無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的勘查分析

張 章

（湖南省資源規(guī)劃勘測(cè)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和信息化的發(fā)展，無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)新的高度。特別是在測(cè)量、測(cè)繪工程中起著重要的作用。隨著無人機(jī)技術(shù)的成熟，它在影像獲取方面也取得了廣闊的前景。特別是近幾年無人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在地形圖繪制、地質(zhì)災(zāi)害影像測(cè)量等領(lǐng)域。

1 無人機(jī)技術(shù)概述

無人機(jī)的操作系統(tǒng)主要是遙感操作系統(tǒng)，它還有一些輔助系統(tǒng)，如傳感、無線定位、通訊等系統(tǒng)，由于負(fù)荷等方面的限制，無人機(jī)主要的傳感器選擇的是數(shù)碼相機(jī)。無人機(jī)在進(jìn)行信息獲取過程中有兩個(gè)最基礎(chǔ)的方面，分別為安全性和穩(wěn)定性，只有滿足了這兩個(gè)功能才能開展信息獲取處理的步驟。經(jīng)過研究人員的不斷研究，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)和對(duì)地面實(shí)時(shí)情況調(diào)查都取得了一定的突破，實(shí)現(xiàn)了智能與空間完美的結(jié)合，它不僅有很好的應(yīng)用能力，而且能夠控制圖像的傳輸形式，可以將拍攝的影像無差別的傳輸?shù)降孛?，為地面的工作打下?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

無人機(jī)的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)操控，從而達(dá)到高傳輸?shù)墓δ堋ｋS著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)已經(jīng)可以配多個(gè)輕盈的鏡頭，拍攝視頻清晰度也非常的高，所運(yùn)用的領(lǐng)域也越來越廣泛。無人機(jī)技術(shù)從發(fā)展到今天，越來越便捷，操作難度也越來越低，維護(hù)成本也比較的低，性能更是一代超過一代，在市場(chǎng)很受歡迎[1]。

2 無人機(jī)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害測(cè)繪測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)

2.1 無人機(jī)監(jiān)測(cè)測(cè)繪范圍大

無人機(jī)不僅能夠大范圍、高空間的對(duì)地形地貌實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)繪，而且能夠?qū)π∶娣e的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的監(jiān)控。此外，對(duì)一些面積較大的區(qū)域監(jiān)測(cè)測(cè)繪，可以采用多架無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)，在經(jīng)過多光譜分析，就可以得到這一區(qū)域的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)，并將傳統(tǒng)點(diǎn)的信息與得到的信息相結(jié)合比對(duì)，得到比較準(zhǔn)確的區(qū)域信息。然后利用這些信息用三維仿真技術(shù)可以宏觀地展示出來整個(gè)區(qū)域，為后續(xù)的防治災(zāi)害工作的開展提供幫助。

2.2 快速數(shù)據(jù)處理

與衛(wèi)星圖像相比，無人機(jī)技術(shù)能夠處理某些數(shù)據(jù)，通過搜集大量信息，自動(dòng)排查進(jìn)行檢測(cè)，以確保人們獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，例如，根據(jù)影響地理資源的顏色差來確定它們的屬性等等。比衛(wèi)星工作的效率高得多，特別是有時(shí)候測(cè)繪任務(wù)比較重，時(shí)間緊急，利用無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)可以快速有效地完成任務(wù)。還有在發(fā)生一些自然災(zāi)害的時(shí)候，組織救援時(shí)利用無人機(jī)技術(shù)可以快速地了解現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，確認(rèn)災(zāi)情的情況，為布置救援計(jì)劃省下來了大量的時(shí)間。

