楊雪茹

（寧夏回族自治區(qū)遙感測繪勘查院（寧夏回族自治區(qū)遙感中心），寧夏 銀川 750021）

近年來，我國各種地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重阻礙了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，影響著人們正常的生產(chǎn)生活。國家和社會對地質(zhì)災(zāi)害防治工作給予了高度的關(guān)注，在這樣的背景下，無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)開始被有效運(yùn)用于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中。相較于傳統(tǒng)的測繪方式，通過無人機(jī)航攝系統(tǒng)能夠有效提高測繪的效率和質(zhì)量，節(jié)省大量的人力和物力，并且有著較高的適用性。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)理論

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

無人機(jī)遙感系統(tǒng)是一種以無人機(jī)為平臺，以各種成像與非成像傳感器為主要載荷，飛行高度一般在幾千米以內(nèi)，能夠獲取遙感影像、視頻等數(shù)據(jù)的無人航空遙感與攝影測量系統(tǒng)[1]。無人機(jī)遙感系統(tǒng)主要包括以下三個(gè)部分：地面控制系統(tǒng)、任務(wù)載荷以及飛行平臺系統(tǒng)。輔助設(shè)備、遙控監(jiān)測系統(tǒng)、起飛著陸系統(tǒng)是地面控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。地面控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制無人機(jī)的飛行軌跡，確保其能穩(wěn)定完成作業(yè)任務(wù)。而任務(wù)荷載則主要由火控、目標(biāo)探測和武器外掛這幾個(gè)部分構(gòu)成。最后是飛行平臺系統(tǒng)，能夠有效提高無人機(jī)飛行的靈活程度，使其更便于操控，并實(shí)現(xiàn)在飛行過程中采集高清晰度的圖像信息。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

無人機(jī)與衛(wèi)星相比，具有分辨率高、預(yù)警時(shí)間短、不受天氣條件限制、成本低等優(yōu)勢，與有人駕駛飛機(jī)相比，具有設(shè)計(jì)靈活、體積小、重量輕、續(xù)航時(shí)間長、自主控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，無人機(jī)遙感技術(shù)這種云下作業(yè)、高現(xiàn)勢性、小范圍、高清晰、大比例尺等特點(diǎn)的低空遙感方式，深受青睞，廣泛用于城市規(guī)劃建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、城市三維建模、森林防火、農(nóng)業(yè)植保、違規(guī)建筑監(jiān)察等領(lǐng)域。同時(shí)，無人機(jī)還可以及時(shí)傳送視頻到地面系統(tǒng)，這樣地面操作系統(tǒng)工作人員能夠遠(yuǎn)在千里之外對于目標(biāo)區(qū)域有清晰的認(rèn)識，從而更好地判斷和提取有效的信息。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的必要性

2.1 地質(zhì)災(zāi)害的嚴(yán)重性

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球人口不斷增多，對資源的需求量也在與日俱增，資源的過度消耗引發(fā)了諸多的環(huán)境問題。如何實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處，平衡發(fā)展與環(huán)保的關(guān)系已經(jīng)成為了全人類需要共同思考的問題。我國地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率較高，在諸多地質(zhì)災(zāi)害中，泥石流以及滑坡最為頻繁，不僅會對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重影響，還會對人員生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生極大的威脅。因此迫切需要通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來進(jìn)行監(jiān)測，而無人機(jī)遙感技術(shù)則是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的革新技術(shù)，為進(jìn)一步災(zāi)情評估、分析、指揮決策提供第一手航拍資料。

2.2 災(zāi)害發(fā)生的突發(fā)性

通常情況下，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生都伴隨著暴雨，具有臨時(shí)性和突發(fā)性的特點(diǎn)。在發(fā)生暴雨的時(shí)候，雨水具有非常強(qiáng)勁的沖擊力，會對土質(zhì)抗剪強(qiáng)度和抗滑強(qiáng)度造成嚴(yán)重破壞，土壤吸收雨水之后重量會加大，部分雨水會滲入地下水，使得地下水壓力劇增，進(jìn)而導(dǎo)致土質(zhì)出現(xiàn)滑動甚至崩塌。由于此類地質(zhì)災(zāi)害通常發(fā)生得比較突然，加之常規(guī)的救援技術(shù)效率不高，導(dǎo)致救援工作很難第一時(shí)間有效開展，也無法實(shí)現(xiàn)對災(zāi)害現(xiàn)場情況的全面掌握[2]。目前，只有無人機(jī)遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)災(zāi)后第一時(shí)間開展遙感測繪工作，有效提高測繪成果現(xiàn)勢性。

