張遙

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114 地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

0 前言

在當(dāng)前信息化時(shí)代的背景下，計(jì)算機(jī)、攝影等技術(shù)也在快速的發(fā)展中，無人機(jī)的應(yīng)用能夠在最短時(shí)間內(nèi)獲取到最準(zhǔn)確的地表信息以及三維地表的形態(tài)，將其應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 無人機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 無人機(jī)測(cè)繪的先進(jìn)性

通常，無人機(jī)建模是以無人機(jī)為主要載體，以攝像頭和其他傳感器設(shè)備（如負(fù)載、狹窄區(qū)域、低海拔和高精度測(cè)量與工作區(qū)域映射）為基礎(chǔ)的。與人工監(jiān)測(cè)相比，更適用于近年來的災(zāi)害監(jiān)測(cè)。由于成本低廉，3S 技術(shù)發(fā)展迅速。這也促進(jìn)無人機(jī)技術(shù)取得進(jìn)步，例如飛行、定位、快速處理和遙感圖像采集。

1.2 對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)的處理

無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)主要是遙感數(shù)據(jù)，具有時(shí)間短、空間分辨率高、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，時(shí)間測(cè)繪數(shù)據(jù)處理主要是圖像處理數(shù)據(jù)。按照針對(duì)無人機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)，圖像數(shù)據(jù)處理主要包括：空間三級(jí)加密、校正、圖像匹配以及預(yù)處理等。

1.3 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

在我國，無人機(jī)主要用于軍事領(lǐng)域已有很長時(shí)間，主要用于精確打擊、命令控制和偵察警告。近年來，土木工程和商業(yè)無人機(jī)已逐步開發(fā)和應(yīng)用，主要用于地理測(cè)量、農(nóng)林監(jiān)測(cè)、土地監(jiān)測(cè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。2014 年8 月地震后，高速3D 建模技術(shù)首次用于地質(zhì)災(zāi)害的緊急救援，為救援提供有力的支持。

2 應(yīng)用無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

與其他遙感應(yīng)用不同，地質(zhì)災(zāi)害的遙感需要按照一些災(zāi)難的地質(zhì)原則和形態(tài)特征來認(rèn)識(shí)災(zāi)害。通過解釋顏色、色調(diào)、紋理等來直接確定災(zāi)害機(jī)構(gòu)，并且還有必要對(duì)地震引起的二級(jí)地質(zhì)災(zāi)害加以重視。在對(duì)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的調(diào)查中，在這個(gè)過程之后，在災(zāi)害中的次要地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)該得到改善，二次地質(zhì)災(zāi)害可分為沉積型、湖泊型、碎屑流動(dòng)型，塌陷型和滑坡式。由于無人機(jī)飛行高度相對(duì)較低，圖像分辨率較高，可以對(duì)成像數(shù)據(jù)進(jìn)行填充，也可以進(jìn)行人機(jī)交互，可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，因此，及時(shí)收集和傳輸災(zāi)難信息已成為當(dāng)務(wù)之急。傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感和載人飛機(jī)受成本和氣候的限制，在某些條件下無法獲取數(shù)據(jù)。無人機(jī)可以克服復(fù)雜的地形和天氣，并且還可能免受到高海拔、高輻射和高風(fēng)險(xiǎn)等區(qū)域的影響。這樣，可以滿足各種災(zāi)難監(jiān)視和評(píng)估需求。

3 無人機(jī)影像的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 案例簡(jiǎn)介

在地區(qū)的水系發(fā)展中，為充分利用當(dāng)?shù)厮Y源，地方政府積極開展水電建設(shè)項(xiàng)目工程，所在地區(qū)植被茂密、交通不便給整個(gè)項(xiàng)目的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查帶來巨大的挑戰(zhàn)?？紤]到這一點(diǎn)，項(xiàng)目經(jīng)理決定使用無人機(jī)成像技術(shù)來彌補(bǔ)現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的缺點(diǎn)。

