無人機攝影測量及數據處理技術在地質災害應急調查中的應用

吳現興

摘 要? 本文利用大疆精靈4RTK無人機，對婁底市婁星區杉山鎮同安村一處滑坡地質災害進行攝影測量，拍攝的照片并采用Pix4dmapper軟件進行影像數據處理，生成滑坡區域正射影像圖和三維模型，在此成果數據基礎上進行測量、分析、研判，查明了滑坡的基本特征，劃定了滑坡地質災害危險區，為政府防災減災、保障人民群眾生命財產安全提供科學依據，用以保障人民群眾生命財產安全。

關鍵詞? 無人機;Pix4dmapper;地質災害

中圖分類號： P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： In this paper，DJ phantom 4 RTK UAV was used to photograph and measure the landslide happening in the Tongan village，Loudi City， Hunan Province. The photographs were processed by Pix4dapper software to generate? DOM and 3D models of the landslide area. The basic characteristics of the landslide are found out through measurement， analysis and study with result data. And also the geological hazard area is determined，? which provides scientific basis for the government to prevent and reduce disasters and ensure people's lives and property safety.

Keywords： UAV; Pix4dmapper; landslide

0? 前言

無人機技術不斷發展，使得無人機攜帶方便，起降要求低，適合山區及丘陵飛行，經濟又實用[1]。隨著機載攝像頭發展和RTK在無人機攝影測量中的應用，無人機攝影測量獲取的數據也越來越精確，通過 Pix4dmapper等專業軟件可創建地質災害三維實景模型，生成數字正射影圖，快速繪制等值線，從而可以快速識別、量測地質災害范圍、地質災害體變形特征等信息。因此無人機攝影測量技術越來越多應用在地質災害調查、監測中。

2019年7月8日7時～13時，受持續強降雨的影響，婁底市婁星區杉山鎮同安村一處坡體發生變形并加劇，嚴重威脅前緣房屋及人員生命、財產安全，需要開展地質災害應急調查，為政府地質災害應急處置、防災減災提供基礎資料。

1? 本次使用的無人機及Pix4dmapper影像處理軟件介紹

本次工作所用的無人機為大疆精靈4 RTK。該款無人機為多旋翼無人機，相機像素2000萬，云臺可控范圍1500畝，遙控機控制飛行距離7km、飛行高度500m。大疆精靈4 RTK無人機是通過遙控器連接CORS并發射差分改正數據

測量使用坐標系為CGCS2000，啟用RTK且RTK正常工作時，垂直精度為±0.1m，水平精度±0.1m。

Pix4Dmapper軟件由瑞士Pix4D公司研發，是一款全自動、快速、專業精度高的無人機數和航空影像數據處理軟件，無需人工干預，可將數千張影像照片制作成專業的精確的正射影像圖（DOM）、數字表面模型（DSM）、生成等值線、點云和三維實景模型等。數據自動處理完成后，可以讀取測區任一點高程和坐標，量取想要區域的面積。

2? 無人機及Pix4dmapper軟件在本次地質災害調查中的應用

2.1 工作流程

無人機攝影測量及數據處理主要工作流程：①規劃測區拍攝航線;②測區拍攝;③測區數據導入專業處理軟件;④數據處理前參數設置;⑤生成正DOM、DSM、點云等;⑥利用DOM、DSM、點云進行地質災害識別，研判災情等。

2.2 無人機相關參數設置及使用應注意事項

本次用無人機對滑坡地質災害發生區域及周邊影像數據獲取，采用2D航線規劃，規劃航線時保證能拍到地質災害發生區域和影響區，規劃航線后共拍攝了154張照片。規劃航線的主要工作參數設置如下：①航向重疊率設置成 80%;②旁向重疊率設置成 70%;③飛行速度 7m/s;④飛行高度 150m;⑤畸變修正關閉;⑥相片比例設置成3：2;⑦相機角度-90 度。無人機在使用的過程中，盡量保持遙控器與無人機的聯系，避免定位不精準，拍攝的照片不能校正不能利用成圖;無人機應避免在雨中、大風天氣進行飛行作業。

