井書(shū)文　關(guān)健

摘 要：頻頻發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，而地質(zhì)災(zāi)害的突發(fā)性和多發(fā)性在高山峽谷地區(qū)也為政府減災(zāi)防災(zāi)工作帶來(lái)了極大的困難。無(wú)人直升機(jī)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、獲取數(shù)據(jù)快速、低空飛行的特點(diǎn)，加裝航測(cè)系統(tǒng)的無(wú)人直升機(jī)，具有在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、應(yīng)急、災(zāi)情評(píng)估等方面提供快速數(shù)據(jù)支持的極大優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人直升機(jī)；地質(zhì)災(zāi)害；航測(cè)；監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：P467；P694 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2017）06-0019-02

Application of Unmanned Helicopter in Geological Disaster

Prevention and Control

Jing Shuwen Guan Jian

（Henan Geological Environment Monitoring Institute，Zhengzhou Henan 450016）

Abstract： The geological disasters occurred frequently seriously endanger people's lives and property safety， and unexpected geological disasters and occurred in the alpine and gorge region also brings great difficulties for the government disaster prevention work， unmanned helicopter has strong maneuverability， rapid data acquisition and low air flight characteristics. Unmanned aerial vehicle equipped with aerial surveying system has great advantages in providing rapid data support in geological disaster monitoring， emergency response and disaster assessment， etc.

Keywords： unmanned helicopter；geological disaster；aerial survey；monitoring

隨著近年來(lái)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害事件頻頻發(fā)生，給國(guó)家和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了重大危害。資源和環(huán)境作為人類賴以生存和發(fā)展的基本條件，全方位掌握國(guó)土信息，合理開(kāi)發(fā)國(guó)土資源，發(fā)現(xiàn)和消除隱患，預(yù)防極端情況的發(fā)生，加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害防治，這些都對(duì)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)提出了更高的技術(shù)要求。

1 應(yīng)用目的

地質(zhì)災(zāi)害具有突發(fā)性、破壞性、地理位置復(fù)雜性等特點(diǎn)，無(wú)人直升機(jī)航測(cè)系統(tǒng)需要充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)的快捷、機(jī)動(dòng)、安全、數(shù)據(jù)獲取快速等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)構(gòu)建一套實(shí)時(shí)、高效的高質(zhì)量地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)保障系統(tǒng)，為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、防治、減災(zāi)提供有力支持。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)組成

2.1 空中系統(tǒng)

空中系統(tǒng)主要包括小型無(wú)人直升機(jī)、任務(wù)載荷系統(tǒng)、飛控與航電系統(tǒng)。

在地質(zhì)災(zāi)害測(cè)量、災(zāi)害區(qū)域高清圖像獲取等方面，對(duì)于直升機(jī)載荷的分辨率、穩(wěn)定性提出了較高的需求。系統(tǒng)的任務(wù)載荷選配工業(yè)級(jí)高清穩(wěn)像照相吊艙，兩軸向穩(wěn)定系統(tǒng)可隔離外界擾動(dòng)，在飛行抖動(dòng)條件下也可提供高穩(wěn)定、清晰的圖像。

飛控及航電系統(tǒng)需要完成地面指控系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)平臺(tái)之間的通信，通過(guò)無(wú)線電遙測(cè)遙控技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行獲取和傳輸。一方面，將獲取的遙感數(shù)據(jù)和設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)、位置坐標(biāo)和海拔高度等輔助數(shù)據(jù)傳給地面控制系統(tǒng)；另一方面，將地面的控制指令傳輸給飛行器和任務(wù)載荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行狀態(tài)和任務(wù)載荷的精確控制[1]。

2.2 地面系統(tǒng)

地面系統(tǒng)由地面指控站、圖像接收及顯示、災(zāi)害信息處理等組成，其中地面指控站和圖像接收顯示使用原設(shè)備，載荷信息處理部分由便攜式工作站、高速數(shù)據(jù)接口、專用災(zāi)害數(shù)據(jù)處理軟件等組成。災(zāi)害信息處理單元對(duì)獲取的高清圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、加工、特征提取、編目及存儲(chǔ)[1]。

3 航測(cè)無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)功能

3.1 航拍功能

航拍圖像信息的獲取主要采用飛行降落后的數(shù)據(jù)下載和實(shí)時(shí)圖像傳輸兩種方式。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，無(wú)人機(jī)按照規(guī)劃的航線飛行，飛機(jī)在災(zāi)害區(qū)域上空時(shí)，通過(guò)地面指控系統(tǒng)對(duì)高清光電吊艙的方位、焦距及快門(mén)的控制，根據(jù)實(shí)時(shí)回傳圖像完成對(duì)災(zāi)害區(qū)域的重點(diǎn)拍攝和連續(xù)拍攝。

3.2 監(jiān)測(cè)、預(yù)警功能

無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)獲取的高清圖像數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)，通過(guò)分析計(jì)算可以形成各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，為地質(zhì)災(zāi)害分布及發(fā)育狀況的判斷提供依據(jù)，可重復(fù)對(duì)不同時(shí)期監(jiān)測(cè)圖像進(jìn)行比對(duì)分析，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的發(fā)生發(fā)展情況。

3.3 電子地圖與地理數(shù)據(jù)定位功能

信息定位及電子地圖單元將獲取的圖像以及無(wú)人機(jī)的經(jīng)度、緯度、速度、航向、姿態(tài)等信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理（坐標(biāo)變換、地理匹配），其功能主要是讓用戶利用光標(biāo)，用點(diǎn)選、線選等方式選中空間地物的圖形，然后顯示出這些圖形相關(guān)聯(lián)的地理位置信息，最后通過(guò)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的地理坐標(biāo)進(jìn)行采點(diǎn)，完成電子地圖的標(biāo)注。

