无人机低空影像技术在水利地质灾害监测中的应用

樊灏 邢立文 樊漓 刘瑞强

纵观我国近年来的科技发展态势，不难发现我国科学技术已处于飞速发展阶段。由于传统航摄影像的时效性和空间分辨率较低，导致整体视觉效果较差，因此在一些突发事件的监测中无法得到有效应用。伴随无人机低空影像技术的发展，无人机已成为当前最具发展潜力的测绘技术，尤其是在近几年的几次水利地质灾害后，无人机低空影像技术在辅助救援，灾情探测等方面，作出了重要贡献。接下来，笔者将从无人机低空影像技术的概念与优势入手，深入分析无人机低空影像技术在水利地质灾害监测中的应用。

一、无人机低空影像技术概述

伴随我国经济发展水平的不断提升，我国科技实力也日渐雄厚，遥感技术与摄影测量的科学发展使得人类能够使用低空、高空甚至外空的传感器来获得地表特征和各类影像数据，通过提取各种目标事物的物理特征和信息，分析其形状、位置、变化及其与环境的相互关系，该技术的广泛应用在水利地质灾害中具有重要意义。无人机产生于1917年，是一类不载人的飞行器，是用无线电遥控设备进行操作控制的。无人机遥感技术主要是由无人飞行器平台、较高分辨率的数码传感器、GPS導航定位及信息处理数据几部分构成的，并将计算机技术、GPS技术及信息处理技术相融合，通过利用无线电设备对飞行器进行控制，以达到快速获取信息的目的。

无人机低空影像技术起源于上世纪九十年代，是一种新的摄影测量技术。近年来，伴随社会发展的需要，无人机技术开始在国家的大力支持下飞速发展起来，其应用领域也在不断推广。与卫星、载人航空等获取影像的技术相比，通过无人机技术获取的影像具有高分辨率、经济性和实时性强的优势，对各种灾害的预防与控制具有极为重要的意义。

无人机的飞行数据是利用无线传输通道实时进行传输的，地面监控人员根据接收到的数据信息，可以更改无人机飞行路线，进行拟定一份更为准确的飞行路线并让无人机继续执行指令。低空无人机影像测量技术主要是用于针对调查范围较小的或者应急性的调查任务，如水利地质灾害的监测等等，其利用无人驾驶的特点，通过各种传感器来获取地面信息，在使用计算机技术进行图像处理，在对应急性调查任务中，可有效降低人身安全风险。

二、无人机低空影像技术的优势

（一）安全可靠性

伴随近年来我国水利地质灾害的频发，我国对水水利地质环境的监测愈加重视，随着无人机低空影像技术的应用于普及，在水利地质环境监测中越来越多的应用无人机低空影响技术，这在很大程度上提高了对水利地质环境的监测效率。在对水利地质环境的监测中，利用无人机低空影像技术中的GPS定位系统可有效确定受灾地点的位置，利用无人机低空影像技术中的数码传感器可有效确保成像的效果，再结合其中的信息处理技术，可以更好的完成水利地质监测，提高监测效率，确保监测工作的安全性和科学性。

（二）成本较低

无人机低空影像技术在造价过程中明显要比航拍飞机系统更为简单。与传统监测技术相比，利用无人机低空影像技术进行环境监测时，能有效减少对人力物力资源的投入，因为传统航拍监测系统需要飞行员对飞机进行操控，且该技术受天气因素影响较大，如若在监测过程中遇到暴雨天气，还需考虑天气因素带来的损失。对无人机的操控只需相关人员对操作工作和技能的学习即可得到，另外，无人机搭载的设备科技含量较高，在实际的拍摄过程中会有较高的精确度和准确性。

