無人機航攝技術在地質災害中的應用
——以樂平市鸕鶿鄉(xiāng)為例

聶 飛，徐貴興

（江西省地質局地理信息工程大隊，江西 南昌 330001）

2021年1月～8月，江西省共接到地質災害災（險）情報告191起，造成直接經(jīng)濟損失549.62萬元。災害類型包括，滑坡、泥石流、崩塌和地面塌陷等，災害規(guī)模分中型和小型［1］。其中大部分是由于不規(guī)范煤礦開采、隨意土方開挖、生態(tài)植被破壞等行為導致的地質生態(tài)環(huán)境變異，造成采空坍塌、山體開裂、水土流失，繼而發(fā)生滑坡等地質災害［2］。地質災害普遍存在爆發(fā)周期短、破壞性強、成因復雜等特點，傳統(tǒng)測繪和監(jiān)測方法無法做到時效性和直觀性的有效統(tǒng)一，在地質災害突發(fā)時難以為災情動態(tài)監(jiān)測和提供有效保障［3］。

無人機依靠其非接觸特性和靈活性，可以深入受災區(qū)域，利用傾斜攝影技術為地災應急提供快速、可靠、直觀的三維模型數(shù)據(jù)［4］，實現(xiàn)地質災害應急管理、地質災害評估等任務，為災后重建提供基礎地理信息依據(jù)。無人機航攝綜合運用了無人機飛行器、遙感、數(shù)據(jù)傳輸、GPS定位等技術，憑借這些技術使無人機遙感可實現(xiàn)全自動獲取大量的空間地理信息，并對這些信息進行數(shù)據(jù)處理、建模和應用分析。無人機遙感以無人機作為空中平臺，使用遙感傳感器獲取信息，使用計算機對圖像信息進行分析處理，并按一定精度要求制作成圖像［5］。目前，無人機根據(jù)空中平臺搭載的數(shù)據(jù)傳感器不同，可將無人機航攝分為普通攝影測量、傾斜攝影測量和激光雷達測量。地災點一般發(fā)生在山區(qū),傳統(tǒng)的航空攝影技術對機場和天氣等條件的依賴性很大,因此作業(yè)成本較高,且航攝周期也較長。無人駕駛飛行器尺寸小巧,攜帶方便,機動性強，且作業(yè)時對起飛場地依賴性小。無人機機動迅速、飛行準備時間短、飛行速度快并能迅速抵達監(jiān)控范圍,運用傾斜拍攝技術,在短距離內為救援人員提供了迅速、安全、直觀的三維實景數(shù)據(jù)模型。傳統(tǒng)的地質災害解譯是利用遙感影像簡歷遙感解譯標志，進行人工判讀解譯，影像質量對解譯精度有直接的影響；三維實景數(shù)據(jù)模型能直觀重現(xiàn)地質點原貌，為地質災害解譯提供三維實景數(shù)據(jù)模型。

1 無人機航攝技術在地質災害中的應用實例

1.1 無人機航攝流程

圖1 無人機航攝流程

（1）準備工作

收集航測區(qū)域的相關資料，研判影響飛行的主要要素的情況；進行實地踏勘，收集現(xiàn)場地理環(huán)境及地貌特征；野外踏勘后，利用航測區(qū)域的高分辨影像，結合野外踏勘獲取的正射影像，對于航測區(qū)域進行分區(qū)、分塊討論，明確飛行基本參數(shù)和制定軌跡航線，繪制分區(qū)測量的線劃圖。航攝分區(qū)盡可能為矩形，航線沿矩形區(qū)域長邊方向敷設，實際飛行范圍應超出任務范圍外一個航帶。

（2）像控點測量

根據(jù)測區(qū)影像和踏勘結果，內業(yè)就可以將像控點的數(shù)量和圖上分布位置進行布設，并優(yōu)化像控點分布。野外像控點布設后，使用RTK進行像控點測量，保證RTK的坐標系統(tǒng)與無人機坐標系統(tǒng)一致，像控點布設和像控點測量可以同步進行。

（3）航空攝影

內業(yè)必須根據(jù)成圖精度要求、航測區(qū)域特征等因素，對航向重疊率，旁向重疊率，飛行具體區(qū)域等進行設計，其中分區(qū)內地形高差小于1/2航高，航向重疊度大于75%，旁向重疊度大于40%。在充分考慮航測區(qū)域地理位置、氣象氣候等因素影響的前提下，進行外業(yè)進行航攝測量。