3.4 區(qū)域圖像拼接功能

為取得目標(biāo)區(qū)域的高清圖像，載荷需要通過(guò)變焦對(duì)小視場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行拍攝，要得到廣闊視角的場(chǎng)景，就需要將不同角度的成像進(jìn)行平滑無(wú)縫連接。圖像拼接技術(shù)就是將數(shù)張有重疊部分的圖像依據(jù)某類影射方法，投影到同一個(gè)平面上，通過(guò)匹配融合，拼成一幅大型的無(wú)縫高分辨率圖像。圖像拼接能夠得到更多目標(biāo)區(qū)域的信息，進(jìn)一步擴(kuò)大視場(chǎng)范圍，可以通過(guò)將不同角度的成像進(jìn)行平滑無(wú)縫拼接融合，構(gòu)造一幅全景圖，達(dá)到擴(kuò)大視場(chǎng)范圍的目的。

4 航測(cè)無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害

滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)常造成大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)在地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)儀器種類眾多，如裂縫報(bào)警器、滑坡伸縮儀等，但是地質(zhì)災(zāi)害同時(shí)具有突發(fā)性與難預(yù)知性，分布呈小規(guī)模、數(shù)量多等特點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器缺乏目的性。無(wú)人直升機(jī)云下飛行的優(yōu)勢(shì)給地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)帶來(lái)極大的幫助。系統(tǒng)形成的數(shù)字高程模型，能夠分析地形的變化，為監(jiān)測(cè)地面沉降、滑坡形成提供可靠的依據(jù)。

4.2 災(zāi)害期的應(yīng)急救援

地質(zhì)災(zāi)害滑坡、泥石流等往往會(huì)造成災(zāi)區(qū)的通訊中斷和道路交通破壞。通過(guò)航測(cè)圖像可對(duì)災(zāi)害發(fā)生位置，受災(zāi)范圍，交通信息與次生災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查，為合理的救援提供及時(shí)可靠的信息。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查會(huì)受到交通、次生災(zāi)害的影響，調(diào)查速度慢，精度低。

小型無(wú)人機(jī)可以垂直起降，快速獲取災(zāi)害區(qū)域的地面數(shù)據(jù)，同時(shí)無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，為了解災(zāi)情、疏導(dǎo)交通，確定救援路線提供可靠的依據(jù)。

4.3 地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估

災(zāi)害評(píng)估單元獲取地質(zhì)災(zāi)害航測(cè)圖片后，通過(guò)圖像拼接、圖像增強(qiáng)和幾何校正等圖像處理，形成災(zāi)情數(shù)據(jù)，為地面災(zāi)情的分析提供大量可靠數(shù)據(jù)源。可以判斷地質(zhì)災(zāi)害體形狀與位置，造成地面破壞的面積以及地形變化、受災(zāi)區(qū)域的破壞情況。再通過(guò)地理信息處理系統(tǒng)，在地質(zhì)專家的指導(dǎo)下，可以對(duì)災(zāi)害情況進(jìn)行評(píng)估，為救援計(jì)劃和防止災(zāi)害造成的二次傷亡提供指導(dǎo)。

5 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

5.1 安全性高

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生往往伴隨著現(xiàn)場(chǎng)及周圍環(huán)境的破壞，傳統(tǒng)測(cè)量方法難以快速獲得受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)模、程度及發(fā)展趨勢(shì)等資料，通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)可及時(shí)迅速地獲取災(zāi)害信息，為制訂方案提供依據(jù)，并且降低現(xiàn)場(chǎng)工作人員的危險(xiǎn)性。

5.2 機(jī)動(dòng)性高

小型無(wú)人直升機(jī)，具有垂直起降、空中懸停、原地轉(zhuǎn)彎、側(cè)飛、倒飛等特點(diǎn)，同時(shí)兼有固定翼無(wú)人機(jī)攜帶方便、實(shí)用簡(jiǎn)單、不需要大面積的起降場(chǎng)地等優(yōu)點(diǎn)。可以通過(guò)自主導(dǎo)航和遙控飛行兩種方式飛行。

5.3 適應(yīng)性強(qiáng)

無(wú)人機(jī)一般在云層下方飛行，彌補(bǔ)了衛(wèi)星遙感和普通航空攝影經(jīng)常受到云層遮擋獲取不到影響的缺陷。同時(shí)，無(wú)人機(jī)可應(yīng)急反應(yīng)，在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)災(zāi)害區(qū)域的探測(cè)。

5.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸

機(jī)載系統(tǒng)可將飛機(jī)下方的地面圖像等航測(cè)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛妫瑢?shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)記錄，用于導(dǎo)航和取景。

6 結(jié)語(yǔ)

地質(zhì)災(zāi)害的高度破壞性，對(duì)人民群眾的生命、財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的威脅，而其突發(fā)、群發(fā)以及多分布于復(fù)雜惡劣地質(zhì)環(huán)境的特性，使地質(zhì)災(zāi)害的防治工作面臨很大的困難。無(wú)人直升機(jī)作為一個(gè)先進(jìn)、高效、快捷的平臺(tái)，其特性彌補(bǔ)了時(shí)間、空間、交通、安全等多方面制約地質(zhì)災(zāi)害防治成效的短板。經(jīng)過(guò)綜合研究，集成優(yōu)秀的圖像采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理功能的無(wú)人直升機(jī)航測(cè)系統(tǒng)極大地提升了地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)和突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急保障能力，為我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害減災(zāi)、防災(zāi)工作提供了先進(jìn)的技術(shù)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊武年，濮國(guó)梁.長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感圖像信息處理及其監(jiān)測(cè)和評(píng)估[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2005（3）：423-430.