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

陳熾榮

[摘要]本文通過(guò)介紹無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的步驟、特點(diǎn)以及關(guān)鍵技術(shù)等，證實(shí)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)展望今后無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]無(wú)人機(jī)遙感技術(shù) 地質(zhì)災(zāi)害 調(diào)查

[中圖分類(lèi)號(hào)] P627 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-288-2

近年來(lái)遙感技術(shù)得到了快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)也越來(lái)越被廣泛的運(yùn)用于地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查和監(jiān)測(cè)工作中。歐美各國(guó)對(duì)泥石流、滑坡等進(jìn)行了大量的相關(guān)調(diào)查，并且以此為基礎(chǔ)對(duì)遙感技術(shù)方法進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，針對(duì)不同規(guī)模和不同對(duì)比度的泥石流以及滑坡情況提出了不同的遙感圖像空間分辨率要求，同時(shí)利用雷達(dá)和GPS測(cè)量來(lái)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的程度進(jìn)行預(yù)測(cè)。目前我國(guó)也開(kāi)始較大范圍的運(yùn)用遙感技術(shù)來(lái)調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害了，利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)也是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

本研究利用了無(wú)人機(jī)康派技術(shù)完成了測(cè)區(qū)拍攝任務(wù)，通過(guò)對(duì)獲取到的高分辨率航空影響進(jìn)行GIS技術(shù)分析，得到有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害信息，對(duì)測(cè)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行分析并推動(dòng)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的進(jìn)一步運(yùn)用。

1研究區(qū)域概況

測(cè)區(qū)位于我國(guó)西北某省的南部，屬于黃土高原中部的丘陵溝壑區(qū)，氣候環(huán)境屬于半濕潤(rùn)、半干旱，海拔1400米至1900米，年平均降雨量為500mm左右，年平均氣溫6℃左右。該地區(qū)地貌類(lèi)型復(fù)雜多樣，由于疏于典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，所以水土流失情況嚴(yán)重，黃土沉積較厚并且地質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，因而經(jīng)常發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。

2具體研究?jī)?nèi)容

地質(zhì)災(zāi)害是眾多地質(zhì)現(xiàn)象中的會(huì)產(chǎn)生不良后果的一種，不管是滑坡、泥石流這些災(zāi)害個(gè)體，還是眾多地質(zhì)災(zāi)害組合出現(xiàn)，遙感圖像都會(huì)和周?chē)尘坝兴煌?，具體在影紋結(jié)構(gòu)、色調(diào)、形態(tài)等都能看出。首先利用無(wú)人機(jī)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行航拍，然后對(duì)得到的高分辨率影像進(jìn)行分析研究，通過(guò)GIS技術(shù)來(lái)解譯并提取出測(cè)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害情況，從而全面、系統(tǒng)的得知測(cè)區(qū)內(nèi)已經(jīng)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害和存在地質(zhì)災(zāi)害隱患的點(diǎn)，病調(diào)查清楚災(zāi)害的類(lèi)型、規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)、特點(diǎn)、危害性以及影響因素，然后以此為基礎(chǔ)對(duì)后期的地質(zhì)災(zāi)害防治工作進(jìn)行指導(dǎo)。

2.1無(wú)人機(jī)航空攝影

本研究中使用無(wú)人機(jī)搭載高分辨率CCD相機(jī)，可以及時(shí)獲取各種遙感影像，同時(shí)可以對(duì)飛行的航跡進(jìn)行事先規(guī)劃和監(jiān)控，快速獲取信息數(shù)據(jù)，功能強(qiáng)大，智能化程度高，是一個(gè)穩(wěn)定性好并且作業(yè)能力優(yōu)秀的低空航攝平臺(tái)，具體的無(wú)人機(jī)航攝流程如圖1所示。

2.2航空影像的處理

本研究中使用DPGrid航測(cè)處理軟件來(lái)對(duì)航片數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，首先將獲取到的正射影像圖用時(shí)專(zhuān)業(yè)的軟件進(jìn)行正射影像拼接，然后再將經(jīng)過(guò)處理的航拍影像用ArcGIS軟件進(jìn)行修飾輸出。具體的航片處理流程如圖2所示。

空中三角測(cè)量是一種重要的測(cè)量方法，在立體攝影測(cè)量中通過(guò)對(duì)少量的野外控制點(diǎn)進(jìn)行室內(nèi)控制點(diǎn)加密工作，然后獲得加密點(diǎn)的平面位置和高程位置，這種方法對(duì)于缺少野外控制點(diǎn)的測(cè)區(qū)效果較好，可以提供絕對(duì)定向控制點(diǎn)。本研究中運(yùn)用光束法平差計(jì)算計(jì)算并且進(jìn)行的空中三角測(cè)量，在經(jīng)過(guò)軟件解析后證明其精度是符合規(guī)范要求的。

2.3地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯

所謂的遙感解譯，就是將遙感影像和研究區(qū)域的地質(zhì)、地形等相關(guān)資料結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析和研究，從而對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的個(gè)體進(jìn)行解譯的工作。本研究中使用無(wú)人機(jī)航拍的到的正射影像圖，使用室內(nèi)人機(jī)交互式解譯的方法，并結(jié)合野外驗(yàn)證的手段，最終完成對(duì)于測(cè)區(qū)的資質(zhì)災(zāi)害解譯工作，具體的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯流程如圖3所示。

