姚鑫 吳付英

（貴州省第三測繪院 貴州省貴陽市 550004）

中國是一個地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的國家，災(zāi)害的發(fā)生，對國家和人民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。利用無人機技術(shù)對災(zāi)害發(fā)展態(tài)勢進行監(jiān)測已經(jīng)迫在眉睫。在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測過程中，以往采取的航拍形式已無法滿足監(jiān)測工作基本要求，不管是在時效方面還是分辨率方面都相對較低，視覺、綜合效果都非常差。面對這樣的問題，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展推動著無人機技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用。無人機遙感技術(shù)主要是將無人機作為飛行平臺，通過搭載各類傳感設(shè)備來實時獲取地面信息。近些年，由于社會發(fā)展對地面景觀進行了各種改造與破壞，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害問題頻頻發(fā)生，為人們?nèi)粘Ｉ顜砹藝?yán)重的負面影響。所以，利用無人機遙感技術(shù)詳細掌握地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)情況，能夠有效減少地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的不利影響。與國外發(fā)達國家相比，我國無人機遙感技術(shù)的研究發(fā)展較為緩慢，需要加強該技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域的研究力度。

1 無人機遙感技術(shù)的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

無人機遙感技術(shù)在具體應(yīng)用過程中，通常會涉及到遙感傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、GPS 差分定位技術(shù)、數(shù)據(jù)建模技術(shù)、無人駕駛飛行技術(shù)等等。這些技術(shù)能夠自動精準(zhǔn)地獲取自然資源、地形地貌，充分體現(xiàn)出了智能化優(yōu)勢。而且針對自然環(huán)境和地震災(zāi)區(qū)等監(jiān)測項目，也能夠快速獲得其位置和屬性信息，完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和分析。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機遙感系統(tǒng)因其自身快速、經(jīng)濟且機動性強等優(yōu)勢，已經(jīng)成為了當(dāng)前國際重點研究課題之一，并且逐漸從研究開發(fā)過渡到了實際應(yīng)用，是未來航空遙感技術(shù)的重要組成部分。

通常情況下，無人機遙感系統(tǒng)的工作平臺總共分成五個部分，分別是：信息獲取處理、測控與信息傳輸、保障與數(shù)據(jù)后處理、飛行器系統(tǒng)。除此之外，還可以具體劃分為遙感傳感器子系統(tǒng)、遙感空中控制子系統(tǒng)和地面控制子系統(tǒng)等。在實踐應(yīng)用過程中，無人機遙感系統(tǒng)可以針對不同的地質(zhì)災(zāi)害而作出相應(yīng)的變化。一種無人機地面檢測系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1：無人機地面檢測系統(tǒng)

2 無人機遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的具體工作流程

（1）無人機遙感技術(shù)可以在第一時間獲取地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的相關(guān)資料，從而確定無人機的飛行條件，比如氣象資料中所包含的風(fēng)力、雨雪天氣等等，以此來為無人機的飛行安全提供保障。即使在小雪天氣和8 級風(fēng)速這樣的惡劣環(huán)境下，無人機也可以正常飛行。

（2）在確定地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域準(zhǔn)確位置之后，就可以對地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域進行規(guī)劃，合理布設(shè)飛行高度和航道軌跡，在地面建立起信號傳輸塔。常見的無人機飛行高度大概在50-400m 范圍內(nèi)，速度也在70km/h-170km/h 范圍內(nèi)，續(xù)航能力能夠保持30min-幾個小時。在航線規(guī)劃完成之后，航線信息就會輸入到控制臺當(dāng)中，可以對無人機發(fā)出飛行指令，無人機在接收到指令之后，就可以實現(xiàn)自動起飛，并按照預(yù)定航線飛行。當(dāng)無人機在飛行時超出了視線范圍，可以利用地面控制系統(tǒng)來進行可視線自動化飛行，完成災(zāi)區(qū)拍攝，獲取到的遙感圖像也會經(jīng)過無人機平臺和地面控制站區(qū)完成傳輸，利用相對應(yīng)的顯示裝置來完成實時顯示。在無人機執(zhí)行拍攝任務(wù)之后，就會自動關(guān)閉遙感設(shè)備，按照設(shè)定好的航線返回，結(jié)合地面控制人員的相關(guān)指令完成自行降落。

（3）相關(guān)工作人員在獲得分析數(shù)據(jù)之后，可以利用數(shù)據(jù)處理軟件對影像資料完成綜合分析與處理?；跓o人機遙感技術(shù)開展的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測如圖2 所示。

