鄒 宇，何清平

（1.貴州天木智繪科技有限公司，貴州 貴陽550007；2.貴州水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽551400）

無人機(jī)架構(gòu)的測量系統(tǒng)擁有凸顯的靈活優(yōu)勢，快速而且精準(zhǔn)，其能夠擺脫傳統(tǒng)測量多重的外在干擾，測量過程更加靈活，獲取數(shù)據(jù)的效率較傳統(tǒng)測量技術(shù)、航空攝影測量和遙感技術(shù)來說更為快捷，獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量更為精準(zhǔn)[1]。近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及測繪地理信息數(shù)據(jù)平臺的不斷建構(gòu)和完善，基于無人機(jī)低空航空攝影測量技術(shù)與遙感等在測繪諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測主要依靠野外調(diào)查、沉降觀測等傳統(tǒng)手段，結(jié)果雖然可靠，但具體的施工程序較為復(fù)雜，制約條件較多，而無人機(jī)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用，其操作簡單、價格低廉、機(jī)動靈活等優(yōu)點彌補(bǔ)了傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的不足，基于地理信息數(shù)據(jù)平臺可以對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實施傳輸和分析，從而為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測提供一種更為先進(jìn)、便捷、快速的技術(shù)方法[2-4]。

1 無人機(jī)測量技術(shù)內(nèi)涵

無人機(jī)是通過無線電遙控設(shè)備或機(jī)載計算機(jī)程控系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人飛行器。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、使用成本較低、操作靈活，除了能夠完成傳統(tǒng)人機(jī)任務(wù)，更適用于傳統(tǒng)人機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù)，例如危險區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、空中救援指揮和環(huán)境遙感監(jiān)測等[1]。隨著我國改革開放的不斷深入，科學(xué)技術(shù)水平得到了空前提升，直接推動了測繪地理信息行業(yè)的不斷發(fā)展，智能化水平更高、工作效率更高、可操作性和數(shù)據(jù)處理性更靈活的測繪裝備不斷得到創(chuàng)新和發(fā)展，無人機(jī)測量技術(shù)就是科技創(chuàng)新和發(fā)展的產(chǎn)物。無人機(jī)測量技術(shù)屬于近景航空攝影測量，其是基于無人機(jī)作為搭載平臺，機(jī)載航空攝影相機(jī)、數(shù)碼攝錄機(jī)等數(shù)字?jǐn)z影測量與遙感設(shè)備進(jìn)行拍攝和記錄，利用地面無線電遙控設(shè)備或計算機(jī)程控系統(tǒng)對無人機(jī)飛行姿態(tài)、各類參數(shù)進(jìn)行控制和修正，從而實現(xiàn)對地面信息的調(diào)查和監(jiān)測，即無人機(jī)攝影測量與遙感技術(shù)[5]。

無人機(jī)測量系統(tǒng)可以分為空中控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)，空中控制系統(tǒng)包括無人機(jī)搭載平臺、攝影測量與遙感設(shè)備，以及攝影測量與遙感空中控制子系統(tǒng)。無人機(jī)攝影測量與遙感的數(shù)據(jù)獲取過程如下：（1）根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行飛行規(guī)劃和飛行參數(shù)設(shè)計；（2）按照預(yù)設(shè)規(guī)劃和參數(shù)設(shè)計對任務(wù)區(qū)域進(jìn)行無人機(jī)攝影測量與遙感飛行；（3）通過數(shù)據(jù)存儲設(shè)備或5G數(shù)據(jù)信息傳輸通道收集和存儲地面信息、飛行姿態(tài)信息、各類控制系統(tǒng)信息等；（4）利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和分析，提取任務(wù)所需測繪地理信息數(shù)據(jù)。

圖1 無人機(jī)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作流程圖

2 無人機(jī)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測方法和流程

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測是通過運用各種技術(shù)和方法，測量、監(jiān)視地質(zhì)災(zāi)害活動以及各種誘發(fā)因素動態(tài)變化的工作，即通過采集和獲取地質(zhì)災(zāi)害各要素空間關(guān)系及地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的特征、紋理、環(huán)境信息等，基于已有的數(shù)據(jù)資料，對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性和危害性等進(jìn)行分析、評價。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測任務(wù)需求，以及無人機(jī)測量技術(shù)原理，可以將基于無人機(jī)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作分為數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析評價三個部分，見圖1[2，6]。數(shù)據(jù)獲取部分包括了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測任務(wù)的確定、任務(wù)分析及相關(guān)資料收集、實地勘探、飛行規(guī)劃和參數(shù)設(shè)計、無人機(jī)作業(yè)內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的參數(shù)校正、空中三角測量、三維模型構(gòu)建、正射影像獲取等。數(shù)據(jù)分析評價包括地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測屬性數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，以及基于已有相關(guān)資料信息對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分析和評價等內(nèi)容。無人機(jī)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)攝影測量易受云層遮擋影響的缺陷，為用戶提供高分辨率、低成本、實時性、可重復(fù)性的遙感影像信息，用戶可以通過無人機(jī)測量結(jié)果獲取多重高精度的參數(shù)和屬性信息，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)攝影測量與遙感高精度空間位置和高分辨率的影像信息不能兼得和融合的缺陷。

