井書文　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)工作帶來了極大的困難。無人直升機具有機動性強、獲取數(shù)據(jù)快速、低空飛行的特點，加裝航測系統(tǒng)的無人直升機，具有在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、應(yīng)急、災(zāi)情評估等方面提供快速數(shù)據(jù)支持的極大優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：無人直升機；地質(zhì)災(zāi)害；航測；監(jiān)測

中圖分類號：P467；P694 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

隨著近年來突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害事件頻頻發(fā)生，給國家和人民群眾的生命財產(chǎn)帶來了重大危害。資源和環(huán)境作為人類賴以生存和發(fā)展的基本條件，全方位掌握國土信息，合理開發(fā)國土資源，發(fā)現(xiàn)和消除隱患，預(yù)防極端情況的發(fā)生，加強地質(zhì)災(zāi)害防治，這些都對地質(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，無人直升機航測系統(tǒng)需要充分發(fā)揮無人機的快捷、機動、安全、數(shù)據(jù)獲取快速等優(yōu)點，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害特點構(gòu)建一套實時、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、防治、減災(zāi)提供有力支持。

2 無人機航測系統(tǒng)組成

2.1 空中系統(tǒng)

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

在地質(zhì)災(zāi)害測量、災(zāi)害區(qū)域高清圖像獲取等方面，對于直升機載荷的分辨率、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，在飛行抖動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)與無人機平臺之間的通信，通過無線電遙測遙控技術(shù)對信息進(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，實現(xiàn)對飛行狀態(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[1]。

3 航測無人直升機系統(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)下載和實時圖像傳輸兩種方式。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，無人機按照規(guī)劃的航線飛行，飛機在災(zāi)害區(qū)域上空時，通過地面指控系統(tǒng)對高清光電吊艙的方位、焦距及快門的控制，根據(jù)實時回傳圖像完成對災(zāi)害區(qū)域的重點拍攝和連續(xù)拍攝。

3.2 監(jiān)測、預(yù)警功能

無人機航測系統(tǒng)獲取的高清圖像數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)，通過分析計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)對不同時期監(jiān)測圖像進(jìn)行比對分析，便于及時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點的發(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人機的經(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，最后通過對目標(biāo)區(qū)域的地理坐標(biāo)進(jìn)行采點，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，載荷需要通過變焦對小視場范圍內(nèi)進(jìn)行拍攝，要得到廣闊視角的場景，就需要將不同角度的成像進(jìn)行平滑無縫連接。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，投影到同一個平面上，通過匹配融合，拼成一幅大型的無縫高分辨率圖像。圖像拼接能夠得到更多目標(biāo)區(qū)域的信息，進(jìn)一步擴大視場范圍，可以通過將不同角度的成像進(jìn)行平滑無縫拼接融合，構(gòu)造一幅全景圖，達(dá)到擴大視場范圍的目的。

4 航測無人直升機系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 監(jiān)測地質(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)濟損失。現(xiàn)在地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測儀器種類眾多，如裂縫報警器、滑坡伸縮儀等，但是地質(zhì)災(zāi)害同時具有突發(fā)性與難預(yù)知性，分布呈小規(guī)模、數(shù)量多等特點，導(dǎo)致傳統(tǒng)的測量儀器缺乏目的性。無人直升機云下飛行的優(yōu)勢給地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測帶來極大的幫助。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、泥石流等往往會造成災(zāi)區(qū)的通訊中斷和道路交通破壞。通過航測圖像可對災(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可靠的信息。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后專業(yè)人員現(xiàn)場調(diào)查會受到交通、次生災(zāi)害的影響，調(diào)查速度慢，精度低。

小型無人機可以垂直起降，快速獲取災(zāi)害區(qū)域的地面數(shù)據(jù)，同時無人機航測系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸，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)情評估

災(zāi)害評估單元獲取地質(zhì)災(zāi)害航測圖片后，通過圖像拼接、圖像增強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?？梢耘袛嗟刭|(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。再通過地理信息處理系統(tǒng)，在地質(zhì)專家的指導(dǎo)下，可以對災(zāi)害情況進(jìn)行評估，為救援計劃和防止災(zāi)害造成的二次傷亡提供指導(dǎo)。

5 無人機航測系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的優(yōu)勢

5.1 安全性高

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生往往伴隨著現(xiàn)場及周圍環(huán)境的破壞，傳統(tǒng)測量方法難以快速獲得受災(zāi)現(xiàn)場的規(guī)模、程度及發(fā)展趨勢等資料，通過無人機航測系統(tǒng)可及時迅速地獲取災(zāi)害信息，為制訂方案提供依據(jù)，并且降低現(xiàn)場工作人員的危險性。

5.2 機動性高

小型無人直升機，具有垂直起降、空中懸停、原地轉(zhuǎn)彎、側(cè)飛、倒飛等特點，同時兼有固定翼無人機攜帶方便、實用簡單、不需要大面積的起降場地等優(yōu)點?？梢酝ㄟ^自主導(dǎo)航和遙控飛行兩種方式飛行。

5.3 適應(yīng)性強

無人機一般在云層下方飛行，彌補了衛(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，無人機可應(yīng)急反應(yīng)，在較短的時間內(nèi)完成對災(zāi)害區(qū)域的探測。

5.4 實時數(shù)據(jù)傳輸

機載系統(tǒng)可將飛機下方的地面圖像等航測信息實時傳輸?shù)降孛?，實時顯示、實時記錄，用于導(dǎo)航和取景。

6 結(jié)語

地質(zhì)災(zāi)害的高度破壞性，對人民群眾的生命、財產(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。無人直升機作為一個先進(jìn)、高效、快捷的平臺，其特性彌補了時間、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)處理功能的無人直升機航測系統(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。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊武年，濮國梁.長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感圖像信息處理及其監(jiān)測和評估[J].地質(zhì)學(xué)報，2005（3）：423-430.