淺談無人機航測技術在地質災害應急測繪中的研究與應用

熊濤

（湖南省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四0五隊，湖南 吉首 416000）

近年來，隨著飛控系統(tǒng)的開源、配套技術的進步以及民用無人機市場的擴張，使得無人機在各個領域的應用得到了飛速發(fā)展。在地質災害應急測繪領域，特別是在近年發(fā)生的各類山體滑坡、崩塌和泥石流災害的測繪和救援工作中，無人機在通信保障、監(jiān)控預警、三維建模、輔助決策等方面起到了重要作用，提高了測繪和救援效率、減少了人員傷亡。但在實戰(zhàn)中也暴露了無人機在功能模塊、續(xù)航能力上的短板。傳統(tǒng)的災后調查方法局限性較大，并且效率已經(jīng)無法滿足當前對于災情救援的需求，因此無人機在應急測繪工作中的應用得到了更多重視。無人機運行不受交通影響，同時能夠克服次生災害，迅速地采集災區(qū)情況，得到其實際影響，數(shù)字模型和三維模型，為救援提供有效的決策依據(jù)。

一、無人機的工作原理

無人機是一種通過無線遙控技術和自動控制裝置操作的無人飛行器，現(xiàn)行的應急測繪無人機多為多旋翼無人機，機載各類功能模塊設備，無人機系統(tǒng)的主要組成部分包括飛機本體、動力部分、飛控部分、數(shù)據(jù)通信部分等，其中整個系統(tǒng)的核心是飛控部分，直接影響到無人機運行的安全性和穩(wěn)定性，同時關系到實時的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)連接部分保證了無人機能夠在較低時延下接受并相應指令，從而完成相應的運動控制。

二、無人機的優(yōu)勢

（一）較為機動靈活

小型無人機重量較輕并且需要較少的操作人員，通常來說2人就能很好地完成無人機操作。同時由于重量輕的特點，當發(fā)生地質災害時能夠較為方便地帶入現(xiàn)場，迅速起到應急測繪作用。另外其飛行速度控制較為方便，具有靈活機動的特點，迅速達到災害地點。另外，無人機對于起飛條件要求不高，起飛容易，這對于地質災害的應急測繪工作來說有著重要的意義。

（二）視野全面

當前在無人機的研究領域，已經(jīng)嘗試著將數(shù)據(jù)鏈技術和寬帶技術融入其中，擴寬無人機視野，以便應對不同的角度和光線條件，完成勘測任務。在低空飛行石，可以在無人機上配備先進的成像技術，對地質災害進行跟蹤拍攝，提高測繪效率。

（三）操作簡單

無人機在操作上較為便捷，一般在視頻傳輸系統(tǒng)的配合下，就可以通過遠程系統(tǒng)對其進行飛行控制，并且對現(xiàn)場進行實時監(jiān)測。另外，如果客戶端接入公網(wǎng)，還可以采用電腦、手機等多種智能載體來控制無人機飛行，接口豐富，操作簡單。

（四）安全可靠

無人機實際飛行中對于環(huán)境的要求也相對較低，可以在非極端天氣下正常使用。在地質災害的應急測繪工作中，無人機的應用有效解決了傳統(tǒng)測繪中的問題，提高了測繪質量和效率，同時能夠對現(xiàn)場情況實施的監(jiān)測和跟蹤，為災害的救援提供可靠依據(jù)，盡最大可能降低災害的影響。

三、無人機在地質災害應急測繪中的應用

（一）無人機先導偵察功能及其優(yōu)化

所謂先導偵察功能，是指當有災害發(fā)生后，消防無人機通過自主規(guī)劃航跡或者是手動操作，首先進入現(xiàn)場進行偵查，展開地質災害的應急測繪工作。當前在應急測繪工作中，無人機的工作方式大多數(shù)都為手動為主、自主為輔，也就是通過遙控器來操作無人機進行初步的偵查，在這之后的部分工作才能通過自主航跡規(guī)劃來完成。雖然這種操作方法較為簡單，但是其缺陷和不足較為明顯。例如在出動無人機時，由于在人員操作方面存在限制，只有相關人員達到現(xiàn)場后才能安排無人機的偵查工作，也就進行全面自主的先導偵查工作。因此在偵查功能上需要對其進行進一步的優(yōu)化，為應急測繪工作提供預判的空間。

（二）無人機圖像傳輸功能及其優(yōu)化

在地質災害應急測繪工作中，無人機通信系統(tǒng)主要涉及圖像、數(shù)據(jù)以及無線電的傳輸。通過圖像模塊來將災害現(xiàn)場的圖像傳回，這是應急測繪工作的關鍵。結合當前應急測繪工作中所配備的通信裝備，目前圖像傳輸方式中較為穩(wěn)定的有3G/4G傳輸和微波傳輸兩種。

