無人機航測技術在地質災害應急測繪中的研究與應用
——以6.16太原山體滑坡應急測繪為例

（山西豪正森資源環境規劃設計有限公司，山西 太原 030000）

常見的地質災害類型有山體滑坡、崩塌、泥石流等，均是地質環境異常變化和地質活動產生的災害。這些災害具有突發性，對人民的財產和生命都有著巨大的威脅。地質災害發生后往往也會導致影響范圍內的生態造成嚴重的損壞。災后需要第一時間進行救援，因此指揮災后救援工作的組織是否有序、及時直接關系著人民的存放。災后對災情的調查與摸底如果還是用傳統的方法，不僅僅有局限性，而且效率低下，隨時可能發生次生災害[1]。因此無人機成為了保障應急測繪的先鋒。無人機具有能夠克服次生災害、不受交通條件影響等特點，而且能夠快速采集災區的數據和航片，并產出災區的正射影像、數字高程模型和三維實景模型，能夠為救援組織提供災區的范圍和實情。本文通過6.16太原山體滑坡的應急測繪，對無人機航測在地質災害應急測繪中的應用進行了介紹。

1 無人機航測技術的應用

1.1 無人機的組成

無人機組成主要是兩大部分，分為地面的控制系統和飛機的航攝平臺。飛機的航攝平臺的組成主要是有照相機、攝像儀、控制系統和輔助設施；地面控制系統的組成有數據監控系統、航線和無人機地面的控制系統[2]。無人機具有飛行方便、受到外界干擾因素少、成本低廉、靈活性高的特點，還能夠對地形地貌進行多角度采集，非常適合災區的測繪工作。

1.2 無人機航測的成果

無人機的應急測繪能夠生成的成果主要有：數字正射影像、數字地表模型、全景影像、實景三維模型和監控視頻等。在實際的救援操作中，數字正射影響和三維模型是非常直觀有效的。因為數字正射影像和實景三維模型是具備能夠進行量測的功能的，因此根據實際發生災害的狀況，不僅僅能夠對災情的影響面積進行分析和量測，還能夠對可能發生的次生災害時間和規模進行預測、對發生的概率和范圍進行估計。無人機的數字正射影像生成的方式通常是使用固定翼無人機進行相片的獲取，然后進行空三加密和微分糾正，最后用影像處理軟件進行影像處理。而實景三維模型是采用五鏡頭的多旋翼無人機進行拍攝，再用傾斜攝影三維軟件進行空三加密和模型重構，精修處理后生成，處理的流程見圖1。

圖1 實景三維模型建模流程

2 無人機應急測繪方法

無人機影像的數據量很大，因此采用常規的方法進行處理需要的時間長，效率慢。對于發生災害的災區來說，時間就是生命，因此必須抓緊時間對工作流程進行改進，使用現有的有限資源對不同的情況進行應對，以最快的速度出具應急測繪的結果，保證救援工作的數據支持[3]。無人機的測繪方案可以優化的部分有應急預案、處理分析數據和航拍作業，不同的環節可以采用科學的手段進行優化和改進，這樣才能夠保證測繪的時間滿足救援需求。

2.1 應急預案的制定

應急預案是保證應急測繪工作順利高效開展的前提，需要結合人員、儀器設備和環境因素進行綜合考慮。應急預案的制定需要包括應急人員的操作手冊、無人機緊急處理方案和崗位職責等，應急預案需要根據實際情況不斷完善，并定期進行應急模擬訓練，保證參加應急預案的人員和設施都能夠滿足相關救援工作的要求。

2.2 應急拍攝作業

應急拍攝需要有針對性，在確保受災地區數據精確的情況下，以災害區域為中心影響范圍的規劃和計算，通常地質災害會發生在山地或者丘陵等地質情況較差的地區，在這些地區，無人機的飛行高度和飛行線路可能會受到干擾，造成拍攝的照片范圍較小，而且影像的邊緣拍攝質量也較差，容易引起失真。因此設計這些地區無人機的航線時不能考慮在兩條航線之間設置，而是要對重點災害影響地區尤其是拍攝質量較差的地區進行加密[4]。由于采用五鏡頭相機的重量較重，因此續航時間較短，需要多次起飛，而且五鏡頭相機的采集數據冗余也較大，實際需要作業人員采用“刷面”的方式進行數據收集，如圖2。

圖2 多旋翼無人機航線示意

2.3 數據的應急處理

圖3 分割建模示意圖

無人機的數據處理需要先進行航片的質量檢查，保證重點區域的數據覆蓋，因為受災地區的電力往往已中斷，電力供應不穩定，無法安裝數據處理設備，因此提高作業效率需要降低數據的量[5]。使用快速拼接的軟件對航片進行自動化拼接，然后利用現場采集相片的控制點和基礎地理信息數據對影像進行坐標糾正，然后制作出數字影射圖。對于傾斜攝影應急建模，由于實景三維模型的構建時間太長，因此可以對重點區域的航片進行單獨處理。整個災區的數據可以分塊進行，然后拼接。如果面積過大可以降低不重要的災區的分辨率，加快建模的速度，見圖3。

3 實際案例

2019年6月16日，太原某村發生了山體滑坡災害，塌方量約為30萬方，3個小區約20棟樓被沖毀，死亡20人，救援部門啟動應急預案，進行應急測繪，包括采集和制作災區的正射影像圖、傾斜攝影實景三維模型和拍攝相關視頻等。

3.1 應急測繪

本次發生地質災害的地區地形復雜，因此配備1架電動固定翼無人機、2架多旋翼無人機、高性能筆記本工作站和高性能臺式工作站等。由于災害地區呈面型分部，滑坡底部是主要營救地區，大量人員在作業，而滑坡山體仍有部分試塊掉落，因此山體頂部屬于應急航測的重點部位[6]。航線規劃加大了山頂的重疊度，規劃了交叉航線，盡可能獲得更多頂部情況，用以估算災害點的面積和估算土石方量。數據完成后用SMART3D軟件對圖像進行處理，將所有的臺式工作站和筆記本工作站組成局域網來集中處理圖像，用最快速度生產災害區域的正射影像圖。

3.2 測繪成果圖

針對太原山體滑坡進行應急測繪，共使用固定翼的飛機起飛2架次，拍攝影像900余張，多旋翼無人機起飛6架次，拍攝影像1000余張，圖像的拍攝范圍對災害影響的范圍進行了良好的覆蓋，也對重點區域進行樂基交叉拍攝，獲得高分辨率的影像，覆蓋整個區域，包括高信息量。成果為救災指揮部提供了準確、可靠的數據，為救援工作提供了有力的支持和保障。

4 結語

通過實際6.16太原滑坡應急測繪的案例對無人機技術的應用進行了探討，該次應急測繪良好地進行了救援，并疏散了群眾，對人民的生命和財產安全進行了良好的保護，為救援救災及時提供了數據，也得到了救援部門的肯定。但是目前無人機測繪還存在部分不足：對從業人員的要求高，容易受到惡劣環境的影響，精度容易受到環境影響等。隨著現代智能化技術的不斷發展，無人機航攝系統的不斷完善，無人機能夠更加適應復雜的環境，得到更加精確的產品。本文論述的無人機在地質災害應急測繪中的經驗，也可以推廣到其余救援工作中，獲得更高的社會效益。