无人机航测技术在地质灾害应急测绘中的应用探讨

彭录梅

随着我国道路交通网络的逐步完善，沿江公路和铁路线的大力建设，改善了资源的有效流通，促进了社会经济发展的趋势。同时，基建项目产生了大量临空边坡，使得原有相对稳定的岩土工程结构缓慢失衡，在降雨、地震等外在因素的影响下，极易引发滑坡等地质灾害。因此，如何合理有效地探测地质灾害是现阶段有待解决的问题。传统的航空摄影测量技术是不能够有效地完成灾害检测，技术应用的过程中所带来的的应用效率并不能达到标准。

1 无人机遥感技术概述

1.1 无人机遥感技术的概念及特征

所谓无人机遥感技术顾名思义指的是利用现代自动驾驶飞行器技术、遥感技术、通信技术、监控技术、GPS定位技术来对自然环境信息进行收集，采集自然地理环境、土地资源状况、地震灾区等区域信息的遥感测绘工作，将在不久的未来被广泛应用于很多行业的航空遥感技术。首先，无人机遥感技术通过无人机作为媒介，传感设备和航空拍摄设备作为技术辅助设备。可以大面积获取测绘成像，对测绘成像信息进行综合分析，在低空飞行区进行精确的测绘工程工作。同时，无人机遥感技术的优点在于设备的价格相对较低，并且中后期维护也相对比较简单。其次，无人机遥感技术在应用的过程中需要和地面的遥控技术相互结合，不易对使用人员造成伤害，可在短时间内执行数据处理的工作，具有很高的时效性。

1.2 无人机遥感技术的构成

无人机遥感技术的系统是由地面的自动控制系统、任务负载及其飞行平台三部分组成。其中，地面自动控制系统主要包括地面的技术辅助设备、遥控检测系统、监控系统、遥感技术监测站及其起降平台等。

1.3 地质灾害应急测绘服务对无人机遥感技术的要求

地质灾害应急测绘技术在应用的过程中对无人机遥感技术系统的要求很高，无人机遥感技术系统具有很强的时效性和机动性、测绘成像精度高、对整个目标区域进行动态检测的功能。

（1）时效性强。地质灾害应急测绘的任务具有一定的特殊性，这是由于地质灾害不可预测具有很强的突发性。接到指示后，必须立即赶往现场。只有具备很强的时效性，才能向指挥员提供地质灾区的情况，让管理人员根据灾区的情况制定科学合理高效的治理计划。

（2）机动性强。在应急测绘项目进行的过程中，测绘企业需要结合现场的实际情况以及运输设备，并对设备的搬运有较高的规定。无人机遥感技术对系统的起降地点标准较低，起飞前的准备时间较短，能够第一时间迅速到达探测区域，可以更好的满足应急测绘的需求。

（3）测绘成像精度高。无人机搭载的相机像素分辨率高，因此测绘成像精度高，对测绘项目的帮助就越大。因此，对无人机遥感技术设施的测绘精度提出了很高的要求。

（4）动态检测整个目标区域。应急测绘服务项目规定，设备可以对整个目标区域进行动态信息检测，以获取实时信息内容。

2 地质灾害应急测绘的意义

地质灾害应急测绘可以有效地结合地质灾害发生过程中地质环境的活动内容和变化，测绘出地质环境的现状。根据地质灾害应急测绘内容，可以识别地质灾害的级别和引起灾害的原因，如由地质环境变化、海啸、暴雨及乱挖乱采等原因引起的滑坡、泥石流、地面沉降等。地质灾害具有突发性和偶然性。地质灾害的发生往往是在很短的时间内发生的。地质灾害的类型和程度难以通过监控了解。在地质灾害发生的时候，通常情况下不会留给人民反应的时间，这对人民的经济发展和生命安全都造成了极大的危害。过去，救援工作非常简单。这一切都是在人力资源的帮助下进行的，如消防官兵、陆军官兵等。由于人力资源的救援费时费力，在许多情况下，了解救援的黄金时间被推迟了。

3 无人机航测

3.1 大疆精灵4RTK介绍

大疆精灵4RTK企业具有无相位高精度测绘工程的功能。该微型电动四旋翼净重1391g，起降大，平均高度6km，大水平飞行速度50km/h，飞行时间约30min。整个机身配备L波段d-rtk，高精度、精确定位，达到厘米级。飞机整个机身在前部、后部和底部配备视觉识别系统，在整个机身两侧配备红外传感系统，具有全方位的视觉定位和障碍物识别功能。相机采用1英尺CMOS光学镜头，根据高精度抗抖动PTZ组合，照片像素可达到2000万分辨率。Elf 4rtk企业带屏幕遥控，采用OCU高清图片传输技术，通信距离7公里，可根据显示系统中的DJI GS RTK应用软件实时显示超清晰界面。DJI GS RTK应用软件提供两种规划和飞行方法，其中规划方法包括：二维摄影测量、三维摄影测量（井形飞行）、航路点飞行、航空带飞行、三维摄影测量（五向飞行）、地球模拟飞行等。