2.3 高技術(shù)水平

在無人機(jī)測(cè)繪中，導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用有效地控制了無人機(jī)運(yùn)行的軌跡，在搭載一些高像素的拍照攝像設(shè)備，完全能夠適應(yīng)各種的測(cè)繪環(huán)境，并且測(cè)繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度非常的高。當(dāng)前，無人機(jī)測(cè)繪時(shí)拍攝的圖像分辨率已經(jīng)能夠達(dá)到大型飛機(jī)拍攝的標(biāo)準(zhǔn)，分辨率可以達(dá)到0.1m到0.5m，這在測(cè)繪領(lǐng)域已經(jīng)非常的精準(zhǔn)了，與一些發(fā)達(dá)的國家相比，我國的無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)也處于領(lǐng)先地位。另外，由于無人機(jī)自重較小，比較容易受到外部因素的影響，比如在天氣環(huán)境不好的情況下，無人機(jī)飛行很容易受到干擾，這有可能導(dǎo)致無人機(jī)獲得信息有所偏差，對(duì)無人機(jī)的工作效率有很大的影響?，F(xiàn)在我國的無人機(jī)大多都安裝導(dǎo)航和平衡系統(tǒng)，以此來確保無人機(jī)在飛行時(shí)不受影響。

2.4 靈活操作和高生產(chǎn)率

無人機(jī)具有比較輕的特點(diǎn)，可以在空中靈活運(yùn)行，任何地形都可以實(shí)現(xiàn)起飛和降落，沒有場(chǎng)地的限制。通常災(zāi)區(qū)地形非常得復(fù)雜，飛機(jī)難以進(jìn)行測(cè)繪，而使用無人機(jī)就可以有效地解決這一問題，而且測(cè)繪的質(zhì)量也不比飛機(jī)測(cè)繪的質(zhì)量差，測(cè)繪的成本也比飛機(jī)的成本低得多[2]。

3 無人機(jī)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用途徑分析

無人機(jī)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中有自己的優(yōu)勢(shì),當(dāng)然也有缺點(diǎn),所以要充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),避免發(fā)生任何事故,下面就來看一下無人機(jī)的具體運(yùn)用:

3.1 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地圖傳輸

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后往往不是短時(shí)間內(nèi)能夠結(jié)束的,穩(wěn)定性也比較的差,會(huì)導(dǎo)致調(diào)查和救援人員無法進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)查。這個(gè)時(shí)候就可以借用無人機(jī)來進(jìn)行災(zāi)區(qū)的探查，可以利用無人機(jī)來對(duì)災(zāi)區(qū)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳輸。由技術(shù)人員操控?zé)o人機(jī)，深入到一些危險(xiǎn)的區(qū)域，將災(zāi)害情況實(shí)時(shí)的傳輸給指揮部門，為專家對(duì)災(zāi)害情況作出判斷以及救援方案作出技術(shù)的支撐。無人機(jī)可以直接與指揮部門建立起實(shí)時(shí)圖傳系統(tǒng)，這不僅提高了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的工作效率,還可以拍攝部分人力無法調(diào)查的地區(qū),然后傳送到指揮中心,使專家能夠根據(jù)相關(guān)照片對(duì)災(zāi)害情況進(jìn)行科學(xué)判斷和分析,還可以指示無人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍攝,全方位開展調(diào)查工作。尤其是對(duì)一些重點(diǎn)地區(qū)，確保專家和指揮部門得到的信息全面準(zhǔn)確。

3.2 進(jìn)行正射影像

由于地質(zhì)災(zāi)害本身的特殊性,地區(qū)面積非常廣闊。例如,如果發(fā)生泥石流,可能會(huì)發(fā)生大范圍的破壞。在這種情況下,如果采用正常的調(diào)查或監(jiān)測(cè)工作,不僅會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間和努力,還會(huì)影響監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。這時(shí),可以利用無人機(jī)技術(shù)制作正射影像,直接對(duì)照片測(cè)量相關(guān)距離和面積。正射影像是指對(duì)中央投射的照片進(jìn)行一定程度的糾正和處理后,獲得更多的信息和數(shù)據(jù)。本身是測(cè)量的產(chǎn)品,但也有數(shù)學(xué)精度、幾何精度和相關(guān)圖像的特性。因?yàn)樾畔⒘勘容^大,是可以可視化實(shí)際災(zāi)害的場(chǎng)景,所以內(nèi)容上有一定的可靠性和豐富性。進(jìn)行正射影像可以展示出細(xì)節(jié)在內(nèi)的整體圖像,以便及時(shí)掌握災(zāi)難發(fā)生的地址、方向、坐標(biāo)、尺寸等。只要通過專業(yè)軟件分析,就能一一了解災(zāi)難的具體情況。