1.3G/4G圖像傳輸

在無人機消防工作中，3G/4G圖像傳輸指的是通過4G設備來傳輸3G圖像，其現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳輸路徑主要有三方面，一是無人機攝像機進行現(xiàn)場拍攝，地面終端接收無人機數(shù)據(jù)。二是在地面終端處引出HDMI的接口，向地面的公網(wǎng)基站發(fā)射信息；三是通過訪問通信指揮中心登錄IP地址，連接服務器，即可獲取基站轉接的數(shù)據(jù)信息。

2.微波圖像傳輸

這種方式是指的是，消防通信人員通過便攜式發(fā)射終端，將無人機所獲取的數(shù)據(jù)信息以微波的形式向通信指揮車中的接收機發(fā)送，車載發(fā)射機對其進行再次發(fā)射，通信指揮中心中就可以看到相應的數(shù)據(jù)信息，也就實現(xiàn)了現(xiàn)場、指揮車和指揮中心的實時數(shù)據(jù)共享。

（三）災情勘察為救援行動提供輔助決策

當?shù)刭|災害事故發(fā)生時，救援人員不一定能夠進入現(xiàn)場的核心區(qū)域。但是在復雜環(huán)境下的災害事故現(xiàn)場，無人機可以自由靈活地進入受災區(qū)域進行全方位偵察，在災害發(fā)生的第一時間確定核心位置，并對其做出合理救災方案。

利用無人機上搭載各類偵檢模塊，可以對現(xiàn)場的實際情況進行檢測。在地理復雜的救援現(xiàn)場，可利用無人機將實時地理數(shù)據(jù)、風速、溫度等信息傳輸?shù)街笓]中心，制作二維、三維全景圖，對現(xiàn)場偵察，便于后方指揮中心制定合理的救援方案。

四、無人機應急測繪方法

在應急測繪工作中，無人機影像會有較大的數(shù)據(jù)量，通過常規(guī)處理效率較低，所需時間較長。在災區(qū)中對時間要求較高，必須要對工作流程進行合理調整和改進，在現(xiàn)有資源的基礎上來應對不同的實際狀況，從而提高應急測繪的效率和質量，為救援工作提供最為可靠的數(shù)據(jù)依靠。對于無人機測繪來說，可以在應急預案的制定、排排作業(yè)以及數(shù)據(jù)分析處理等環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，確保應急測繪工作能夠滿足時間要求。

（一）制定應急預案

科學合理地制定應急預案，這時確保測繪工作質量和效率的基礎。需要綜合考慮到現(xiàn)場實際的環(huán)境、設備以及人員因素。通常來說應急預案需要包括崗位職責情況、操作手冊詳情以及緊急狀況處理等部分，并且要以實際為基礎不斷地對原進行改進和完善，并且通過實際模擬來提高應用效果，確保預案中所設涉及的內容都能得到充分的保障。

（二）應急拍攝作業(yè)

在進行應急測繪工作時要做到針對性拍攝，首先保證災區(qū)數(shù)據(jù)準確，以該區(qū)域為中心規(guī)劃和計算其實際的影響范圍。一般來說，地質災害在丘陵、山地等地區(qū)較為常見，并且在這些地區(qū)可能會影響到無人機的飛行路線及高度，導致拍攝的照片沒有較為理想的視野范圍，并且影像邊緣質量較差，失真問題嚴重。因此在設計航線時，要在災害影響較重的區(qū)域以及拍攝質量較差的區(qū)域內進行加密設置。并且，五鏡頭的相機較重，續(xù)航較差，需要進行多次起飛來完成測繪任務，并且該種相機所采集的數(shù)據(jù)具有較大的冗余，在實際操作中要通過刷面方式來收集數(shù)據(jù)。

（三）數(shù)據(jù)應急處理

在處理無人機所收集到的數(shù)據(jù)前，首先要檢查航片質量，確保已經(jīng)全面覆蓋了重點區(qū)域。另外，災區(qū)中往往存在著電力終端問題，無法穩(wěn)定供應電力，導致數(shù)據(jù)處理設備滅有運行環(huán)境，因此要通過降低數(shù)據(jù)處理量來提高作業(yè)效率。采用快速拼接軟件來自動化拼接航片，通過現(xiàn)場地理信息以及像片控制點來糾正影像坐標，制作數(shù)字影射圖。由于實景的三維建模需要耗費較長時間，所以可以單獨處理重點區(qū)域航片來進行傾斜攝影應急建模。將災區(qū)數(shù)據(jù)進行分塊處理再將其拼接。如果采集數(shù)據(jù)的面積過大，可以將次重要部分的分辨率降低，從而提高建模速度。

五、結束語

通過無人機來進行地質災害的應急測繪工作，能夠提高測繪工作的質量和效率，為救援工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持。但是當前無人機測繪工作仍然存在一定的不足，例如容易受到環(huán)境影響、對從業(yè)人員要求高等等。隨著社會科技和經(jīng)濟的進一步發(fā)展，無人機系統(tǒng)將更加完善，能夠在更惡劣的環(huán)境中有效運行，為應急測繪工作提供可靠支持。