淺談無人機航測技術在地質災害應急測繪中的研究與應用

熊濤

（湖南省地質礦產勘查開發局四0五隊，湖南 吉首 416000）

近年來，隨著飛控系統的開源、配套技術的進步以及民用無人機市場的擴張，使得無人機在各個領域的應用得到了飛速發展。在地質災害應急測繪領域，特別是在近年發生的各類山體滑坡、崩塌和泥石流災害的測繪和救援工作中，無人機在通信保障、監控預警、三維建模、輔助決策等方面起到了重要作用，提高了測繪和救援效率、減少了人員傷亡。但在實戰中也暴露了無人機在功能模塊、續航能力上的短板。傳統的災后調查方法局限性較大，并且效率已經無法滿足當前對于災情救援的需求，因此無人機在應急測繪工作中的應用得到了更多重視。無人機運行不受交通影響，同時能夠克服次生災害，迅速地采集災區情況，得到其實際影響，數字模型和三維模型，為救援提供有效的決策依據。

一、無人機的工作原理

無人機是一種通過無線遙控技術和自動控制裝置操作的無人飛行器，現行的應急測繪無人機多為多旋翼無人機，機載各類功能模塊設備，無人機系統的主要組成部分包括飛機本體、動力部分、飛控部分、數據通信部分等，其中整個系統的核心是飛控部分，直接影響到無人機運行的安全性和穩定性，同時關系到實時的數據傳輸。數據連接部分保證了無人機能夠在較低時延下接受并相應指令，從而完成相應的運動控制。

二、無人機的優勢

（一）較為機動靈活

小型無人機重量較輕并且需要較少的操作人員，通常來說2人就能很好地完成無人機操作。同時由于重量輕的特點，當發生地質災害時能夠較為方便地帶入現場，迅速起到應急測繪作用。另外其飛行速度控制較為方便，具有靈活機動的特點，迅速達到災害地點。另外，無人機對于起飛條件要求不高，起飛容易，這對于地質災害的應急測繪工作來說有著重要的意義。

（二）視野全面

當前在無人機的研究領域，已經嘗試著將數據鏈技術和寬帶技術融入其中，擴寬無人機視野，以便應對不同的角度和光線條件，完成勘測任務。在低空飛行石，可以在無人機上配備先進的成像技術，對地質災害進行跟蹤拍攝，提高測繪效率。

（三）操作簡單

無人機在操作上較為便捷，一般在視頻傳輸系統的配合下，就可以通過遠程系統對其進行飛行控制，并且對現場進行實時監測。另外，如果客戶端接入公網，還可以采用電腦、手機等多種智能載體來控制無人機飛行，接口豐富，操作簡單。

（四）安全可靠

無人機實際飛行中對于環境的要求也相對較低，可以在非極端天氣下正常使用。在地質災害的應急測繪工作中，無人機的應用有效解決了傳統測繪中的問題，提高了測繪質量和效率，同時能夠對現場情況實施的監測和跟蹤，為災害的救援提供可靠依據，盡最大可能降低災害的影響。

三、無人機在地質災害應急測繪中的應用

（一）無人機先導偵察功能及其優化

所謂先導偵察功能，是指當有災害發生后，消防無人機通過自主規劃航跡或者是手動操作，首先進入現場進行偵查，展開地質災害的應急測繪工作。當前在應急測繪工作中，無人機的工作方式大多數都為手動為主、自主為輔，也就是通過遙控器來操作無人機進行初步的偵查，在這之后的部分工作才能通過自主航跡規劃來完成。雖然這種操作方法較為簡單，但是其缺陷和不足較為明顯。例如在出動無人機時，由于在人員操作方面存在限制，只有相關人員達到現場后才能安排無人機的偵查工作，也就進行全面自主的先導偵查工作。因此在偵查功能上需要對其進行進一步的優化，為應急測繪工作提供預判的空間。

（二）無人機圖像傳輸功能及其優化

在地質災害應急測繪工作中，無人機通信系統主要涉及圖像、數據以及無線電的傳輸。通過圖像模塊來將災害現場的圖像傳回，這是應急測繪工作的關鍵。結合當前應急測繪工作中所配備的通信裝備，目前圖像傳輸方式中較為穩定的有3G/4G傳輸和微波傳輸兩種。