2.3 應(yīng)急救援的迫切性

地質(zhì)災(zāi)害的黃金救援時(shí)間在發(fā)生災(zāi)害的72小時(shí)之內(nèi)，時(shí)間非常緊迫。由于無人機(jī)的體型較小，操作快捷便利，適用于各種天氣和時(shí)空條件，可在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之后，快速投入救援工作，救援人員通過無人機(jī)高空拍攝的影像信息，能夠快速準(zhǔn)確的掌握災(zāi)害現(xiàn)場的實(shí)際情況，制定有效的救援方案。除此之外，無人機(jī)遙感技術(shù)還能夠利用全球定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對災(zāi)害頻發(fā)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控，這有利于提高預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害的準(zhǔn)確性，盡可能減少地質(zhì)災(zāi)害所帶來的經(jīng)濟(jì)和社會影響。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

3.1 快速測繪

相較于傳統(tǒng)的人工測繪，無人機(jī)遙感測繪更加便捷靈活，能夠?qū)ΡO(jiān)測區(qū)域進(jìn)行高效率的精度測繪，可以運(yùn)用于各種類型的地質(zhì)災(zāi)害中。對于地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情勘查，一般使用固定翼無人機(jī)和多旋翼無人機(jī)，獲取災(zāi)情影像圖和視頻。

3.2 建立解譯標(biāo)志

所謂解譯標(biāo)志就是各種地物在遙感影像上顯現(xiàn)出來的特征，用于對地物的準(zhǔn)確識別，可從多個(gè)角度來建立解譯標(biāo)志，包括顏色、形狀、大小以及紋理等等。在初步確定解譯標(biāo)志后，還需要進(jìn)行實(shí)地勘測，對解譯標(biāo)志進(jìn)行野外復(fù)核[4]。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害解譯

地質(zhì)災(zāi)害由于其獨(dú)特的性質(zhì)，體現(xiàn)在遙感影像上時(shí)會和周邊環(huán)境存在不同程度的差別。遙感影像上呈現(xiàn)的形態(tài)、陰影等都是解譯的重要參考信息。因此可有效利用這一特點(diǎn)，通過無人機(jī)遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的初步解譯，包括災(zāi)害范圍、受災(zāi)程度等等，并通過野外核實(shí)對其進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)解譯。需要注意的是，在對地質(zhì)災(zāi)害信息進(jìn)行判讀時(shí)，必須綜合考慮現(xiàn)場的實(shí)際情況，防止因某些因素的影響而產(chǎn)生漏判或誤判。

圖1 易滑坡遙感影像圖

3.3.1 滑坡

在我國黃土地區(qū)，滑坡發(fā)生的頻率較高。利用無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)能準(zhǔn)確判讀出滑坡區(qū)域的影像特征，包括滑坡的位置和規(guī)模等。由實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)得知，滑坡災(zāi)害其實(shí)存在某些規(guī)律，比如坡度在30度-60度時(shí)比較常見，滑坡壁通常呈現(xiàn)為類似圓弧的形狀，并且紋理和色調(diào)會比較反常。除此之外，遙感影像還搭配有比例尺，有利于輔助人們精準(zhǔn)判斷滑坡的長度、寬度等信息。

3.3.2 裂縫

在解譯裂縫時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注陰影和紋理，如果裂縫過小，在遙感影像上所呈現(xiàn)出來的差別就比較模糊，會給目視解譯工作造成一定的困難，因此需要結(jié)合地形圖來進(jìn)行判斷。如果裂縫已經(jīng)出現(xiàn)且縫隙較大的話，就應(yīng)該重點(diǎn)判讀遙感影像上的陰影位置。而在裂縫還未裂開的時(shí)候，則主要通過紋理來進(jìn)行判讀。同時(shí)，要有效利用影像例尺來精準(zhǔn)判斷裂縫的寬度和長度等信息。

圖2 裂縫遙感影像圖

3.3.3 崩塌

色調(diào)是崩塌解譯標(biāo)志的主要判讀依據(jù)。通常情況下，溝谷、河流等陡坡地區(qū)更容易發(fā)生崩塌現(xiàn)象。崩塌體的面積在通常情況下都比較小，導(dǎo)致崩塌解譯比較困難，因此要對其進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，以此來確定是否存在崩塌現(xiàn)象以及崩塌的實(shí)際情況[5]。