3無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的研究方法

3.1建立解譯的標(biāo)志

不同的地物在遙感影像上有不同的特征，解譯標(biāo)志指的正是這些可以用來(lái)識(shí)別地物的影響特征。建立遙感解譯標(biāo)志時(shí)，要從多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行考慮，例如大小、位置、顏色、陰影、形狀、紋理等，同時(shí)在進(jìn)行解譯的判讀時(shí)，也要多考慮是否有其他的因素，這樣才能保證解譯的詳細(xì)性和準(zhǔn)確性，避免出現(xiàn)漏判的情況。解譯標(biāo)志的確立需要對(duì)其進(jìn)行影響特征綜合分析后方可進(jìn)行。

3.2測(cè)區(qū)出現(xiàn)的典型地質(zhì)災(zāi)害解譯

地質(zhì)災(zāi)害個(gè)體與周邊環(huán)境在遙感影像圖上是存在差異的，形態(tài)、色調(diào)等均有不同，我們通過(guò)對(duì)呈現(xiàn)在遙感影像圖上的地質(zhì)災(zāi)害個(gè)體的異常反應(yīng)，就可以解譯出災(zāi)害點(diǎn)，然后逐個(gè)排查去偽存真，并且結(jié)合外業(yè)復(fù)核工作確定詳細(xì)的災(zāi)害點(diǎn)。

3.2.1崩塌

在遙感圖像中我們主要參照崩坍形成的崩塌面在色調(diào)方面的異常情況進(jìn)行崩塌解譯標(biāo)志判讀工作。通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)的解譯發(fā)現(xiàn)，崩塌一般出現(xiàn)在陡峭的邊坡地段，例如公路旁、河流附近等，在遙感影像圖上顏色多呈現(xiàn)灰白色以及淺灰色，無(wú)陰影，形狀多為月牙狀或塊狀，紋理粗糙。由于崩塌面積一般不大，所以在遙感解譯方面存在一定困難，一般只能依照遙感圖像發(fā)現(xiàn)新發(fā)育的崩塌，多依靠實(shí)地考察去發(fā)現(xiàn)和確定崩塌情況。

3.2.2滑坡

滑坡是最經(jīng)常發(fā)生在黃土地區(qū)的地質(zhì)現(xiàn)象，在對(duì)遙感影像進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害解譯時(shí)，可以依照遙感影像上滑坡形成的色調(diào)、陰影、紋理和形態(tài)等，解譯出災(zāi)害個(gè)體的位置、大小、規(guī)模等物理影像特征。本研究中通過(guò)解譯測(cè)區(qū)的黃土滑坡，發(fā)現(xiàn)滑坡存在一定的規(guī)律，一般分布在30°～60°、形態(tài)多為圓弧形的斜坡上，同時(shí)災(zāi)害個(gè)體的邊界一般比較容易確定，因?yàn)槠鋬蓚?cè)常用沖溝發(fā)育。滑坡壁在影像上表現(xiàn)出的異常一般為紋理和色調(diào)方面的異常，包括色調(diào)異常線和地形、陡坎變異線等，顏色多為淡綠色或者綠色，紋理呈斑狀并且粗糙，無(wú)陰影，形狀多為弧形或扁圓形。并且我們可以根據(jù)遙感形象的比例尺和方向，來(lái)通過(guò)軟件分析，得出滑坡的長(zhǎng)度、寬度以及滑動(dòng)方向。

3.2.3裂縫

對(duì)于遙感影像中裂縫的解譯，可以得出裂縫的位置、大小以及穩(wěn)定性等相關(guān)情況。裂縫較小，在遙感圖像上的解譯是依照觀察形態(tài)、紋理、色調(diào)和陰影等來(lái)進(jìn)行的，在遙感圖上裂縫的顏色為黑色或淺灰色，有陰影，形狀為條狀或帶狀，長(zhǎng)短不一，一般梁頂兩側(cè)較多，紋理呈帶狀并且粗糙，其判讀解譯的重點(diǎn)是在陰影和紋理方面，但是目視解譯存在較大困難，一般要與地形圖結(jié)合，采用目視、人機(jī)交互結(jié)合的解譯方法。

3.2.4切坡

切坡活動(dòng)在遙感地形圖上可以分為道路切破和窯洞切坡兩種，其中色調(diào)和紋理是其在遙感地形圖上最為重要的解譯標(biāo)志，在遙感影像圖上呈現(xiàn)淺灰色，無(wú)陰影，形狀多為環(huán)狀或月牙狀，多位于梁頂附近或者坡腳旁，大小較小，紋理粗糙。其中建窯切破會(huì)嚴(yán)重破壞坡體的穩(wěn)定性，容易引發(fā)滑坡、崩坍等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大危害。由于測(cè)區(qū)內(nèi)的居民經(jīng)常在那些滑坡壁上建窯，所以在野外復(fù)核的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，這些建立在老滑坡壁上的廢棄的窯洞，是很容易引起滑坡壁再次滑動(dòng)的。

4結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)比起傳統(tǒng)的遙感手段具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)——高分辨率和高機(jī)動(dòng)性，同時(shí)也是對(duì)傳統(tǒng)遙感技術(shù)的補(bǔ)充和改進(jìn)，所以用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查是非?？尚胁⑶矣行У?，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行全面的調(diào)查、監(jiān)測(cè)、預(yù)警以及評(píng)估，并且伴隨著技術(shù)的進(jìn)步和完善，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查以及環(huán)境監(jiān)測(cè)中會(huì)發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。

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