2.3 Pix4dmapper無人機數據處理

2.3.1 Pix4dmapper軟件處理方法

Pix4dmapper軟件處理基本方法，打開Pix4dmapper軟件新建項目;導入拍攝照片;輸入圖像坐標系按圖1設置;處理選項模板用3D地圖-快低/低分辨率;輸出圖坐標系按圖2設置;開始自動處理，自動處分三步完成，第1步 初始化處理，第2步點云及紋理，第3步DSM及正射影像圖。自動處理完成后打開影像圖和三維實景型模。

2.3.2 Pix4dmapper軟件處理效果展示

經Pix4dmapper軟件處理后正射影像和三維實景模型（部分展示）見圖3、圖4。

根據圖3和三維實景模型能確定滑坡地質災害范圍及主滑方向，可識別拉裂縫和剪切裂縫的分布規律，可測量拉裂縫和剪切裂縫長度及滑坡體與滑坡壁錯落最大高差，識別危險區等。

3? 滑坡地質災害的基本特征及發展趨勢分析

圖6、圖7是滑坡現場用手機拍到的照片，從照片中可知公路旁邊擋土墻垮塌、開裂，公路開裂。上述因滑坡遭受破壞的擋土墻和公路很容易從圖3（正射圖）和三維實景模型中找出，量出裂縫的寬度、錯距等。

經無機攝影測量及影像數據的處理，對生成的射影像圖及三維景實模型進行識別、測量，該滑坡體變形破壞特征主要表現為：滑坡后緣形成滑坡臺階，滑坡體與滑坡壁錯落最大高差約1.0m，滑坡體拉張裂縫及剪切裂縫縱橫交錯，橫向裂縫非常發育，土體松散，拉張裂縫延伸長約5～50m，可見深度約5～80cm，寬度約3～60cm;前緣支擋結構、排水溝及村道已被破壞。滑坡已發生滑移變形破壞，前緣已剪出，坡腳村級道路已被推移破壞。對滑坡特征進行分析、研判，滑坡前緣已由牽引式滑坡轉為推移式滑坡，在暴雨、連續性降雨條件下，滑坡變形可能加劇，滑坡邊界可能向前、后及兩側發展，前緣道路可能形成泥水流等次生地質災害，將嚴重威脅前緣31戶135人生命財產安全及三水廠的安全，見圖7。在滑坡沒穩定之前要撤離受威脅群眾，對滑坡體進行應急處置，加強滑坡體的監測。

4? 無人機在地質災害調查中的優勢

用無人機攝影測量進行地質災害調查主要優勢，一是可以更快速的測量出所需要的數據;二是無人機拍攝的影像用專業處理形成的正射影像圖比傳統測量的圖件更直觀，更便于領導層決策;三是在地形條件復雜、地質災害危險區域，人工調查和測量難以完成，使用無人機能輕松完成調查和測量工作。

5? 結語

大疆精靈4 RTK無人機測量量精度高，攜帶方便，起降要求低，在地質災害調查中擁有技術優勢。①無人機在作業過程中，通過機載高清相機，較大范圍可在短時間內輕易地獲取影像數據，有效彌補地面遙感調查、監測所存在的精度不足缺陷;②無人機在獲取近地面影像時，具有直觀性、快速性以及準確性，很適合地質災害應急調查。Pix4Dmapper軟件能自動、快速、高精度專業的處理無人機影像，可將數千張影像快速制作成專業正射影像圖（DOM）、數字表面模型（DSM）和三維實景模型。

在滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流等地質害高發頻發的低山丘陵區，用 無人機攝影測量及數據處理技術，能及時準確了地質災害情況，查清地質災害基本特征，通過分析、研判災情發展趨勢，劃定危險區，為政府開展救援、地質災害應急處置、撤離受威脅群眾提供科學依據，對保障人民群眾生命財產安生意義重大。

參考文獻/References

[1]黃志華.淺議無人機在重大自然災害中的應用[J].科學論壇，2013，224.

[2] Pix4dmapper中文版操作手冊.北京天恒昕業科技發展有限公司，2015.