥水混合物流量較大、整體物質(zhì)的容積也在流動(dòng)的過程中進(jìn)一步擴(kuò)大，從而造成極具毀滅性的破壞。第二，塌方。塌方事故主要是指建筑物，山體，路面，礦井在正常運(yùn)營的過程中，出現(xiàn)自然塌陷下墜的狀況。造成該種自然災(zāi)害的主要原因是，人類過度的開采地下水資源，導(dǎo)致很多地面出現(xiàn)了塌陷現(xiàn)象，或者存在塌陷隱患，同時(shí)地質(zhì)災(zāi)害的等級(jí)也在持續(xù)上升。第三、滑坡?；碌刭|(zhì)災(zāi)害是指斜坡上土體或者巖石，在受到河水沖刷以及地下水自然活動(dòng)后，在重力的作用下，沿著一側(cè)的軟弱土質(zhì)層，以整體或者分散的形式順坡而下的滑坡自然災(zāi)害，往往會(huì)嚴(yán)重危害工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展[2]。

4 無人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

4.1 快速測繪

將無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查當(dāng)中，具有諸多優(yōu)勢。在開展地質(zhì)災(zāi)害測繪工作的過程中，無人機(jī)遙感技術(shù)能夠快速靈活的執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)還能大大提升測繪工作的準(zhǔn)確性。目前，應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)在地球任何位置以及任何時(shí)間監(jiān)測的過程中，都具有較高的可靠性。因此，技術(shù)人員可在地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)域，應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測和開展測繪任務(wù)。同時(shí)，利用無人機(jī)遙感技術(shù)的精準(zhǔn)預(yù)測功能和拍照分析功能，可實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)域的全天候監(jiān)測工作，讓技術(shù)人員能夠更加準(zhǔn)確和快速的分析災(zāi)害區(qū)域的地址從實(shí)際狀況，相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害搶險(xiǎn)部門也可通過監(jiān)測內(nèi)容第一時(shí)間作出相應(yīng)的規(guī)劃和預(yù)判，快速準(zhǔn)確的災(zāi)害狀況收集和規(guī)劃。

4.2 地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測

我國國土面積幅員遼闊，地域和地質(zhì)形態(tài)也有著較大的不同，地質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組成往往較為復(fù)雜，一旦發(fā)生不同程度的地質(zhì)災(zāi)害問題，就會(huì)嚴(yán)重威脅到社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)進(jìn)步。但隨著我國社會(huì)的持續(xù)變革，人們對(duì)于生存環(huán)境和自然資源開采速度不斷加快，造成了地質(zhì)結(jié)構(gòu)的極大改變和破壞，從而誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，尤其是山體滑坡、泥石流、地面塌陷等問題層出不窮，對(duì)于我國人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極其嚴(yán)重的威脅。盡管我國擁有功能齊全的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測儀器，但是大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害具有較強(qiáng)的突發(fā)性以及不可預(yù)測性，僅靠檢測儀器無法全面的實(shí)時(shí)監(jiān)管，并且大部分監(jiān)測儀器的應(yīng)用損耗較高，全面覆蓋也是不切實(shí)際的。因此無人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害當(dāng)中應(yīng)用，將成為今后地質(zhì)災(zāi)害管控和搶險(xiǎn)工作的必要手段，具備極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[3]。

4.3 地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中的應(yīng)用

無人機(jī)遙感技術(shù)在應(yīng)用的過程中不會(huì)受到其他條件以及因素的限制，在執(zhí)行任務(wù)的過程當(dāng)中可以多方位多角度的進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域拍攝和分析，并將其整理成為數(shù)據(jù)信息進(jìn)行反饋，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，無人機(jī)遙感技術(shù)能夠準(zhǔn)確的觀測和尋找每一位受害者的所處位置，以及受害者所處環(huán)境的地質(zhì)狀況，為后續(xù)救援工作奠定良好基礎(chǔ)。另外，無人機(jī)遙感技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全天候的帶病作業(yè)，即使是夜間執(zhí)行救援任務(wù)也能夠具備較高的戰(zhàn)術(shù)素養(yǎng)。

5 實(shí)例分析

5.1 無人機(jī)航攝

在我國西南某山區(qū)，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)崩塌和滑坡現(xiàn)象，且地質(zhì)災(zāi)害種類偏多。應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)其地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，便可應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)達(dá)成全方位無死角的地質(zhì)災(zāi)害問題精細(xì)測繪和調(diào)查。該項(xiàng)任務(wù)需要在海拔平均1800米以上執(zhí)行，所應(yīng)用的設(shè)備為大鵬cw-15無人機(jī)，并搭載5拼相機(jī)。根據(jù)任務(wù)當(dāng)中的要求可知，其航拍高度平均為400米，航向重疊率為80%，航向重疊率在70%，平均地面分辨率能達(dá)到0.05厘米以內(nèi)。通過無人機(jī)傾斜攝影和測量，能夠得到高分辨率的數(shù)字影像。該模式下能夠?qū)崿F(xiàn)空中三角測量，從而建設(shè)出三維模型和數(shù)字正射向圖。具體流程如圖1所示。

圖1 無人機(jī)遙感調(diào)查流程

5.2 數(shù)據(jù)處理

本次任務(wù)該無人機(jī)搭載的是高分辨率數(shù)碼相機(jī)，并提前進(jìn)行了畸變校正與顏色處理，將相機(jī)當(dāng)中的pos數(shù)據(jù)快速導(dǎo)出，開展同名點(diǎn)匹配。快速導(dǎo)入地面控制點(diǎn)坐標(biāo)信息，從而在空中進(jìn)行三角測量加密，生成較為密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲得較為清晰的三維模型圖[4]。處理流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程

5.3 精度評(píng)定

借助無人機(jī)傾斜攝影測量，從而獲取了任務(wù)執(zhí)行區(qū)域某泥石流溝實(shí)景三維模型。模型紋理清晰可辨，其平均分辨率達(dá)到了0.05公分，并根據(jù)布設(shè)地點(diǎn)的檢核點(diǎn)，總結(jié)出平面位置誤差與高程誤差如表一所示，可發(fā)現(xiàn)其綜合誤差較小，讓技術(shù)人員能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出地質(zhì)災(zāi)害的隱患位置、形態(tài)、高程、泥石流結(jié)構(gòu)以及巖體結(jié)構(gòu)。

表1 實(shí)景三維模型精度評(píng)定表

6 總結(jié)

當(dāng)前，我國無人機(jī)遙感技術(shù)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測任務(wù)執(zhí)行的過程當(dāng)中表現(xiàn)出較為良好的效果，并且在各行各業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用水平也在逐步提升。將其應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測過程當(dāng)中，能夠?yàn)槿祟惿鐣?huì)的發(fā)展作出有效貢獻(xiàn)，推動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害的分析和預(yù)防工作不斷發(fā)展，挽救了諸多生命，隨著我國專業(yè)技術(shù)人員對(duì)無人機(jī)遙感技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新和優(yōu)化，該技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害檢測工作當(dāng)中的應(yīng)用也會(huì)更加全面和完善。