3 實例分析

無人機(jī)因其獨有的優(yōu)勢和特點，在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域具有無法替代的位置：（1）其在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用具有空間便捷性和時效便攜性，能夠排除條件限制第一時間對地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測；（2）獲取的數(shù)據(jù)信息更為全面，精度更高，相對于傳統(tǒng)測量技術(shù)來說，無人機(jī)測量技術(shù)可以同時獲取高精度的空間數(shù)據(jù)信息和全方位的高分辨率的影像信息。無人機(jī)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，在我國已經(jīng)有多項成功案例，最早的2008年汶川地震無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害研究和監(jiān)測。2017年九寨溝地震之后的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，2019年重慶城口山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等[3-4]。本文基于已有無人機(jī)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測案例和數(shù)據(jù)對無人機(jī)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的數(shù)據(jù)獲取處理、精度等進(jìn)行分析評價。

3.1 某礦礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測

以某礦礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測實例為基礎(chǔ)，采用無人機(jī)飛行平臺搭載攝影測量與遙感設(shè)備，獲取了礦區(qū)范圍內(nèi)高于0.20m的低空數(shù)字影像，通過自動操控和調(diào)節(jié)，影像航向和旁向重疊度達(dá)到了80%和50%，并生成了數(shù)字正射影像和影像空間模型[2]。對比傳統(tǒng)遙感影像，獲取的影像分辨率和精度更高，進(jìn)而反映的地面空間位置和屬性參數(shù)更為詳細(xì)，通過影像提取和分析，共計獲取了塌陷坑約43處，結(jié)合礦區(qū)已有下沉等值線，對礦區(qū)由于采煤沉陷造成的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了分區(qū)，對受影像區(qū)域內(nèi)的各種地物類型等進(jìn)行了劃分，并進(jìn)行了面積統(tǒng)計。

3.2 無人機(jī)滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測

以湖州市洞子門二期工程滑坡監(jiān)測為研究案例，區(qū)域內(nèi)地形以丘陵為主，高差90m，測區(qū)面積25km2[6]。根據(jù)監(jiān)測需求，在測區(qū)范圍內(nèi)共布設(shè)了4個像控點，以及排11個邊坡監(jiān)測點。采用四旋翼無人機(jī)搭載AMC536傾斜攝影平臺航攝，加裝地形匹配系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，為了確保獲取數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測區(qū)域全覆蓋，在已有方案基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加了外擴(kuò)區(qū)域。獲取的傾斜攝影測量原始影響數(shù)據(jù)分辨率優(yōu)于7mm，圖像輻射分辨率為24bit，飽和度等級優(yōu)于10級，色彩還原真實準(zhǔn)確，區(qū)域色調(diào)一致。通過數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測點的坐標(biāo)提取，對無人機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息與已有數(shù)據(jù)進(jìn)行對比得出，無人機(jī)獲取的坐標(biāo)信息中水平位移中誤差為16mm，垂直位移中誤差為28mm，完全滿足滑坡監(jiān)測的需求?；跓o人機(jī)監(jiān)測結(jié)果，可以清晰辨別存在滑坡隱患的區(qū)域范圍，以及滑坡隱患的土質(zhì)類型和信息。

4 結(jié)束語

無人機(jī)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，可以充分發(fā)揮其空間獲取能力，能夠為地質(zhì)災(zāi)害分析提供高精度高分辨率、實時性的影像數(shù)據(jù)信息，避免因人工判讀和調(diào)查的主觀誤差，獲取的數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度和可信度更高，在很大程度上能夠提升地質(zhì)災(zāi)害分析評價的準(zhǔn)確性。但無人機(jī)系統(tǒng)是一種集成的應(yīng)用系統(tǒng)，無人機(jī)監(jiān)測過程是人員的操控過程，人員的專業(yè)素質(zhì)和操控水平等都直接影響了無人機(jī)監(jiān)測結(jié)果的精度。所以，為了保證監(jiān)測結(jié)果精度，應(yīng)當(dāng)從人員素質(zhì)提升、無人機(jī)監(jiān)測操控系統(tǒng)智能化、觀測方法靈活化等多方面著手。