基于無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測(cè)方法研究

【摘要】本文著重闡述了三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)情況，指出了其中的不足及缺陷，創(chuàng)造性提出選用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的全方位、立體化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并分析了具體的監(jiān)測(cè)方法。主要分析了無人機(jī)在對(duì)地質(zhì)災(zāi)害偵測(cè)過程中使用的內(nèi)業(yè)及外業(yè)方法及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和三維建模技術(shù)。以期提升三峽庫區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)能力，保證三峽庫區(qū)安全平穩(wěn)運(yùn)營。

【關(guān)鍵詞】航測(cè)技術(shù)；內(nèi)業(yè)；外業(yè)；數(shù)據(jù)處理

一、前言

基于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造及環(huán)境，三峽庫區(qū)區(qū)域是國內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率最高的地區(qū)之一，且其地質(zhì)災(zāi)害形式復(fù)雜、破壞性極大，給庫區(qū)安全、平穩(wěn)運(yùn)營帶來巨大的威脅和挑戰(zhàn)。因此，為了監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生區(qū)域及時(shí)間，三峽庫區(qū)投入了巨大的資金及技術(shù)，但收效甚微，尚未建立一套全方位、立體化試試監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

二、當(dāng)前監(jiān)測(cè)技術(shù)水平及無人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)

（一）目前監(jiān)測(cè)技術(shù)呈現(xiàn)的缺點(diǎn)

（1）監(jiān)測(cè)回饋效率低，當(dāng)信號(hào)捕捉到形成預(yù)警需要較長時(shí)間，而地質(zhì)災(zāi)害具備瞬時(shí)性，為了最大程度降低地質(zhì)災(zāi)害帶來的損失，必須做到提前預(yù)警，如果回饋效率過低，將帶來不可估量的損失。（2）無法滿足監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程控制，一旦地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，發(fā)生部位隨時(shí)存在崩塌的可能；在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況一無所知的情況下，草率派人前去救援很可能造成二次災(zāi)害，為了保證救援人員的安全，必須實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程可控性能，保證救援人員能夠在安全區(qū)域積水了解災(zāi)情，并迅速做出響應(yīng)。

（二）無人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 無人機(jī)通過航拍相機(jī)采集災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，與傳統(tǒng)信息采集方式相比，獲取信息全面、清晰，能夠快速展現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)具體情況，為指揮人員進(jìn)行救援安排提供可靠資料。（2）能夠做到災(zāi)前預(yù)警，通過高分辨率攝像機(jī)能夠采集庫區(qū)各角落的運(yùn)營情況，對(duì)于不合理的施工行為可以做到早發(fā)現(xiàn)、早上報(bào)，確保庫區(qū)管理人員能實(shí)時(shí)掌握庫區(qū)動(dòng)態(tài)。

三、無人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)在三峽庫區(qū)的具體應(yīng)用

（一）無人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)構(gòu)成

無人機(jī)監(jiān)測(cè)體系主要由飛行系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，飛行系統(tǒng)提供監(jiān)測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由飛控組件、拍攝組件、傳輸組件及數(shù)據(jù)處理組件構(gòu)成。

（二）無人機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作內(nèi)容

1.監(jiān)測(cè)外業(yè)

（1）圖像采集。在拍攝前，設(shè)備自動(dòng)根據(jù)被監(jiān)測(cè)區(qū)域的地理信息，繪制拍攝區(qū)域，根據(jù)前期設(shè)定的拍攝精度，確定設(shè)備拍攝比例尺、飛行高度及航線方案。在正式采集前，選擇光線充足的時(shí)間啟動(dòng)無人機(jī)設(shè)備，依照前期設(shè)定的采集方案進(jìn)行圖像采集。（2）監(jiān)測(cè)控制。依照提前設(shè)定的監(jiān)測(cè)區(qū)域、航線預(yù)設(shè)、圖像重疊度等信息確定控制點(diǎn)的形式及密度，并在所采集的該區(qū)域圖像中圈定具有辨識(shí)性的特征地物進(jìn)行刺點(diǎn)；再通過GPS-RTK技術(shù)，借助地面監(jiān)測(cè)部門提交的實(shí)時(shí)差分信號(hào)，計(jì)算控制點(diǎn)地理坐標(biāo)，為后期監(jiān)測(cè)內(nèi)業(yè)提供數(shù)據(jù)支撐。

2.監(jiān)測(cè)內(nèi)業(yè)

（1）拍攝圖片前期處理。為了保證所拍圖片的可用性，根據(jù)拍攝時(shí)圖片對(duì)應(yīng)的POS參數(shù)，篩選滿足要求的圖片，刪除轉(zhuǎn)交超標(biāo)的圖片；此外，再檢查初篩后圖片的重疊度、空洞區(qū)域面積等參數(shù)，對(duì)不滿足要求的區(qū)域進(jìn)行二次拍攝。（2）關(guān)于DSM及DOM的建立。無人機(jī)航攝內(nèi)業(yè)任務(wù)主要是對(duì)所拍攝圖片進(jìn)行正射精處理，正射處理的關(guān)鍵在于高空三角量測(cè)，主要涵蓋以下幾方面內(nèi)容：向內(nèi)定位、相對(duì)定位、絕對(duì)定位及三角加密。對(duì)于庫區(qū)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的特性缺乏區(qū)域及攝像機(jī)視角外區(qū)域，采用三角加密的方法進(jìn)行插值計(jì)算，從而得到對(duì)應(yīng)位置的理論地理坐標(biāo)值。最后，通過DOM影像技術(shù)獲取對(duì)應(yīng)的正射圖像。

3.數(shù)據(jù)處理及現(xiàn)場(chǎng)建模

借助航測(cè)技術(shù)獲取圖像具有高重疊度這一特性，能夠快速繪制三峽庫區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生位置的大比例尺空間模型。采用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)獲取的圖像，其重疊度不論是在航行方向還是旁側(cè)方向，均高于85%，因此，在航拍范圍內(nèi)，每一控制點(diǎn)均可獲取25張圖片，實(shí)現(xiàn)了航測(cè)的多角度性。借助圖像處理技術(shù)，可以快速繪制精確的DOM影像及DSM三維模型，最后通過補(bǔ)償拍攝操作，提升了航測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，最終建立能夠?qū)靺^(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)的精確空間模型。

四、總結(jié)

（1）在三峽庫區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)過程中，選用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠有效克服以往監(jiān)測(cè)技術(shù)的欠缺和弊端，并建立高效、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)空間模型。（2）在災(zāi)害監(jiān)測(cè)精確度方面，采用航測(cè)技術(shù)能將災(zāi)害發(fā)生位置精確至米級(jí)，因此，通過航測(cè)獲取的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果可信度及準(zhǔn)確性更高，在災(zāi)前預(yù)警及災(zāi)后救援方面具有顯著的指導(dǎo)意義。（3）通過高效可靠的DOM及DSM技術(shù)能為災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)提供準(zhǔn)確而全面的圖像信息、控制點(diǎn)坐標(biāo)、災(zāi)害發(fā)生區(qū)域空間模型等各類信息，有效避免了在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，庫區(qū)可能面臨通訊臨時(shí)中斷的危險(xiǎn)情況，提高了庫區(qū)管理部門在危急情況下的救援指揮能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛阿亮.無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐[J].陜西煤炭，2013（06）：71～72.

作者簡介：楊娟（1978.06—），女，福建政和縣人，碩士，副教授，研究方向：災(zāi)害與區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展研究。