圖3 崩塌遙感影像圖

3.3.4 切坡

切坡主要是指采石、農(nóng)村建設(shè)、修建公路等人類工程活動的實(shí)施，嚴(yán)重破壞了原始斜坡的安定角，且超過了坡體的臨界高度，導(dǎo)致滑坡、崩塌的隱患產(chǎn)生，對人們的生命安全造成嚴(yán)重的威脅。在三維遙感影像中，高切坡通常表現(xiàn)為翻車率更高，切坡面上鮮有甚至沒有植被覆蓋。

圖4 高切坡遙感解譯圖

3.3.5 泥石流

通過無人機(jī)遙感技術(shù)，可有效采集泥石流發(fā)生區(qū)域的地貌信息，同時(shí)利用三維建模數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)地物控制點(diǎn)提取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對泥石流發(fā)生區(qū)域的準(zhǔn)確定位。除此之外，利用無人機(jī)遙感技術(shù)的持續(xù)監(jiān)測，可對泥石流發(fā)生前后的地形特征進(jìn)行對比研究，為泥石流研究提供更加全面和豐富的數(shù)據(jù)信息。

圖5 泥石流遙感影像圖

3.4 地質(zhì)災(zāi)害隱患排查

根據(jù)已有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)和新增地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布，分析查明災(zāi)害類型、特征、成因、誘發(fā)因素等，綜合運(yùn)用高分辨率多光譜光學(xué)影像遙感、合成孔徑雷達(dá)干涉測量（InSAR）等技術(shù)，獲取大范圍高精度的地表變形數(shù)據(jù)，圈定地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)變形區(qū)，野外驗(yàn)證核實(shí)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)。

4 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的發(fā)展趨勢

4.1 空天地一體化立體觀測

空天地一體化遙感立體觀測是基于高分辨率航天、航空遙感數(shù)據(jù)，利用非現(xiàn)場監(jiān)管方式，應(yīng)用遙感分析、信息提取、識別監(jiān)測等技術(shù)手段發(fā)現(xiàn)疑似目標(biāo)，達(dá)到及時(shí)、全面了解目標(biāo)特性的一種綜合檢查方式。但就現(xiàn)階段而言，這一系統(tǒng)是孤立存在的，很難實(shí)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享，不利于各種地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作的有效開展，因此迫切需要重視空天地一體化監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)。除此之外，還應(yīng)盡可能地提高所獲取的圖像信息的分辨率，確?？梢詫Φ刭|(zhì)災(zāi)害地區(qū)進(jìn)行全面精準(zhǔn)的監(jiān)測。

4.2 多源數(shù)據(jù)集成與融合

在地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測過程中，遙感數(shù)據(jù)來源非常廣泛，因此需要通過數(shù)據(jù)集成和融合，以實(shí)現(xiàn)各種平臺傳感器獲取信息的交流和互補(bǔ)，確?？筛尤娴墨@取和掌握地質(zhì)災(zāi)害信息。例如InSAR可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷作業(yè)，光學(xué)傳感器在雨天時(shí)觀測能力會受到嚴(yán)重影響，Lidar可高效獲取三維空間信息，在滑坡等地質(zhì)災(zāi)害中作用明顯，通過多源遙感數(shù)據(jù)的集成和融合，能有效發(fā)揮不同監(jiān)測方式的獨(dú)特優(yōu)勢，并對其不足之處進(jìn)行彌補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害的準(zhǔn)確評估，為救援工作的高效開展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.3 數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)化智能化

遙感信息智能提取和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理是遙感監(jiān)測的發(fā)展方向之一。為有效滿足救災(zāi)的需求，提高遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的效率和質(zhì)量，應(yīng)該從遙感影像快速處理、災(zāi)害信息智能化提取等關(guān)鍵技術(shù)方面加強(qiáng)研究，進(jìn)一步增強(qiáng)遙感應(yīng)急響應(yīng)能力。

5 結(jié)束語

我國地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率較高，對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活造成了不小的影響，因此需要通過無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)的有效運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。同時(shí)，無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)在救援過程中也發(fā)揮著重要的作用，可以對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測評估，并通過分析獲取的數(shù)據(jù)，制定科學(xué)合理的救援方案，提高救援工作的效率和質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)遙感技術(shù)也會更加完善和優(yōu)化，因此需要操作人員樹立與時(shí)俱進(jìn)的觀念，提高自身的專業(yè)水平，以確保無人機(jī)遙感技術(shù)運(yùn)用的有效性。