（三）灵活性较强，影像分辨度较高

与传统航拍技术相比，无人机低空影像技术有较多优势，如：体型小、运行速度快等，无人机的灵活性较强，其可以在特定的局域性或者天气不好的条件下进行拍摄，无人机由于其体型较小，因此对下落方式及下落地点都没有什么特殊要求，就传统航拍而言，其体型较大，因此，在进行下落时需找一个空旷的地方完成其下落工作。另外，无人机在拍摄过程中对图像的处理技术要比传统航拍更加细腻，不易受云层影响，一般来讲，无人机的低空飞行高度超过50m，甚至达到100m，其测绘的精度也能达到1：1000的精度，其低空拍摄的影像分辨率极高。

三、无人机低空影像技术在水利地质灾害监测中的应用

（一）在水利行业中的应用

1. 水域环境动态监测

在使用无人机进行影像获取时，前期准备工作与传统航空影像获取相同，首先要根据水域环境选择一个合适的飞行平台，然后再对资料收集、测区踏勘、仪器设备进行详细检查，另外，对无人机低空影像获取系统而言，还需测试其硬件设备，如机上发射部分、无线图传发射器和地面接收与显示部分。前期准备工作结束后，开始按照无人机航线设计实施飞行，对水域实时动态监测，采用空中三角技术对拍摄进行纠正和修复，以有效防止拍摄过程中的漏洞，最后查明范围内水域的变化情况，根据所获得的影响数据，分析当前水域情况，进而进行合适的水域调查、水域管理及其他水域管理制度，实现对水域的信息化管理，进而得到更为全面、清晰的影像资料。

2. 水土保持监测

水土流失问题一直是我国长期关注的重点问题，进行水土保持监测是一项十分艰巨的任务，通过无人机低空遥感技术，借助无人机机动灵活的起降方式、自主飞行方式、快速响应的多数据获取能力，对完成水情监测、河道走向、水库监测、洪灾区域检查等具有重要意义。由于水利工程规模较大，对水域内水土保持及水土流失情况进行统计，若单纯依靠人工处理，难以确保数据的准确性。通过无人机低空影像技术，对土壤侵蚀定量进行数据采集，进而来完成水土保持的研究。

（二）在地质灾害监测中的应用

1. 地质灾害排查测评

通过采用无人机低空影像技术进行地质灾害排查测评时，为准确得到相关数据，还需对无人机的拍摄数据进行优化处理，处理方式一般分为以下几种：（1）利用野外可测控制点标定变焦镜头，并对标定结果进行分析，解出摄像机的外参数，并进行图像的单幅纠正。（2）通过大比例尺的地形图，选择合适的控制点，按照摄影测量法进行几何纠正。最后得到相应的地质环境影像数据，再提取灾区地质状况的二维和三维图像，实现对灾区地貌的全面展示。再充分借助无人机低空影像技术的GIS技术，针对灾区的内地质条件、气候预测和植被破坏程度等进行绘图，利用GIS的空间分析能力，对地质灾区情况进行等级评定，从而方便后续救援工作的展开。

2. 对地质灾害突发事件的处理

对于突发事件，如果采用传统航拍方式进行绘测地形图制作，不仅会浪费较多时间，浪费大量人力物力财力，还得不到应有的效果，例如，在2008年汶川地震中，由于震区所处地形是山区，且多暴雨、多余震，环境较为恶劣，若在这样的环境下采用传统航拍对灾区所在地进行地面影响的绘测，往往难度较大，获取不及时，从而影响救灾进程。利用无人机低空影像技术对灾区进行地面影像绘测，其不受恶劣环境的影响，可以直接进入灾区实施动态监测，能让人们在短时间内得到灾区的基本信息，了解灾区当前情况，为后续的灾区重建工作提供了有力的帮助。

四、结语

无人机低空影像技术作为一种新型的科学技术，在推动中国经济发展方面具有重要意义。且无人机具有灵活轻便的特点，在水利地质环境监测中具有较高的利用价值，将其应用于该工程中，很大程度上降低了检测成本，提高了监测效率和监测质量，有效防止了各种水利地质灾害的发生，其作用不容小觑。