无人机摄影测量技术在地质灾害调查中的应用

王志坤

（江西省煤田地质局普查综合大队，江西 南昌 330038）

近年来，随着国民经济的发展和科技水平的不断创新，人类在认识和改造自然环境的手段以及认识和改造自然环境的工具方面取得了显著成就，倾斜摄影测量技术是其独特优势在许多领域的典型代表之一，发挥着重要作用。特别是近年来，在自然地质环境和地质灾害问题日益严重的趋势下，可以从不同的角度开始将无人机斜角摄影测量技术应用于地质灾害调查，快速、高效的数据采集可以更全面地应对地质灾害的形势，有助于改善传统调查模式面对地质灾害调查的难度和范围等特点的局限性和不足，为提高地质灾害调查工作效率和成果质量提供技术支持[1]。

1 地质灾害调查概述

地质灾害主要是指自然地球动力活动、异常地质环境或人类活动造成的破坏和损失的地质现象，它不仅严重影响社会经济发展，而且威胁人类生命财产安全。常见的灾害类型有∶ 泥石流、地面塌陷、崩塌、地面裂缝、滑坡、地面沉降等。因此，为了有效避免地质灾害的影响，减少其不利影响，必须重视地质灾害调查，这是人们应对地质灾害的必要条件。在地质灾害调查过程中，应当尽可能收集灾区的地层、气象、水文、岩性资料，利用工具、仪器进行粗略测量，拍摄照片、录像、绘制示意图，充分了解地质灾害的实际情况，确定地质体的特征、稳定性和发展趋势，科学预测地质灾害造成的损失，进行地质灾害分类，为做好地质灾害救援工作提供依据，创造良好条件。

2 无人机倾斜摄影测量技术及其优势

随着当前科学技术的创新影响，无人机有着机动性、易操作性、直观性、可靠性等特点，同时，其飞行灵活、高机动性、操作便捷和高分辨率的显著优势，使得无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害调查中得到了广泛应用，广泛用于地质灾害调查、监测、预警、评估以及地质灾害应急现场处置等，它是计算机技术、遥感技术、扫描技术和定位技术相结合的产物。通过在飞行器上携带5个电子相机传感器，在飞行器飞行过程中，可以从多个角度和多个方向拍摄目标区域。该技术的应用实现了数据的自动处理，由于航向和侧向重叠率高，即使是小范围的覆盖也需要大量的数据，处理过程非常耗时，计算机硬件和软件要求高。同时，在飞行过程中，传感器同时记录飞行器的速度、高度和坐标等相关参数。最后对收集到的信息进行分析和处理，为用户提供最真实、客观和全面的图像，为灾害体的稳定性、处理方案和疏散措施提供更有力的依据。因此，时常被用于完成卫星遥感和传统测绘无法完成的任务，在评估和预测地质灾害方面发挥着极其重要的作用。相较于传统的其他测绘技术，无人机倾斜摄影技术具有高分辨率、高精准定位、高摄影摄像等多种功能，在地质灾害调查中的优点主要体现在以下方面[2]。

2.1 高真实性

利用无人机倾斜摄影测量技术采集的数据，客观、全面、真实地反映了目标区域的地理位置信息，实现了多角度、多方向实时动态拍摄的目的，与传统的人工模型仿真技术相比，无人机倾斜摄影测量技术对目标区域的实际情况有较高的反映度，基本实现了矿山地质、地形地貌的真实投影，测量数据的精度得到了很大程度的提高。

2.2 高效率

通常地质灾害发生区域的地质环境往往都非常的复杂、恶劣，导致在人员作业和设备应用方面难以有效的开展工作，进而浪费人力、物力、财力等；而采用无人机作为调查的“先行者”，通过无人机倾斜摄影技术，在作业时不易受到客观环境因素的影响，能够在较短的时间内获取较大面积的影像资料，减少了的大量测绘人员外业工作量，避免了人员直接进入滑坡、崩塌等危险区域调查造成危险，同时也缩短了测绘周期，降低了测绘成本，具有较高的经济意义。

2.3 高性价比

利用无人机倾斜摄影测量技术，在实际勘察作用过程中不易受到客观环境因素的影响，设备本身具有灵活的客观属性，而且飞行器同时携带五个高灵敏度传感器，由于每个传感器采集的数据类型不同，每个传感器获得的数据是具有空间位置的图像信息，可以有效地提高图像的分辨率，同时可以用来输出dom、dsm、dlg等数据，从而弥补了传统测量技术的不足，提高了图像数据的分辨率和精度。同时，该技术可以有效地提取纹理，促进二维到三维的映射工作，降低三维建模的成本。

