无人机航测技术在临汾浮山断裂调查中的应用

任瑞国，闫小兵,陈永前

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

1 无人机航测技术的概念及工作流程

无人机航测技术是指通过无人机与遥感技术相结合，搭载各类传感器，利用先进的无人驾驶飞行技术、遥控技术及数字摄影测量等技术，便捷地获取地面影像和遥感数据的测绘技术[2]，是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、费用成本低、使用范围广等特点[3]，在野外地形复杂地区的高分辨率影像快速获取方面有着明显优势[4]。无人机航测系统主要包括无人机飞行器、摄影系统和数据处理系统三部分。

结合无人机航测系统的组成、野外断裂调查研究的需要，将无人机航测技术在断裂调查中的工作流程分为前期准备、数据采集、数据处理、影像数据解译4个部分[5-6](见表1)。

表1 无人机航测技术在断裂调查中的工作流程Table 1 Work flow of UAV aerial survey technology in fracture investigation

2 无人机航测技术在临汾浮山断裂调查中的应用

2.1 浮山断裂无人机遥感野外资料获取

浮山断裂位于浮山县城东南部，该区域地形复杂、交通不便。此次调查采用大疆Phantom 4 Pro四旋翼无人机搭载2 000万像素数码相机对浮山断裂多个地貌点进行航测数据采集。根据浮山断裂的具体情况，共布置了4个地面控制点(见第28页图1)，拍摄航高设定在350 m，航向重叠率为50%～70%，旁向重叠率不低于25%，共获取了浮山断裂20个地貌点的数字影像，共3 483张有效航空照片。后期基于PhotoScan软件对影像数据进行了对齐照片、生成密集点云、生成网格、生成纹理处理，生成数字高程模型(DEM)和数字正射影像(DOM)，真实地反映了断裂带的地形地貌，航测数据如第28页表2所示。

图1 浮山断裂位置及无人机遥感野外航测控制点Fig.1 Fushan fault location and UAV remote sensing field aerial survey control point

表2 浮山断裂无人机航测数据表Table 2 UAV aerial survey data of Fushan fault

2.2 浮山断裂无人机遥感资料室内处理

通过PhotoScan软件对4个控制点的影像数据进行对齐照片、生成密集点云、生成网格、生成纹理处理后，生成了数字高程模型(DEM)和数字正射影像(DOM)(见图2至第29页图5)。

图2 第一控制点堡子上村DEM和正射影像Fig.2 DEM and orthophoto of baozishangcun, the first control point

图3 第二控制点李家安DEM和正射影像Fig.3 DEM and orthophoto of Lijiaan, the second control point

图4 第三控制点花鸡垣DEM和正射影像Fig.4 DEM and orthophoto of huajiyuan, the third control point

根据获取的DEM和正射影像数据结果，分别沿第29页图6至第30页图8、图9所示位置进行图切高程剖面，剖面转折部位可基本确定浮山断裂的位置。

图5 第四控制点车家庄村DEM和正射影像Fig.5 DEM and orthophoto of chejiazhuangcun, the fourth control point

2.3 断裂位置野外验证

为验证无人机航测数据的实用性，分别选取第一控制点中的A点和第二控制点中的B点进行野外验证，通过现场调查分别在推测位置找到对应断裂(见第30页图10、图11)。

3 讨论及结论

通过传统的野外调查方法与无人机航测野外调查对比，显示出无人机航测技术具有诸多优势。

图6 第一控制点堡子上村图切高程剖面及推测断裂位置Fig.6 Cutting elevation profile and inferred fault location of baozishangcun, the first control point

图7 第二控制点李家安村图切高程剖面及推测断裂位置Fig.7 Cutting elevation profile and inferred fault location of Lijiaan, the second control point

(1) 高效和安全性。一般的野外调查需要人工进行，一块1 000 m2的调查需要专业人员3～4天才能完成。同时，还需要进入一些山区，部分山区路途行走艰难、沟壑纵横，未知的生命危险随时存在。无人机航测技术则有效避免了进入山区的危险，并且同样面积的野外调查仅需0.5天即可完成。

(2) 全面和直观性。无人机航测系统可以生成高清的数字高程模型和数字正射影像，每一个点的高程、坐标等数据都被详细记录下来，利用ArcMap等软件可以衍生出更多的数据，而传统的野外调查获取数据有限，且不能直观地看到调查区的地形地貌。

总之，利用无人机航测技术结合野外重点地段核实的方法可以安全、快速地完成野外调查，得到的数据更为精准、全面，能满足野外调查的需要，是研究活动断裂的最佳方法。

图8 第三控制点花鸡垣村图切高程剖面及推测断裂位置Fig.8 Cutting elevation profile and inferred fault location of huajiyuan, the third control point

图9 第四控制点车家庄村图切高程剖面及推测断裂位置Fig.9 Cutting elevation profile and inferred fault location of chejiazhuangcun, the fourth control point

图10 野外调查的第一控制点A点断裂位置Fig.10 fracture location of point A of the first control point in field investigation

图11 野外调查的第二控制点B点断裂位置Fig.11 fracture location of point B of the second control point in field investigation