（4）內業(yè)成圖

航攝相片在現(xiàn)場初步整理和檢查的基礎上，需進行預處理校正。利用處理軟件ContextCapture Center Master進行空三加密。包括添加點云數(shù)據(jù)，添加連接點和控制點,根據(jù)需求可生產(chǎn)DOM、DSM、DEM和三維數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)。

（5）圖像解譯

根據(jù)項目需要，對三維數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)進行圖像解譯，從三維數(shù)據(jù)模型上可識別目標，定性、定量地提取出目標的分布、結構、功能等有關信息，也可進行包括坐標、高程、高度、長度、面積、體積、角度等的參數(shù)量測。

1.2 應用實例

（1）項目區(qū)概況

樂平市鸕鶿鄉(xiāng)位于樂平市東南腹地，山地眾多，饒河水系樂安河穿境而過，煤炭等礦產(chǎn)資源豐富，由此引發(fā)的不穩(wěn)定地質因素長期存在，汛期極易引發(fā)滑坡、泥石流、崩岸等地質災害，屬地質災害多發(fā)區(qū)。2021年6月，由于連續(xù)降雨，鸕鶿鄉(xiāng)政府組織相關部門對轄區(qū)內相關山區(qū)、陡坡等重點地質災害易發(fā)地段進行了排查，共查明10余處地質災害點，并現(xiàn)場豎立警示牌及劃定避災點。為研究鸕鶿鄉(xiāng)倪家塢村大唐塢組地災點對附近房屋及村莊的影響，鄉(xiāng)政府決定對倪家塢村大唐塢組進行無人機航攝。

（2）無人機航攝情況

受當?shù)卣?，航攝作業(yè)團隊采用傾斜攝影測量無人機開展受災區(qū)域的災情測量工作。六旋翼無人機系統(tǒng)采用折疊式結構設計，搭配一個垂直和四個傾斜鏡頭的五鏡頭組合，傾斜相機的角度在20°～30°之間，相機型號為SONY ILCE-QX1。綜合考慮航攝區(qū)地形起伏情況、交通條件以及植被覆蓋等，規(guī)劃航線18條，如圖2、表1所示。本次航攝像控點共9個，均勻分布在航攝區(qū)內，隨機選取檢核點2個；共飛行2架次，拍攝影像數(shù)量1 535張，航攝覆蓋面積為0.29 km2。

圖2 航行規(guī)劃

表1 飛行參數(shù)

（3）成果及解譯

圖3 大唐塢組整村三維模型及內業(yè)量測分析

通過ContextCapture Center Master處理軟件，可直接對地災點三維模型進行包括坐標、高程、高度、長度、面積、體積、角度等的量測。航攝區(qū)域檢測發(fā)現(xiàn)地災點一處，具體參數(shù)為坡向340°，坡度約70°，坡寬45 m，坡高6 m，自然斜坡高度50 m，坡度約35°,規(guī)模為95 m3,根據(jù)相關信息，判定此處地質災害規(guī)模為滑坡中型。同時運用遙感影像解譯技術可獲取地災點位于山腳下，成因為切坡建房。地災點植被已破壞,主要災害類型為滑坡，局部因強降雨發(fā)生泥土滑坡，承災體為2棟磚混民房。當前滑坡體為不穩(wěn)定狀態(tài)，變化趨勢不穩(wěn)定，在強降雨情況下，有繼續(xù)發(fā)生滑坡的可能。具體地災點信息如表2所示。

表2 地災點信息

2 精度分析

通常傾斜攝影三維模型的建模精度與影像分辨率直接相關，一般建模精度為影像分辨率1/3左右。為了驗證模型的精度，利用GPS RTK在測區(qū)外業(yè)實地測量隨機選取8組檢核點，并從實景三維模型中提取對應檢核點模型坐標，根據(jù)中誤差計算公式分別計算其平面及高程中誤差，具體誤差如表3所示。

表3 誤差統(tǒng)計

根據(jù)《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范》（GBT 15967-2008）要求，1∶500的平面中誤差限差為0.3 m，1∶500的高程中誤差限差為0.2 m，所以本項目航攝成果能夠滿足1∶500比例尺測圖要求。

3 結語

無人機航攝技術已日趨成熟，通過對樂平市鸕鶿鄉(xiāng)倪家塢村大唐塢組地災點進行無人機航攝應用實例研究充分證明了傾斜攝影技術在地質災害應用中的可行性及可靠性，無人機航攝技術應用于地質災害，提高了災情的監(jiān)測能力，提升了預警監(jiān)測水平，豐富了地質災害防治數(shù)據(jù)來源，可為突發(fā)地質災害提供災情的動態(tài)監(jiān)測，并能為應急處置提供有效保障。