3 无人机摄影测量在地质灾害调查中的应用

在地质灾害调查中，由于自然环境条件比较恶劣，导致调查人员往往难以及时到达灾害现场，同时在调查工作开展过程中也存在着较高的安全风险。在加上传统作业主要采用人工野外测量、遥感测量、航空测量等技术无法保证数据采集的全面性和精确性。而如果采用无人机技术，其具有灵活性高、适应性广的特点，能够满足低空飞行和复杂环境下图像数据采集的要求。因此，在地质灾害调查中具有较高的应用价值。以滑坡灾害调查为例，利用无人机数字摄影测量系统对被测区域进行低空斜摄，通过对图像数据进行后处理，得到滑坡位移和地表裂缝的情况，同时根据图像数据自动建立滑坡的三维模型，为工作人员准确评估灾害程度或发布预警信息提供可靠的参考。

3.1 作业准备

无人机摄影测量工作的开展，主要需要做好以下准备工作，首先，进行设备调试和检查。根地址灾害调查的主要内容以及相关要求，作业人员进入灾害现场进行无人机相关设备的调试，同时，采用通电检查法来检查无人机设备的电路、部件等状态是否正常，确认无误后在进入无人机测量作业试飞工作，主要是通过试飞工作来判断无人机的飞行与摄像功能状态，初步保障无人机状态能够满足正常的工作需求;最后，定期维护。因为地质灾害调查区域的规模往往非常的庞大，难以短时间内完成全部的测量作业，因此，要根据项目的相关要求，制定合理的作业计划，同时为了避免无人机在长时间的工作下出现状态下滑，需要在工作期间对无人机进行定期维护[3]。

3.2 获取实时图像

由于地质灾害的突发性，一旦发生地质灾害，调查人员往往不能及时赶到受灾现场调查实际受灾情况，此时通过无人机倾斜摄影测量技术可以及时获取灾区实时图像，从而及时了解受灾区域整体情况，保证救灾的及时性。

3.3 正射影像技术

由于地质灾害调查区域面积较大，普通的调查方式将耗费大量的人力物力，在调查过程中可能对调查区域调查详细程度不足，从而影响最终调查结果的准确性。而无人机摄影测量正射影像是对测得数据精度、覆盖面积、研究区现场特征完整覆盖，保证了研究区域的整体性，调查人员可以对获取的正射影像图进行后期处理，从而获得研究区详细的地质信息，再结合其他地质资料，保证调查内容全面、真实、准确。

3.4 多视影像联合平差技术

多视图联合平差技术是地质灾害调查中无人机倾斜摄影测量的关键技术，由于传感器获取的数据包括垂直图像数据、倾斜摄影数据等，在对实测数据进行处理的过程中，由于传统的数据处理技术不能准确地识别数据的有效性，因此需要采用多视图联合平差技术对倾斜摄影测量获得的数据进行处理。多视图像的联合调整是一种由粗到细的金字塔匹配技术。通过建立点到点的连线、控制点的坐标和其它辅助数据，并通过联合沉降来检查区域网络的误差，以保证测量结果的科学性。

3.5 多视影像匹配技术

多视图像匹配是无人机摄影测量过程中需要解决的一个重要问题。由于航空飞行覆盖范围很大，在地质灾害可能发生的地区，传感器在飞行过程中收集的数据有重叠，如果不清除重叠的数据，就会产生数据冗余。同时，由于采集的数据点较多，很难准确获取目标区域的目标空间坐标，无法建立目标区域的三维模型。因此，随着信息技术的飞速发展，多元多视图图像匹配已成为人们关注的焦点。此外，在获取地质资料的过程中，可以建立若干影响因素，并对其赋予相应的权重，将研究区划分为不同的地质类型，从而获得构造类型和灾害区的基本信息。

3.6 注意事项

尽管在对地质灾害调查工作中，无人机摄影测量技术体现了极大的测量优势和技术特点，但是由于灾害现场的地理环境和自然环境都非常的复杂，而且无人机飞行条件也有较高的要求，因此，在实践过程中，必须要注意一下事项：首先，虽然无人机作业受到季节的影响较小，但是为了获取质量高的测量成果，因此在实践过程中，还是要根据测绘区域的气候变化选择合适的季节飞行，例如，选择在每年五六月份开展；其次，在确定作业季节后，进行飞行时段选择时，也需要根据具体气候变化，优选天气晴朗、无风或微风天气等，例如选择上午10点～下午2点之间内开展作业；最后，注意重叠度设计问题，这就要求作业人员按照调查区域的地形地貌变化特征等等来制定合理的旁向重叠度、航向重叠度等参数；通常，旁向重叠方向以平行于测绘区域边界的首末航线敷设，并位于测绘区域边界外侧，而航线重叠方向按照超出测绘区域边界设计基线长2倍进行[4]。

4 结语

总之，无人机摄影测量技术作为当前科学技术创新发展的产物，具有高分辨率、高精准定位、高摄影摄像等多种功能，其出现打破了传统测量技术的局限和弊端，尤其在地质灾害的调查过程中，能够从不同角度入手，快速、高效的采集地质数据，从而更为全面的反应出地质灾害情况，进而为提高地质灾害调查的工作效率和成果质量提供技术支持。