3.3 傾斜攝影

傾斜攝影指的就是在一個(gè)飛行器上建立多個(gè)傳感器，然后從不同的角度來進(jìn)行圖像的獲取，盡可能的獲取更加完整的信息。在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查過程中,可以運(yùn)用無人機(jī)通過傾斜攝影的手法來獲取各種信息,然后通過相關(guān)軟件處理。這樣就會(huì)得到盡可能全面的測(cè)量信息,包括面積、長(zhǎng)度、高度、坡度和防衛(wèi)坐標(biāo)。此外,還可以反映測(cè)量坡度的坡向高度、坡度長(zhǎng)度等相關(guān)數(shù)據(jù),使地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)更加真實(shí),為各種決定提供相關(guān)數(shù)據(jù)?？傊?無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查提供很大的便利條件,提高調(diào)查的實(shí)際效果。

4 在地質(zhì)災(zāi)害勘察中無人機(jī)應(yīng)用的重要價(jià)值

4.1 惡劣環(huán)境測(cè)量

在地質(zhì)災(zāi)害勘察工作進(jìn)行過程中，經(jīng)常會(huì)遇到非常復(fù)雜的地形，如高山、低谷等，在這種環(huán)境下普通的航空測(cè)量方法肯定無法作業(yè)，但是無人機(jī)就可以，它是無視地形地貌的，在任何的地形地貌中都能開展工作，并且能夠?qū)Φ匦蔚孛驳膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋和分析，得到的信息準(zhǔn)確度也比較的高。像森林、山區(qū)等環(huán)境惡劣的地方，都能完美駕馭，為我國的地質(zhì)災(zāi)害勘察工作貢獻(xiàn)了很大的力量。

4.2 測(cè)量數(shù)據(jù)處理

通過無人機(jī)遙感技術(shù)收集數(shù)據(jù)后，需要及時(shí)處理各種數(shù)據(jù)和信息，人工處理數(shù)據(jù)，受主觀因素的影響，容易出現(xiàn)漏洞。因此，在數(shù)據(jù)處理過程中也要合理利用無人機(jī)遙感技術(shù)。在測(cè)量工作進(jìn)行過程中，可以根據(jù)相關(guān)信息和數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行合理化分析，并根據(jù)相關(guān)目標(biāo)的方向更準(zhǔn)確、更詳細(xì)地收集數(shù)據(jù)資料。確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。無人機(jī)遙感技術(shù)處理的數(shù)據(jù)信息比人工處理效果好得多，在應(yīng)用相關(guān)技術(shù)時(shí)，能夠有效地解決員工的工作壓力，節(jié)省了大量人力、物力和財(cái)力。

5 無人機(jī)航測(cè)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

地質(zhì)災(zāi)害會(huì)帶來一系列不利影響。為了盡快消除地質(zhì)災(zāi)害的影響并減少破壞程度，有必要盡快確定地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)的特定地質(zhì)事件?；跓o人機(jī)航測(cè)的優(yōu)勢(shì)，可將其應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害，盡快減少地質(zhì)災(zāi)害造成的破壞。

5.1 在地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

根據(jù)當(dāng)?shù)氐孛?、地形特征、?xiàng)目工期等要求，利用無人機(jī)航測(cè)完成了地形測(cè)繪和地質(zhì)調(diào)查的后續(xù)測(cè)量。根據(jù)拍攝區(qū)域的范圍和分辨率以及平均參考高度來規(guī)劃路線。拍攝的圖片可以直接利用軟件生成工作底圖，在拍攝時(shí)要根據(jù)地形圖的要求選擇圖像控制點(diǎn)。在照片預(yù)處理中，使用低空航測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件校正圖像。判斷地質(zhì)現(xiàn)象時(shí)，可以通過分析圖像的色相、大小、結(jié)構(gòu)、陰影、形狀、位置及其組合來判斷圖像。通過分析每個(gè)圖像的特征，可以了解空間分布和地質(zhì)信息。與傳統(tǒng)的地形測(cè)量相比，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以大大減少工作量，強(qiáng)度和野外工作難度。它為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作提供了直觀、科學(xué)和高精度的模型。

