應用無人機數字影像地質災害調查技術研究

2018-03-22 02:30:17陳原

建材與裝飾 2018年8期

陳原

（廣東省建科建筑設計院有限公司廣東廣州 510000）

無人機航攝系統具有：①地型地貌影響較小，工作方式靈活快速。②無人機平臺可根據測量內容搭載不同的設備，靈活性高，適應性強。③無人機飛行高度較低，故影像分辨率較其他遙感模式高。④體積及重量小，方便攜帶，轉場快速。目前，小型無人機對地觀測系統在國際上也已成為熱門課題，并在實際應用中逐步完善其性能及操作規范。

當前，國內的無人機技術在地質災害調查方面已有大量的應用，但主要集中在如下幾個視角：①大規模、大范圍的地質災害，如三峽庫區群發地質災害應急調查[1]、中俄原油管道凍脹融沉災害遙感影像特征及分布規律[2]。②與周邊場地特征區別較大、人類建筑相對稀少且場地特征較為明顯的區域，如水利工程、礦山礦區的地質災害研究。③主要關注航拍數據的衍生品，如正射圖像（DOM）的精度、數字高程模型（DEM）和數字表面模型（DSM），較少關注該類數據的深化應用。

下面以廣東省廣州市某地區地質災害評估項目為例，具體說明無人機在城市地質災害調查研究中的作用，用實踐證明在滿足作業規范的要求下，無人機在地質災害調查工作中輔助野外踏勘及內業制圖具有良好的實用效果，并通過矢量化加工，形成數字地圖，進行地災模擬計算。證明該項技術具備廣闊的使用前景。

1 研究區概況

項目所屬場地為廣州市黃埔區，黃埔區地處北回歸線以南，東經113°27′39″～113°27′51″，北緯 23°2′25″～23°9′55″之間。東至東江與東莞市麻涌鎮相望，東北部與增城市新塘鎮接壤，南部臨珠江與番禺市相鄰，西部與天河區東圃鎮相連，北部大田山麓與白云區蘿崗鎮毗鄰。東西寬17.4km，南北相距13.5km，總面積為119.42km2（約合18萬畝），其中陸地面積占77%，水域面積占23%雨量全區年降雨量1694mm，主要集中在4～9月，這6個月占全年降雨量的82%。4～6月為前汛期，主要是鋒面雨；7～9月為后汛期，主要是對流降雨和臺風雨。場地內水網密布，有較深厚的淤泥、淤泥質土堆積。

2 無人機航攝系統

2.1 飛行平臺

飛行平臺選擇賽爾HEX-3旋翼型無人機，由機體、操縱系統、動力系統3部分組成，主要是為成像設備提供可靠且穩定的搭載平臺，其主要性能見圖1。

圖1

2.2 傳感器

傳感器的選擇既要能滿足拍攝精度的要求，又要考慮與搭載平臺的連接情況，本次航攝所選用的相機為GoPro Hero 3+Black，相關參數見表2。

表2

2.3 地面監控系統

該部分主要由手提電腦、監控軟件、遙控設備、支架、地面站電源組成。主要任務包括控制無人機的起飛降落；監測傳感器的工作狀態，確保采集的數據符合要求；控制飛行器在運行過程中的工作狀態，包括飛行的航向、高度、速度等一系列指標。

2.4 數據處理系統

該部分由影像處理軟件完成，本次采用的是某國產軟件，可完成遙感數據的拼接、融合、鑲嵌、畸變糾正等，并可將數據轉換為正射影像圖、數字高程模型、數字線劃圖。本項目還利用該軟件所搭載的組件完成了沉降危險區的計算及分級工作。

3 制作正射影像圖

無人機在低空攝影數據采集，并使用某正版攝影測量內業處理軟件，利用無人機低空攝影時采集的POS數據及GPS差分數據進行空三加密測量、微分糾正，制作DOM圖生成正射投影，獲得整個測區的DEM數據。對整個測區有效影像進行影像疊加、融合，使整個測區顏色均勻、色調一致，并對圖形上的土質、市政道路、水系、居民地等屬性信息進行糾正，并進行成果整理，形成工作底圖（即數字正射影像圖）并對正射影像進行校正，并將有效區域進行剪切，影像分辨率為0．046m，能夠達到1∶1000比例尺的精度要求。所生成的正射影像圖面清晰，不存在重影、紋理或斷裂等現象，亦無扭曲變形，圖像真實，符合相關規范要求。

圖2 場地正射影像

4 地質災害調查技術與方法

4.1 收集相關資料及編寫工作大綱

本階段的任務是包括區域地質、水文地質、工程地質、環境地質、工程規劃方案、氣象等資料，特別是評估區范圍內的工程勘察資料，并進行整理分析，研究評估區的地質環境條件；在研究所收集資料的基礎上，進行野外踏勘，編寫工作大綱，確定評估工作的重點和中心。

4.2 野外地質災害綜合調查

野外踏勘是初步了解工程區地質環境條件和地質災害現狀，觀察工程范圍及周邊的地形、地貌、地層巖石、不良地質作用和地質災害等，初步掌握地質環境條件的復雜程度，并根據有關基礎資料和建設項目初步設計資料對評估項目進行工程分析。

4.2.1 制作調查底圖

地質災害調查的工作底圖是合情、合理進行地質災害調查工作的主要圖件。采用無人機正射影像圖作為底圖，一可利用其地形地貌特點突出，色彩豐富，特殊地標易于辨認的特點，對場地實際情況進行分析，并規劃踏勘線路，提高工作效率；二可對技術人員難以到達的地區進行拍攝，保證重要信息點不至遺漏；三可為成果整理階段提供基礎資料，是一個有益的實際應用。

4.2.2 實地調查

實地調查時采用追蹤法，對評估區范圍內典型的地質環境及主要的地質災害現象進行詳細記錄、拍照，還根據實際地形地物變化情況對底圖進行校正，同時也結合調查結果初步分析已發地質災害的性質、影響及危害程度等。

在實地調查階段，也可采用無人機進行輔助，進入人員難以進入的區域，進行局部重點調查提高踏勘的速度及效率。