圖2：無人機遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

3 無人機遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的具體應(yīng)用特性

為了能夠?qū)o人機遙感技術(shù)更好地應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中，必須要讓相關(guān)人員深入了解無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，為后期工作奠定良好基礎(chǔ)。在無人機遙感技術(shù)應(yīng)用過程中，主要是采取無線電監(jiān)控設(shè)備與程序來精準(zhǔn)操控?zé)o人機飛行設(shè)備，將無人機飛行器作為主要平臺，利用不同的遙感傳感器來獲取區(qū)域范圍內(nèi)的遙感信息，進而滿足實際工作要求。無人機遙感技術(shù)是一種新型的遙感技術(shù)，與其他遙感技術(shù)相比，其優(yōu)勢十分突出，表現(xiàn)出的特征也十分明顯。

（1）在無人機系統(tǒng)具體實施期間，可以在短時間內(nèi)飛行到指定高度，在短時間內(nèi)獲得更加精準(zhǔn)的監(jiān)測成果，不僅可以有效提高工作效率，還能夠提高監(jiān)測工作的精準(zhǔn)性。在后續(xù)工作中也可以根據(jù)具體要求來適當(dāng)改變無人機飛行高度，信息獲取速度也非常快。

（2）無人機遙感技術(shù)拍攝的圖像分辨率較高，可以按照不同需求來獲取精準(zhǔn)監(jiān)測信息，實現(xiàn)大范圍覆蓋成像，是當(dāng)前十分先進的技術(shù)手段之一。在無人機實際運作過程中，可以結(jié)合事先設(shè)定好的路線來實現(xiàn)自主飛行，不用通過人工操作來開展全程監(jiān)控，還可以根據(jù)不同的環(huán)境變化來實現(xiàn)自主性飛行，平穩(wěn)性和安全性較高。

（3）無人機遙感技術(shù)的成本較低，在科學(xué)技術(shù)不斷提升的背景下，無人機設(shè)備所應(yīng)用的制作材料和設(shè)備也在朝質(zhì)量更輕的方向發(fā)展，基本上都會選擇碳纖維復(fù)合材料，維修保養(yǎng)工作也十分簡便。

同時，無人機遙感技術(shù)對數(shù)據(jù)處理硬件設(shè)施要求較低，與其他技術(shù)實施方式相比，費用十分低廉，經(jīng)濟性較高。無人機遙感技術(shù)不僅可以使傳統(tǒng)監(jiān)測工作流程變得更加便捷，還能夠有效節(jié)省不必要的成本投入，是一種技術(shù)性和經(jīng)濟性融合的新型技術(shù)。可以最大限度地滿足地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作需求，推動相關(guān)行業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型與發(fā)展。

4 無人機遙感技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)字影像配對和空三加密

數(shù)字影像配對主要是指兩幅或多幅圖像之間對同名元素進行識別，在數(shù)字影像測量過程中是關(guān)鍵與核心，需要對灰度值和分布進行合理處理，進而選擇合適的配準(zhǔn)窗口。而空三加密就是對空中三角測量進行解析，是航空攝影與數(shù)據(jù)生產(chǎn)之間的重要樞紐，指的就是利用部分圖像控制計算待求點中的高程和位置，來實現(xiàn)物方坐標(biāo)和像方坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換?？杖用苤饕抢孟嚓P(guān)遙感數(shù)據(jù)處理軟件計算，并利用光束法區(qū)域網(wǎng)平差，獲得影響外方位元素與加密點坐標(biāo)?？杖用芰鞒倘鐖D3 所示。

圖3：空三加密流程

4.2 采集線劃圖

在空三加密結(jié)束之后，需要利用立體測圖來獲得地貌或地物相關(guān)數(shù)據(jù)。在點狀要素采集過程中，必須要明確要素位置和采集方向，在現(xiàn)狀要素采集期間，需要采集地物的具體位置，科學(xué)處理不同要素之間的關(guān)系。

4.3 數(shù)字高程模型和正射影像圖生產(chǎn)

數(shù)字高程模型指的就是可視化模型，在模型完成濾波處理之后，就可以過濾出建筑物等物質(zhì)，進而形成數(shù)字高程模型。同時，從簡單角度來看，數(shù)字正射影像圖制作就是在獲取POS、相機參數(shù)和像控點成果之后，需要利用DEM 生產(chǎn)和空三加密等程序來制作正射影像圖。

