无人机技术在地质灾害监测中的应用

邹 宇，何清平

（1.贵州天木智绘科技有限公司，贵州 贵阳550007；2.贵州水利水电职业技术学院，贵州 贵阳551400）

无人机架构的测量系统拥有凸显的灵活优势，快速而且精准，其能够摆脱传统测量多重的外在干扰，测量过程更加灵活，获取数据的效率较传统测量技术、航空摄影测量和遥感技术来说更为快捷，获取的数据质量更为精准[1]。近年来，随着无人机技术的不断发展，以及测绘地理信息数据平台的不断建构和完善，基于无人机低空航空摄影测量技术与遥感等在测绘诸多领域得到了广泛应用。传统地质灾害监测主要依靠野外调查、沉降观测等传统手段，结果虽然可靠，但具体的施工程序较为复杂，制约条件较多，而无人机技术在地质灾害监测中的应用，其操作简单、价格低廉、机动灵活等优点弥补了传统地质灾害监测的不足，基于地理信息数据平台可以对地质灾害监测数据进行实施传输和分析，从而为地质灾害监测提供一种更为先进、便捷、快速的技术方法[2-4]。

1 无人机测量技术内涵

无人机是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器。设备结构简单、使用成本较低、操作灵活，除了能够完成传统人机任务，更适用于传统人机不宜执行的任务，例如危险区域的地质灾害调查、空中救援指挥和环境遥感监测等[1]。随着我国改革开放的不断深入，科学技术水平得到了空前提升，直接推动了测绘地理信息行业的不断发展，智能化水平更高、工作效率更高、可操作性和数据处理性更灵活的测绘装备不断得到创新和发展，无人机测量技术就是科技创新和发展的产物。无人机测量技术属于近景航空摄影测量，其是基于无人机作为搭载平台，机载航空摄影相机、数码摄录机等数字摄影测量与遥感设备进行拍摄和记录，利用地面无线电遥控设备或计算机程控系统对无人机飞行姿态、各类参数进行控制和修正，从而实现对地面信息的调查和监测，即无人机摄影测量与遥感技术[5]。

无人机测量系统可以分为空中控制系统、地面控制系统和数据后处理系统，空中控制系统包括无人机搭载平台、摄影测量与遥感设备，以及摄影测量与遥感空中控制子系统。无人机摄影测量与遥感的数据获取过程如下：（1）根据任务需求进行飞行规划和飞行参数设计；（2）按照预设规划和参数设计对任务区域进行无人机摄影测量与遥感飞行；（3）通过数据存储设备或5G数据信息传输通道收集和存储地面信息、飞行姿态信息、各类控制系统信息等；（4）利用数据处理系统对获取的数据信息进行处理和分析，提取任务所需测绘地理信息数据。

图1 无人机地质灾害监测工作流程图

2 无人机地质灾害监测方法和流程

地质灾害监测是通过运用各种技术和方法，测量、监视地质灾害活动以及各种诱发因素动态变化的工作，即通过采集和获取地质灾害各要素空间关系及地质灾害相关的特征、纹理、环境信息等，基于已有的数据资料，对地质灾害发生的可能性和危害性等进行分析、评价。根据地质灾害监测任务需求，以及无人机测量技术原理，可以将基于无人机的地质灾害监测工作分为数据获取、数据处理和数据分析评价三个部分，见图1[2，6]。数据获取部分包括了地质灾害监测任务的确定、任务分析及相关资料收集、实地勘探、飞行规划和参数设计、无人机作业内容。数据处理包括数据的参数校正、空中三角测量、三维模型构建、正射影像获取等。数据分析评价包括地质灾害监测属性数据的获取，数据库的构建，以及基于已有相关资料信息对地质灾害进行分析和评价等内容。无人机地质灾害监测可以弥补传统摄影测量易受云层遮挡影响的缺陷，为用户提供高分辨率、低成本、实时性、可重复性的遥感影像信息，用户可以通过无人机测量结果获取多重高精度的参数和属性信息，弥补了传统摄影测量与遥感高精度空间位置和高分辨率的影像信息不能兼得和融合的缺陷。

3 实例分析

无人机因其独有的优势和特点，在诸多领域得到广泛应用，而在地质灾害监测领域具有无法替代的位置：（1）其在地质灾害监测中的应用具有空间便捷性和时效便携性，能够排除条件限制第一时间对地质灾害现场进行监测；（2）获取的数据信息更为全面，精度更高，相对于传统测量技术来说，无人机测量技术可以同时获取高精度的空间数据信息和全方位的高分辨率的影像信息。无人机应用于地质灾害监测，在我国已经有多项成功案例，最早的2008年汶川地震无人机系统应用于地质灾害研究和监测。2017年九寨沟地震之后的地质灾害监测，2019年重庆城口山体滑坡地质灾害监测等[3-4]。本文基于已有无人机地质灾害监测案例和数据对无人机的地质灾害监测的数据获取处理、精度等进行分析评价。

3.1 某矿矿山地质灾害监测

以某矿矿山地质灾害监测实例为基础，采用无人机飞行平台搭载摄影测量与遥感设备，获取了矿区范围内高于0.20m的低空数字影像，通过自动操控和调节，影像航向和旁向重叠度达到了80%和50%，并生成了数字正射影像和影像空间模型[2]。对比传统遥感影像，获取的影像分辨率和精度更高，进而反映的地面空间位置和属性参数更为详细，通过影像提取和分析，共计获取了塌陷坑约43处，结合矿区已有下沉等值线，对矿区由于采煤沉陷造成的地质灾害进行了分区，对受影像区域内的各种地物类型等进行了划分，并进行了面积统计。

3.2 无人机滑坡地质灾害监测

以湖州市洞子门二期工程滑坡监测为研究案例，区域内地形以丘陵为主，高差90m，测区面积25km2[6]。根据监测需求，在测区范围内共布设了4个像控点，以及排11个边坡监测点。采用四旋翼无人机搭载AMC536倾斜摄影平台航摄，加装地形匹配系统进行监测，为了确保获取数据信息的监测区域全覆盖，在已有方案基础上，适当增加了外扩区域。获取的倾斜摄影测量原始影响数据分辨率优于7mm，图像辐射分辨率为24bit，饱和度等级优于10级，色彩还原真实准确，区域色调一致。通过数据处理和监测点的坐标提取，对无人机监测数据信息与已有数据进行对比得出，无人机获取的坐标信息中水平位移中误差为16mm，垂直位移中误差为28mm，完全满足滑坡监测的需求。基于无人机监测结果，可以清晰辨别存在滑坡隐患的区域范围，以及滑坡隐患的土质类型和信息。

4 结束语

无人机应用于地质灾害监测，可以充分发挥其空间获取能力，能够为地质灾害分析提供高精度高分辨率、实时性的影像数据信息，避免因人工判读和调查的主观误差，获取的数据信息的准确度和可信度更高，在很大程度上能够提升地质灾害分析评价的准确性。但无人机系统是一种集成的应用系统，无人机监测过程是人员的操控过程，人员的专业素质和操控水平等都直接影响了无人机监测结果的精度。所以，为了保证监测结果精度，应当从人员素质提升、无人机监测操控系统智能化、观测方法灵活化等多方面着手。