1.3G/4G圖像傳輸

在無人機消防工作中，3G/4G圖像傳輸指的是通過4G設備來傳輸3G圖像，其現場的數據傳輸路徑主要有三方面，一是無人機攝像機進行現場拍攝，地面終端接收無人機數據。二是在地面終端處引出HDMI的接口，向地面的公網基站發射信息；三是通過訪問通信指揮中心登錄IP地址，連接服務器，即可獲取基站轉接的數據信息。

2.微波圖像傳輸

這種方式是指的是，消防通信人員通過便攜式發射終端，將無人機所獲取的數據信息以微波的形式向通信指揮車中的接收機發送，車載發射機對其進行再次發射，通信指揮中心中就可以看到相應的數據信息，也就實現了現場、指揮車和指揮中心的實時數據共享。

（三）災情勘察為救援行動提供輔助決策

當地質災害事故發生時，救援人員不一定能夠進入現場的核心區域。但是在復雜環境下的災害事故現場，無人機可以自由靈活地進入受災區域進行全方位偵察，在災害發生的第一時間確定核心位置，并對其做出合理救災方案。

利用無人機上搭載各類偵檢模塊，可以對現場的實際情況進行檢測。在地理復雜的救援現場，可利用無人機將實時地理數據、風速、溫度等信息傳輸到指揮中心，制作二維、三維全景圖，對現場偵察，便于后方指揮中心制定合理的救援方案。

四、無人機應急測繪方法

在應急測繪工作中，無人機影像會有較大的數據量，通過常規處理效率較低，所需時間較長。在災區中對時間要求較高，必須要對工作流程進行合理調整和改進，在現有資源的基礎上來應對不同的實際狀況，從而提高應急測繪的效率和質量，為救援工作提供最為可靠的數據依靠。對于無人機測繪來說，可以在應急預案的制定、排排作業以及數據分析處理等環節進行優化，確保應急測繪工作能夠滿足時間要求。

（一）制定應急預案

科學合理地制定應急預案，這時確保測繪工作質量和效率的基礎。需要綜合考慮到現場實際的環境、設備以及人員因素。通常來說應急預案需要包括崗位職責情況、操作手冊詳情以及緊急狀況處理等部分，并且要以實際為基礎不斷地對原進行改進和完善，并且通過實際模擬來提高應用效果，確保預案中所設涉及的內容都能得到充分的保障。

（二）應急拍攝作業

在進行應急測繪工作時要做到針對性拍攝，首先保證災區數據準確，以該區域為中心規劃和計算其實際的影響范圍。一般來說，地質災害在丘陵、山地等地區較為常見，并且在這些地區可能會影響到無人機的飛行路線及高度，導致拍攝的照片沒有較為理想的視野范圍，并且影像邊緣質量較差，失真問題嚴重。因此在設計航線時，要在災害影響較重的區域以及拍攝質量較差的區域內進行加密設置。并且，五鏡頭的相機較重，續航較差，需要進行多次起飛來完成測繪任務，并且該種相機所采集的數據具有較大的冗余，在實際操作中要通過刷面方式來收集數據。

（三）數據應急處理

在處理無人機所收集到的數據前，首先要檢查航片質量，確保已經全面覆蓋了重點區域。另外，災區中往往存在著電力終端問題，無法穩定供應電力，導致數據處理設備滅有運行環境，因此要通過降低數據處理量來提高作業效率。采用快速拼接軟件來自動化拼接航片，通過現場地理信息以及像片控制點來糾正影像坐標，制作數字影射圖。由于實景的三維建模需要耗費較長時間，所以可以單獨處理重點區域航片來進行傾斜攝影應急建模。將災區數據進行分塊處理再將其拼接。如果采集數據的面積過大，可以將次重要部分的分辨率降低，從而提高建模速度。

五、結束語

通過無人機來進行地質災害的應急測繪工作，能夠提高測繪工作的質量和效率，為救援工作提供可靠的數據支持。但是當前無人機測繪工作仍然存在一定的不足，例如容易受到環境影響、對從業人員要求高等等。隨著社會科技和經濟的進一步發展，無人機系統將更加完善，能夠在更惡劣的環境中有效運行，為應急測繪工作提供可靠支持。