3.2 實(shí)施步驟

在確認(rèn)項(xiàng)目采用無人機(jī)攝影技術(shù)后，工作人員應(yīng)嚴(yán)格按照計(jì)劃進(jìn)行拍照，確定飛行區(qū)域，確定運(yùn)輸區(qū)域；連接完成后，啟動(dòng)設(shè)備，判斷設(shè)備是否正常按照通電檢查結(jié)果，設(shè)備出現(xiàn)故障；為確保工程安全，無人機(jī)影像技術(shù)能更好地適應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害，具有一定的優(yōu)勢(shì)，需要為正式運(yùn)行做好準(zhǔn)備，因此進(jìn)入測(cè)量區(qū)域后，提前進(jìn)行飛行試驗(yàn)，然后再進(jìn)行測(cè)試和正式測(cè)量。按照試驗(yàn)結(jié)果，確定圖像高程系列參數(shù)和圖像高程系列參數(shù)；在操作過程中，無人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)在時(shí)間上調(diào)整，并且按照歷史數(shù)據(jù)的比較結(jié)果確定無人機(jī)的最佳工作狀態(tài)，以確保整個(gè)航拍的順利完成。在這個(gè)項(xiàng)目中，工作人員將在拍攝每個(gè)隔板后立即將相關(guān)數(shù)據(jù)下載到移動(dòng)硬盤，這方便后續(xù)加工和節(jié)省質(zhì)量檢驗(yàn)過程。第一件事是檢查圖像數(shù)據(jù)的重疊。根據(jù)拍攝坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以確定平均參考線長度和平均路徑之間的距離，還可以確定參考線和路徑之間的間隙的極值。通過計(jì)算公式確定項(xiàng)目的具體過程，根據(jù)兩張相鄰的照片執(zhí)行圖像切片旋轉(zhuǎn)檢測(cè)，并選擇相同的標(biāo)記。兩個(gè)圖像的標(biāo)簽重疊。確定對(duì)象之間的角點(diǎn)大小。編輯角度就像旋轉(zhuǎn)的切片。最后，檢查圖像的質(zhì)量以及如何可視化，并比較每個(gè)圖像的缺陷。圖像層處理工具使用PS 圖像處理系統(tǒng)作為圖像進(jìn)行投影處理。完成后，將使用圖像選擇，圖像整形等來創(chuàng)建圖像，并使用專業(yè)的遙感圖像處理軟件將捕獲的正像鏈接到目標(biāo)區(qū)域，最后執(zhí)行圖像裝飾。工程經(jīng)驗(yàn)表明，使用照片掃描圖像處理系統(tǒng)時(shí)，通過光束調(diào)整方法可以完成空中三角測(cè)量，從而提高圖像處理質(zhì)量。這種方法是基于立體攝影測(cè)量法逐漸發(fā)展起來的。在操作過程中，員工根據(jù)一些現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)控制每個(gè)加密點(diǎn)，最后確定每個(gè)加密點(diǎn)的高度和平面位置。

3.3 對(duì)無人機(jī)影像信息的解釋

在無人機(jī)圖像信息解釋過程中，需要按照無人機(jī)圖像調(diào)查結(jié)果和要檢查區(qū)域的特定限定信息詳細(xì)分析地質(zhì)災(zāi)害。在該項(xiàng)目中，圖像信息的解釋主要是由無人機(jī)航空攝影獲得的前向映射圖像，并且通過人機(jī)互動(dòng)將目標(biāo)區(qū)域的詳細(xì)地質(zhì)災(zāi)害信息解釋為室內(nèi)。

4 無人機(jī)測(cè)繪的應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 無人機(jī)測(cè)繪流程

為可以檢查氣象條件、地形、人造設(shè)施和空中拍攝區(qū)域的其他基本條件的基本條件，確定無人機(jī)的操作位置，并為隨后的無人機(jī)映射規(guī)劃提供基礎(chǔ)，制定詳細(xì)的飛行映射計(jì)劃，確定降落處，無人機(jī)的性能參數(shù)應(yīng)按照無人機(jī)攜帶的相機(jī)，傳感器和其他設(shè)備確定，并且應(yīng)相應(yīng)地設(shè)定路線，在正式成圖前，先進(jìn)行飛行試驗(yàn)，校準(zhǔn)相關(guān)參數(shù)，然后按照測(cè)試結(jié)果設(shè)置飛行成圖路線。飛前注意無人機(jī)飛行安全和電池供電，確保安全返回。返回辦公行業(yè)從無人機(jī)接收?qǐng)D像地圖、數(shù)字地面模型、數(shù)字線路和其他數(shù)據(jù)，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)分析。

