无人机在崩塌地质灾害调查中的应用*

胡家梁，常海明

1.中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600

2.东平县自然资源和规划局，山东 泰安 271500

传统的地质灾害体调查主要采用RTK、全站仪等。李玉立等[1]利用北斗RTK 成功地获取露天矿区崩塌灾害体信息。程明飞[2]等阐述了全站仪等传统测量设备在崩塌灾害调查中的应用。传统调查手段受人为因素限制较大，难以到达崩塌等地质灾害点及周边开展调查工作，因此传统调查存在地质灾害点标注精度不高等问题[3]。随着无人机航摄技术的不断进步，开始将无人机应用于地质灾害体的调查，该技术避免了工作人员靠近灾害体引发危险。

1 研究区概况与数据获取方法

1.1 研究区概况

研究区为开采灰岩所形成的采石场，目前已关闭，但未对采石场进行治理，各采坑岩石裸露，形成采坑高陡裸露岩边坡，坡度62.7°～85°的直立岩面。由于岩体节理裂隙发育，属于中等风化-强风化，岩面有采矿遗留废渣块，坡顶隐约可见第四系地层，暴雨时存在崩滑隐患。

1.2 数据获取

此次调查采用大疆精灵4RTK 四旋翼无人机，该款无人机具备5 项摄影功能，可用于倾斜摄影，无人机重1.41kg，单块电池续航30min，最大飞行速度为50km/h，无人机搭载2000 万像素云台相机，相片最大分辨率为5472×3648。

经现场勘查确定航拍重叠度（航向80%、旁向60%），航测范围1km2，调查时间是2019 年9 月15 日12 点，当天调查区内晴朗无风，太阳高度角约40°，阴影倍数小于2，主航线10 条，适宜航测。设定航线为东西走向，相对航高80m，分辨率为5.0m/pix，飞行速度为10m/s。此次航测共出动7 个架次，耗时2.5h，拍摄照片1682 张。研究技术路线见图1。此次研究共均匀布设15 个控制点（见图2）。其中，像控点10 个、检核点5 个，控制点中心砸入钢钉，周边喷涂红色油漆，即十字叉（长1m），十字叉中点即为像控点。控制点坐标使用GPS-RTK 采集，定位时对每个控制点做10次平滑，取平均值，作为控制点坐标。

1.3 数据处理

图1 无人机崩塌地质灾害调查技术路线

图2 研究区像控点分布图

此次研究采用大疆精灵4RTK 无人机，该款无人机在出厂时已测得相机内方位元素，不需要再做相机检校，此次调查数据处理采用Pix4Dmapper。数据处理过程如下：（1）在每一幅相片中提取特征点，经特征匹配算法计算出同名点，用于相对定向。（2）经相对定向以后，做区域网平差，平差主要内容包括相机参数、POS 数据等。（3）运用Pix4Dmapper，通过前方交会算法得出每个像点的地理坐标，进而完成相片空三加密处理，研究区局部点见图3。（4）通过点云生成DSM[4]。

研究区内没有建筑物分布，植被覆盖率低，仅在研究区边界附近有低矮灌木及杂草分布，不需要滤波处理，因此经数据处理后得到的DSM 即可看作DEM。

2 数据结果

2.1 检核点误差

将RTK 测量得到的检核点坐标值作为其真值，对得到的数据进行精度分析，平面及高程精度分析结果见表1。

图3 研究区局部点云图

表1 平面及高程精度对比结果 单位：m

经分析此次调查，平面最大的误差ΔX 为0.020m，ΔY 为0.021m，ΔX 的平均误差为0.011，ΔY 的平均误差为0.010，最大误差点为GCP11。高程最大误差ΔZ为0.131m，ΔZ的平均误差为0.063m，平面及高程检核结果均符合规范。

2.2 崩塌灾害体信息获取

利用搭载RTK 功能的无人机快速获取研究区的DEM与DOM，除了能获取崩塌体的准确坐标，还可以在Pix4D mapper 软件中测量崩塌体几何参数、坐标高程、结构面特征等[5]。通过无人机调查结合现场调查，研究区共有6 个崩塌体，经调查各崩塌体参数，见表2。崩塌体W1、W2 照片及三维模型见图4、图5。

表2 崩塌体参数统计

图4 崩塌点照片

图5 崩塌点三维模型

3 结论

文章研究了无人机倾斜摄影技术在崩塌地质灾害调查中的应用，通过倾斜摄影获取高分辨率的三维模型，在计算机中呈现了崩塌体的真实场景，为类似崩塌等地质灾害的研究提供了新的思路及方法。（1）建立崩塌灾害体三维模型够能使崩塌体灾害信息的表达更为直观，有利于未到过现场的专家参与崩塌等地质灾害治理的会商决策。（2）倾斜摄影技术可以快速、准确地获取崩塌灾害体的坐标、高程、结构面特征等，为灾害体稳定性计算提供参数，进而为崩塌灾害防治提供技术支撑。（3）倾斜摄影技术具有精度高、成本低、速度快、效率高的特点，在保障人员安全的前提下，能够有效地提高崩塌等地质灾害调查的效率。