無人機航拍測繪技術對地質災害的勘查分析

馮仕超

（華北地質勘查局五一九大隊，河北 保定 071000）

隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，社會各個領域對高分辨率遙感圖像的需求越來越急切，對其及時性和實用性要求也越來越高[1]。一種全新的空中遙感技術一無人駕駛飛行器拍攝是一種幾年來新興的航拍技術，它作為衛(wèi)星遙感與常規(guī)航拍地質測繪的有效輔助手段，其優(yōu)勢是：其一，能夠低空作業(yè)，彌補衛(wèi)星遙感技術與普通航拍在高空有云覆蓋區(qū)不能及時采集相關數(shù)據(jù)的缺陷；其二，以無人機為飛行平臺，數(shù)據(jù)采集成本相比航天航空遙感要低得多，價格客觀；其三，利用數(shù)碼相機作為傳感器來采集有關數(shù)據(jù)，使得采集速度較快，圖像成型較為優(yōu)良，地面分辨率較高(高達20cm)；最后，無人機遙感平臺的靈活性較強，實用性較高，在較小面積的場地就能夠完成起降作業(yè)，對天氣環(huán)境的要求比較低[2，3]。無人機這些特征特別適合用于小范圍的地質資源調查與災害勘查。

1 基于無人機航拍測繪技術的地質災害勘查

1.1 確定測繪區(qū)域和航線

按照目前無人機飛行標準，絕大部分無人機的飛行時間相對來說比較短暫，正常狀況下是在30min左右，基于這種情況，就需要有針對性的對航拍區(qū)域進行精準劃分，從而合理有效的安排測量航線、飛行時間以及飛行次數(shù)和架數(shù)等，一般在測量區(qū)范圍比較大的狀況下可以分區(qū)劃段完成測量，最好在規(guī)定航行時間段內一次完成航拍任務，如此就能夠以此類推在后續(xù)安排時間內有目的性的完成航拍工作，此外在開展航拍時盡可能按照實際航拍面積確定飛行路線，以免重復拍攝的發(fā)生[4]。

1.2 布置航拍網(wǎng)點

在航拍作業(yè)前需要先行將航拍區(qū)域確定，之后根據(jù)現(xiàn)實需要對其進行網(wǎng)點布置，如此一來才能夠使得拍攝過程更加規(guī)范和合理，在設定拍攝網(wǎng)點時必須按照現(xiàn)實的拍攝環(huán)境做出具體的調整，從而降低周圍環(huán)境的不利影響，使信息處理對上傳數(shù)據(jù)可以做到更為精準的分析。

1.3 獲取實時圖像

地質災害進行時，勘查人員一般是沒有辦法親自到達災害場地附近進行實地調查，這時借助無人機航拍測繪技術，指揮無人機飛入災害區(qū)域將實時圖像上傳至后方指揮中心，讓地災專家可以利用影像資料實時掌握地質災害發(fā)生區(qū)的狀況，按照影像分析規(guī)劃地質災害防治解決措施[5]。

1.4 正射影像建立三維立體模型

預防性地質災害勘查，通常涉及面積比較廣泛，正常的勘查工作費工費力，還容易發(fā)生遺漏，影響勘查最終的結論。而正射影像是利用修復處理的具備高精度、幾何精度和影像特點的真實具體的覆蓋整個地質災害區(qū)域的現(xiàn)場圖像，滿足了既包含細節(jié)又涵蓋整體。勘查人員能夠利用專業(yè)技術軟件在正射影像上獲得所需數(shù)據(jù)，再聯(lián)系實地調研，確保勘查內容綜合、客觀、真實、具體。

相比于正射影像，三維立體模型借助傾斜航拍技術，從垂直、傾斜等不同的角度獲取到不同的影像數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)信息更加具體精準，也可以從各個角度更加客觀地觀察災害區(qū)，放大局部區(qū)域情況，具體測繪長度、高度、坡度、范圍、坐標等，豐富地質災害勘查內容，擴大無人機在地質災害勘查中的使用。另外，利用三維立體模型能夠讓非專業(yè)出身的技術人員或指揮人員更加容易直觀地了解地質災害的實地情況，為其決策規(guī)劃提供保證。

1.5 數(shù)據(jù)獲取

現(xiàn)在使用的無人機航拍遙感主要采取飛行下落后對數(shù)據(jù)進行二次下載，這種方法沒有辦法實時滿足地質災害應急救援對時間的緊迫需要，在災害救援中數(shù)據(jù)的即時上傳和處理成為新型的發(fā)展趨勢。利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)以及無人機平臺其他傳感器數(shù)據(jù)的有效融合與安全下載是確保無人機作業(yè)的關鍵方法。數(shù)據(jù)及時上傳在不同地質條件下可選取衛(wèi)星上傳、視距微波傳輸以及超視網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)利用編碼和壓縮的方法將數(shù)據(jù)上傳，可以有效提高數(shù)據(jù)上傳速度，這樣可以同步滿足數(shù)據(jù)處理的實時需求，確保可以快速提交勘查成果。數(shù)據(jù)獲取的具體流程如下圖所示。

圖1 數(shù)據(jù)獲取的具體流程

1.6 數(shù)據(jù)處理

無人機航拍遙感影像數(shù)據(jù)的處理重點就在于低空飛行器拍攝的影像重疊度較低、像幅較小、圖片數(shù)量較多、傾斜角過大且方向無規(guī)律，很難實現(xiàn)影像配比的自動化連接、選取以及匹配。

最近幾年， 隨著影像遙感技術、自動航拍技術以及海量影像數(shù)據(jù)處理技術的日漸成熟，無人機低空影像數(shù)據(jù)處理的軟件漸漸增多，基本上完成了對無人機航拍影像數(shù)據(jù)的自動化處理。而影像數(shù)據(jù)處理主要是針對影像數(shù)據(jù)的獲取對影像進行參數(shù)細化以及DEM/DOM 制作任務。其流程圖下圖所示。

圖2 無人機航拍遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

2 技術應用分析

以河北某礦山集團礦業(yè)工作面為例，利用無人機航測技術進行該區(qū)域的有關地質災害勘查，以及現(xiàn)場工作人員接收到任務并實地反饋至地質災害調查系統(tǒng)的全過程。首先，按照實際任務需求，提前規(guī)劃好無人機的飛行區(qū)域，采取WGS48坐標，確定測繪區(qū)在地圖上的具體位置，區(qū)域東西向長大致3200 m；南北向寬大概是500 m；面積大約是1.7平方千米。其次，為了獲得整個地質區(qū)域的遙感影像，計劃在飛行高度為200m的上空進行航拍作用。再次，將無人機航空拍攝的影像數(shù)據(jù)進行一系列的拼接、改正、色彩優(yōu)化、鑲嵌等處理，得到完整的區(qū)域正射影像圖，利用圖像編碼，初步明確地質災害的種類以及具體位置；其四，按照現(xiàn)有的位置信息，采取小于50 m的航高仔細調查礦區(qū)地質災害的類別、波及范圍以及嚴重程度。其五，工作人員通過地質災害勘查接收到一定的任務指令，抵達地質災害點后，開展實際工作完成測繪并上報。各生產(chǎn)礦井可以及時登錄了解有關系統(tǒng)，查詢地質災害信息，完成災害點的治理工作。

3 結語

本文對無人機航拍測繪技術對地質災害的勘查分析進行分析，依托無人機與遙感信息技術的結合，根據(jù)地質測繪信息的獲取與分析，對地質災害的勘查工作進行調整，實現(xiàn)本文研究。希望本文的研究能夠為地質災害的勘查分析提供理論依據(jù)。