5 無人機遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的具體應(yīng)用

5.1 在地震災(zāi)害中的應(yīng)用

無人機遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作中得到了十分廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用重點就是分析和評測災(zāi)害情況，將現(xiàn)場勘查結(jié)果與災(zāi)害信息結(jié)合在一起，方便現(xiàn)場技術(shù)人員更加全面的了解地震災(zāi)害發(fā)生情況和現(xiàn)場災(zāi)害破壞情況。在以往地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作中，因為地震災(zāi)害在發(fā)生之后會對周邊環(huán)境帶來十分惡劣的影響，再加上一些突發(fā)性的外在影響因素，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果無法得到充分保障，所以在具體工作中必須要充分發(fā)揮出無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。比如在我國四川汶川地震災(zāi)害中，技術(shù)人員利用無人機航拍地震后圖像與歷史影像完成相互對比，獲取了較為清晰的災(zāi)情圖像，而且利用無人機遙感技術(shù)完成了受災(zāi)情況的有效監(jiān)測，為技術(shù)人員的評估工作提供了技術(shù)支撐，在此之后根據(jù)圖像分析來評估地震災(zāi)害的破壞程度。此外，無人機遙感技術(shù)還可以為地震災(zāi)害救援工作提供關(guān)鍵信息，使現(xiàn)場救援人員能夠利用無人機遙感技術(shù)來全方位了解救援現(xiàn)場的實際情況，充分保障現(xiàn)場救援人員的生命財產(chǎn)安全。由此可見，無人機遙感技術(shù)在地震災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用十分廣泛，在短時間內(nèi)可以獲取更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，從而方便制定緊急預(yù)案和救援措施。

但是，在無人機遙感技術(shù)具體應(yīng)用過程中一定要嚴(yán)格遵守工作流程和規(guī)定，有序開展各項工作。

5.2 在測繪中的應(yīng)用

在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時，首要任務(wù)就是對地震災(zāi)害區(qū)域展開航空測繪。而以往的航拍技術(shù)在測繪工作中往往會耗費大量的時間，對地質(zhì)災(zāi)害事故的處理效率造成了嚴(yán)重影響。而利用無人機遙感技術(shù)能夠憑借其速度快、精準(zhǔn)度高的優(yōu)勢，在短時間內(nèi)完成較為精準(zhǔn)的測繪工作。利用高性能的無人機裝備能夠迅速獲取地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域精準(zhǔn)和穩(wěn)定的航空測繪成果，為相關(guān)技術(shù)人員全面掌握受災(zāi)區(qū)域情況，為后續(xù)搶險救災(zāi)提供可靠依據(jù)。一種應(yīng)用在農(nóng)業(yè)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的技術(shù)如圖4所示。

圖4：農(nóng)業(yè)無人機遙感測繪技術(shù)

5.3 在山體滑坡災(zāi)害中的應(yīng)用

山體滑坡在我國是一種十分常見的地質(zhì)災(zāi)害，如果在發(fā)生此類災(zāi)害時沒有及時深入現(xiàn)場做好應(yīng)急處理，那么就會帶來十分嚴(yán)重的后果。所以在實際工作中要利用無人機遙感技術(shù)來進行識別和敏感性分析，以此來獲取更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，不僅可以提出有效的應(yīng)急預(yù)案，還可以通過日常監(jiān)測來掌握地區(qū)內(nèi)的地表情況，從而制定出針對性的加固處理措施，減少山體滑坡的發(fā)生幾率。同時，作為具體工作中的主要數(shù)據(jù)來源，無人機遙感技術(shù)還可以對滑坡地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域展開詳細調(diào)查和分析，為進行山體滑坡治理定期監(jiān)測積累數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5.4 在地質(zhì)災(zāi)害排查與測評中的應(yīng)用

在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測過程中，可以利用無人機遙感技術(shù)獲取監(jiān)測區(qū)域影像等數(shù)據(jù)，并生成監(jiān)測區(qū)域的2D 和3D 圖像，來全方位地呈現(xiàn)出地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的地貌。同時，在利用無人機遙感技術(shù)評估地質(zhì)災(zāi)害危害程度時，獲取到的數(shù)據(jù)可以成為相關(guān)數(shù)據(jù)的主要來源。其次，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害范圍的地表破壞程度和其他地質(zhì)條件，利用GIS 技術(shù)繪制出專題圖，進而利用無人機遙感技術(shù)的空間分析能力，精準(zhǔn)評價地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的等級，全面識別地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域可能發(fā)生的次生災(zāi)害類型與嚴(yán)重程度。也就是說，利用無人機遙感技術(shù)展開地質(zhì)災(zāi)害等級測評，可以為相關(guān)預(yù)防和救援工作提供有利參考，從而開展更加合理的資源分配活動。

6 結(jié)束語

綜上所述，伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機遙感技術(shù)已經(jīng)成為了我國當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的重要應(yīng)用技術(shù)之一。利用無人機遙感技術(shù)可以為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作創(chuàng)造更加便利的條件，提供更加有效的手段。隨著無人機遙感技術(shù)軟硬件的發(fā)展，能夠為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后有效開展地質(zhì)災(zāi)害評估、救援和監(jiān)測工作提供更加綜合的成果。從而發(fā)揮了無人機遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測中的獨特優(yōu)勢。