張遙

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

0 前言

在當(dāng)前信息化時代的背景下，計算機、攝影等技術(shù)也在快速的發(fā)展中，無人機的應(yīng)用能夠在最短時間內(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)實意義。

1 無人機技術(shù)的特點

1.1 無人機測繪的先進性

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

1.2 對測繪數(shù)據(jù)的處理

無人機采集的數(shù)據(jù)主要是遙感數(shù)據(jù)，具有時間短、空間分辨率高、功能強大的特點，時間測繪數(shù)據(jù)處理主要是圖像處理數(shù)據(jù)。按照針對無人機技術(shù)的特點，圖像數(shù)據(jù)處理主要包括：空間三級加密、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，無人機主要用于軍事領(lǐng)域已有很長時間，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)無人機已逐步開發(fā)和應(yīng)用，主要用于地理測量、農(nóng)林監(jiān)測、土地監(jiān)測和生態(tài)環(huán)境保護。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)用無人機的優(yōu)勢

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)識災(zāi)害。通過解釋顏色、色調(diào)、紋理等來直接確定災(zāi)害機構(gòu)，并且還有必要對地震引起的二級地質(zhì)災(zāi)害加以重視。在對地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的調(diào)查中，在這個過程之后，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、碎屑流動型，塌陷型和滑坡式。由于無人機飛行高度相對較低，圖像分辨率較高，可以對成像數(shù)據(jù)進行填充，也可以進行人機交互，可以在計算機上進行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，因此，及時收集和傳輸災(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)險等區(qū)域的影響。這樣，可以滿足各種災(zāi)難監(jiān)視和評估需求。

3 無人機影像的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 案例簡介

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)項目工程，所在地區(qū)植被茂密、交通不便給整個項目的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查帶來巨大的挑戰(zhàn)。考慮到這一點，項目經(jīng)理決定使用無人機成像技術(shù)來彌補現(xiàn)有現(xiàn)場調(diào)查的缺點。

3.2 實施步驟

在確認(rèn)項目采用無人機攝影技術(shù)后，工作人員應(yīng)嚴(yán)格按照計劃進行拍照，確定飛行區(qū)域，確定運輸區(qū)域；連接完成后，啟動設(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，需要為正式運行做好準(zhǔn)備，因此進入測量區(qū)域后，提前進行飛行試驗，然后再進行測試和正式測量。按照試驗結(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，無人機的飛行數(shù)據(jù)在時間上調(diào)整，并且按照歷史數(shù)據(jù)的比較結(jié)果確定無人機的最佳工作狀態(tài)，以確保整個航拍的順利完成。在這個項目中，工作人員將在拍攝每個隔板后立即將相關(guān)數(shù)據(jù)下載到移動硬盤，這方便后續(xù)加工和節(jié)省質(zhì)量檢驗過程。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。通過計算公式確定項目的具體過程，根據(jù)兩張相鄰的照片執(zhí)行圖像切片旋轉(zhuǎn)檢測，并選擇相同的標(biāo)記。兩個圖像的標(biāo)簽重疊。確定對象之間的角點大小。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)驗表明，使用照片掃描圖像處理系統(tǒng)時，通過光束調(diào)整方法可以完成空中三角測量，從而提高圖像處理質(zhì)量。這種方法是基于立體攝影測量法逐漸發(fā)展起來的。在操作過程中，員工根據(jù)一些現(xiàn)場控制點控制每個加密點，最后確定每個加密點的高度和平面位置。

3.3 對無人機影像信息的解釋

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

4 無人機測繪的應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 無人機測繪流程

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，確定無人機的操作位置，并為隨后的無人機映射規(guī)劃提供基礎(chǔ)，制定詳細的飛行映射計劃，確定降落處，無人機的性能參數(shù)應(yīng)按照無人機攜帶的相機，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，先進行飛行試驗，校準(zhǔn)相關(guān)參數(shù)，然后按照測試結(jié)果設(shè)置飛行成圖路線。飛前注意無人機飛行安全和電池供電，確保安全返回。返回辦公行業(yè)從無人機接收圖像地圖、數(shù)字地面模型、數(shù)字線路和其他數(shù)據(jù)，進行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測分析。

4.2 無人機測繪案例

我國西南部地貌多樣，地勢復(fù)雜，地勢嚴(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)的航空攝影測量無法獲得理想的圖像。無人機遙感系統(tǒng)可以補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。它是對有人駕駛飛機的衛(wèi)星遙感和空中遙感的有力補充。無人機遙感具有高分辨率遙感數(shù)據(jù)的快速圖像采集，精度高、時間效率高、機動性強、超低空飛行、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟方便等優(yōu)點，已成為遙感數(shù)據(jù)的重要工具之一?；谝陨咸攸c和優(yōu)勢，在地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查，預(yù)防和預(yù)測以及地質(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)對北川縣進行航拍，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，通過運用無人機獲取災(zāi)害地區(qū)的情況信息極大地節(jié)約救援工作的時間。

4.3 三維建模

三維建模是指首次使用無人機技術(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，這使救援人員的思維更加清晰。在魯?shù)榈卣鹁仍?，無人機技術(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，為災(zāi)后的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)，制定重建計劃。

5 無人機傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的航空攝影測量相比，無人機傾斜攝影測量技術(shù)具有全向和三維的優(yōu)勢。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。無人機的傾斜攝影測量技術(shù)可以更準(zhǔn)確地反映物體的實際情況，彌補骨灰圖像的缺點，也可以使用低空多位置相機鏡頭攝影，這可以快速獲得地理信息并滿足不同的需求調(diào)查和測繪行業(yè)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生時，調(diào)查人員往往要在災(zāi)害體上調(diào)查。在這一次，通過無人機射擊技術(shù)，指揮無人機進入災(zāi)區(qū)，將實時圖像轉(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調(diào)查區(qū)域的真實客觀的場景圖像，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，可以從不同角度進行測量。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)揮出無人機的靈活性，且無人機的傾斜攝影技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)到對數(shù)據(jù)的自動處理，有著低成本、信息全面、準(zhǔn)確等的優(yōu)勢。