5.2 在地質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

（1）快速測(cè)繪。無人機(jī)靈活性高，飛行速度和重復(fù)周期短,如果某一地區(qū)一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，無人機(jī)可以迅速的對(duì)整個(gè)災(zāi)區(qū)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，無人機(jī)在1秒內(nèi)能夠完成70對(duì)此的拍攝，并且精度能夠達(dá)到4cm，這為救援可以迅速提供可視畫面，以便布置救援計(jì)劃。無人機(jī)的操控也非常的簡(jiǎn)單，只需要對(duì)操作的人員進(jìn)行簡(jiǎn)單的培訓(xùn)就可以上手操作。用無人機(jī)對(duì)地震地區(qū)進(jìn)行測(cè)量結(jié)果顯示,無人機(jī)測(cè)量的效率很高,首次飛行的7 min內(nèi)完成測(cè)量的面積達(dá)10萬平方米。無人機(jī)測(cè)量的準(zhǔn)確度很高,從拍攝的影響中可以清楚的看到木材紋理,分辨率可以達(dá)到4厘米。通過無人機(jī)測(cè)量可視化處理圖像后,實(shí)現(xiàn)各角度、方向的可視化,可以展現(xiàn)災(zāi)難點(diǎn)的全部全貌。

（2）三維建模。三維建模簡(jiǎn)單的說，就是用無人機(jī)拍攝發(fā)生災(zāi)害的地區(qū)的圖片，然后在導(dǎo)入到特定的系統(tǒng)后，可以構(gòu)建出災(zāi)區(qū)的3D全景面貌，這就使得救援策略更加的清晰。在地震、自然災(zāi)害發(fā)生后，利用無人機(jī)技術(shù)，可以快速的偵查整個(gè)災(zāi)區(qū)的情況，并繪制出三維的模型，這是救災(zāi)環(huán)節(jié)非常重要的一個(gè)步驟。在整個(gè)三維的圖形之中，不僅可以明顯的看出滾石、裂縫、倒塌等情況,還可以準(zhǔn)確的顯示出各個(gè)物件的長(zhǎng)度、高度、寬度等。以此為基礎(chǔ),可以知道崩塌的方向,因此,能夠?yàn)榭茖W(xué)選擇災(zāi)民安置點(diǎn)和設(shè)計(jì)災(zāi)后恢復(fù)方案提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。

5.3 在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐正在加快，環(huán)境破壞正在加劇。地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和地理環(huán)境問題變得越來越嚴(yán)重。許多地區(qū)陸續(xù)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。為了在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后盡快做出決定并減少災(zāi)區(qū)的生命和財(cái)產(chǎn)損失，必須及時(shí)掌握災(zāi)害信息。在實(shí)際操作中，可以使用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)來提供災(zāi)區(qū)的視頻和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。這些信息在決策、救災(zāi)和災(zāi)后重建中起著非常重要的作用。隨著無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的不斷成熟，該技術(shù)不僅可以在災(zāi)難發(fā)生后應(yīng)用，而且在預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害中也起著適當(dāng)?shù)淖饔?。例如，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以獲取光譜數(shù)據(jù)，并在校準(zhǔn)后形成數(shù)字高程模型和正交圖像，可用于詳細(xì)調(diào)查和識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)，可以在重復(fù)監(jiān)測(cè)災(zāi)害頻繁地區(qū)滑坡、裂縫和衰變等數(shù)據(jù)，以便及時(shí)地發(fā)現(xiàn)災(zāi)害。尤其是在難以測(cè)量的特殊地形和人員的地區(qū)，由于無人機(jī)可以靈活操作，因此在監(jiān)視地質(zhì)災(zāi)害方面將大有幫助[3]。

6 結(jié)語

無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，利用高科技手段確保數(shù)據(jù)源的準(zhǔn)確，以此來提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。在地質(zhì)災(zāi)害的勘察工作中，無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)展現(xiàn)了高速度、高精準(zhǔn)、還原度高等特點(diǎn)，非常有利于把控災(zāi)害地區(qū)的信息，以及傳遞各種信息，為災(zāi)區(qū)的勘察預(yù)防，以及災(zāi)后重建工作都提供了非常重要的幫助。在今后的勘察工作中，應(yīng)該提倡和推廣無人機(jī)測(cè)量，充分發(fā)揮無人機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不斷提高地質(zhì)災(zāi)害勘察的準(zhǔn)確度，保障人民的財(cái)產(chǎn)和生命安全。