4.2 無人機(jī)測(cè)繪案例

我國西南部地貌多樣，地勢(shì)復(fù)雜，地勢(shì)嚴(yán)峻，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，并經(jīng)常伴有陰天、雨天和大霧天氣，這使傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量無法獲得理想的圖像。無人機(jī)遙感系統(tǒng)可以補(bǔ)償由于云層和霧氣變暗而無法獲得高質(zhì)量、高清晰度的數(shù)字圖像的情況。它是對(duì)有人駕駛飛機(jī)的衛(wèi)星遙感和空中遙感的有力補(bǔ)充。無人機(jī)遙感具有高分辨率遙感數(shù)據(jù)的快速圖像采集，精度高、時(shí)間效率高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、超低空飛行、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為遙感數(shù)據(jù)的重要工具之一。基于以上特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查，預(yù)防和預(yù)測(cè)以及地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警中發(fā)揮不可估量的作用。2008年5 月12 日，四川省汶川縣遭受地震破壞，交通和通訊被封鎖。技術(shù)工作組使用微型無人飛行器遙感技術(shù)對(duì)北川縣進(jìn)行航拍，為2010 年6 月28 日發(fā)生的滑坡泥石流地質(zhì)災(zāi)害提供決策支持。由于暴雨，貴州省通過空中無人機(jī)攝影獲得第一手高清圖像，以了解災(zāi)難情況和緊急救援指導(dǎo)；2017 年8 月28 日，貴州省納雍縣張家灣市普薩社區(qū)大樹礁組的一座山塌了，通過運(yùn)用無人機(jī)獲取災(zāi)害地區(qū)的情況信息極大地節(jié)約救援工作的時(shí)間。

4.3 三維建模

三維建模是指首次使用無人機(jī)技術(shù)來快速可視化災(zāi)區(qū)信息。將圖像導(dǎo)入系統(tǒng)后，可以顯示地震區(qū)域的360°全景盲點(diǎn)，這使救援人員的思維更加清晰。在魯?shù)榈卣鹁仍?，無人機(jī)技術(shù)首次被用于從地震區(qū)域的三維建模中快速獲取災(zāi)害信息。這是首次完成3D 可視化，這對(duì)救災(zāi)工作非常有益。通過高程數(shù)據(jù)處理，根據(jù)GIS 軟件中的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)建立不規(guī)則三角網(wǎng)，最后生成DEM。在三維圖中，不僅可以顯示地震巖石、裂縫和塌陷，還可以顯示地面物體的長度、高度和寬度。在此基礎(chǔ)上，可以獲得山體倒塌的方向和可能發(fā)生的滑石的方向，從而可以更科學(xué)地選擇倒塌方向的安置地點(diǎn)，為災(zāi)后的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，制定重建計(jì)劃。

5 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量相比，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有全向和三維的優(yōu)勢(shì)。它將傳統(tǒng)的航拍技術(shù)與3D 地面技術(shù)和地圖技術(shù)相結(jié)合。無人機(jī)的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以更準(zhǔn)確地反映物體的實(shí)際情況，彌補(bǔ)骨灰圖像的缺點(diǎn)，也可以使用低空多位置相機(jī)鏡頭攝影，這可以快速獲得地理信息并滿足不同的需求調(diào)查和測(cè)繪行業(yè)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，調(diào)查人員往往要在災(zāi)害體上調(diào)查。在這一次，通過無人機(jī)射擊技術(shù)，指揮無人機(jī)進(jìn)入災(zāi)區(qū)，將實(shí)時(shí)圖像轉(zhuǎn)到哨所指揮中心，專家基于圖像分析，采取地質(zhì)災(zāi)害防治措施。正射影像是覆蓋整個(gè)調(diào)查區(qū)域的真實(shí)客觀的場(chǎng)景圖像，具有數(shù)學(xué)精度、幾何精度和圖像特征，并經(jīng)過校正和處理。它不僅反映整體，而且反映細(xì)節(jié)。與正射照片相比，三維模型可以從不同角度（例如垂直和傾斜）獲得圖像數(shù)據(jù)。通過傾斜攝影技術(shù)，它具有更完整、準(zhǔn)確的信息，還可以獲得長度、高差、坡度、面積、坐標(biāo)等，可以從不同角度進(jìn)行測(cè)量。豐富三維模型的應(yīng)用，增加地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的內(nèi)容，拓展無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用。通過三維模型，非專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者可以更容易直觀地掌握地質(zhì)災(zāi)害情況，并為其決策和部署提供保證。

6 結(jié)語

由上可知，無人機(jī)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中，有著十分重要的作用。以往傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的要求，無人機(jī)的應(yīng)用為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)差提供更高效率的方法，能夠充分發(fā)揮出無人機(jī)的靈活性，且無人機(jī)的傾斜攝影技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)到對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理，有著低成本、信息全面、準(zhǔn)確等的優(yōu)勢(shì)。