3.2 航线规划及参数设定

无人机直播可以获得第一手视觉资料，适合定性研究；正射影像的获取可以为后面的精确力提供定性分析材料。在赶赴灾区现场后，据余2透露，在获得无人机直播的具体地址后，飞行员选择了一个安全的起降地点，安装了无人机，并根据手机连接的热点开展工作。通过摄影测量2D规划方法获得，以灾害点为核心规划航道。为了获得三维模型，大江精神4RTK企业提供了两种方法：摄影测量3D井字飞行和摄影测量3D五向飞行。充分考虑到无人机的续航能力及其应急测绘项目的持续时间，对于灾害的坍塌点，三维模型的数据采集采用摄影测量三维试井飞行模式。

为了客观反映灾区周围环境，突出灾区现场直播，正射影像数据采集规划了两个通道，一架次完成了所有操作。第一条规划线以地震灾害点为核心，覆盖周边0.5km2区域。主要参数为：总规划面积0.5km2，飞行相对高度120m，导航方向重合度80%，横向叠加度75%。获得232张照片；第二条规划线主要反映灾害点。主要参数为：总规划面积0.5km2，相对飞行高度60m，导航方向重合度80%，横向叠加度75%。获得62张照片。三维模型的数据采集以灾害点为核心，覆盖周围0.1km2的区域。主要规划参数为：飞行高度60m，航向重叠度80%，旁向重叠度75%，获取照片362张。

3.3 正射影像处理

获取图像后，使用Pixmapper 4D手机软件将照片添加到新项目中，包括定位点的地理坐标、相对高度和营销期间情报组织的特征。然后设置导出的无障碍节能图像的投影平面坐标：CGCS2000/3-degree GaussKruger CM 114E，简码为4547。为确保信息的准确性，请求解选项模板，选择3D MMAP，然后将导出的路面分辨率设置为1 DSM过滤器类型选择平滑，并选择组合瓷砖。清晰后，逐渐点击，图像将开始执行重置解、云数据和纹理解，导出DSM、正射影像和索引值。使用通道将出现在计算机界面上的规则小红点串成之字形。在高清晰度航空摄影过程中，红色小点与摄像机拍摄位置相匹配。根据规划线，红点在解决后变为翠绿色。每个环节解决后，请自动给出质检报告。

3.4 三维模型制作

3D模型仍需根据Pixmapper 4D手机软件制作。实际实现方法类似于正射影像解算过程，唯一的区别取决于解算选项模板的选择。正射影像制造解决方案选项模板选择三维地形图三维模型生产解决方案选项模板选择三维地形图快速/图片质量然后将导出的道路分辨率设置为1 DSM过滤类型选择平滑和组合的瓷砖，并附加导出-晶格曲面导出实体模型选择XYZ分割字符以选择分号。清除后，单击开始，图像将开始执行重置解、云数据和纹理解，导出DSM、正射影像和索引值。计算机界面上出现规则的红点，并与“井”形状的通道串连在一起。红点与高清航空摄影中的摄像机拍摄位置相匹配。根据规划线，红点在解决后变为翠绿色。每个环节解决后，请自动给出质检报告。

局部解完成后，单击左侧菜单栏中的空三条光线，手动加载点云和三角形图案。加载后，成功地建立了三维模型。为了保证实体模型的精度，在保证应急测绘工程的同时，应同时选择灾害塌陷点周围的标志物作为参考点，进行精确测量，并根据自然参考点检查三维模型的精度。经验证，偏差在有效范围内。由于拍摄3D tic tac toe飞行的限制，三维模型扩展后会出现颗粒块。然而，为了人民群众的消防疏散和自然灾害危险区的即时划分，它设置了危险区的重要警示标志，确定了预警和疏散路线，这有利于制定消除和预防风险等应急措施，以及组织大规模移民和避免，以确保应急测绘项目的快速、准确和可视化。

4 无人机应急测绘方法研究

4.1 应急预案制定

如果发生地质灾害，应立即运行应急响应计划。应在地质灾害发生时进行拍摄，获取相应的数据信息，并进行地质灾害应急测绘。地质灾害应急测绘需要在最短的时间内对区域进行测绘，以缩短地质灾害应急测绘所需要耗费的时间，加强地质灾害应急测绘的工作效率。地质灾害应急测绘工作人员应当事时对地质灾害应急预案进行有效地制定并且结合不同的地质灾害类型、等级和危害程度制定应急预案。

4.2 应急航摄作业

在发生地质灾害时，不仅第一时间对应急预案进行制定，还要进行突发事件的拍摄。在地质灾害发生的第一时间操作无人机，无人机是应急拍摄作业的关键，使无人机能够航行到灾害发生的地点，拍摄地质灾害的现状。在这一系列的拍摄工作中，必须首先完成应急航空摄影的总体规划。当地质灾害发生的时候，有关部门会第一时间掌握受到地质灾害区域的位置信息，但对地质灾害的级别和程度知之甚少。因此，如果盲目的操作无人机进行数据采集拍照，则拍摄的照片和信息缺少实用性及针对性。因此，应首先对拍摄工作进行总体规划。第一步，依据地质灾害产生的区域制订距离受灾地区最近的拍摄计划方案，应用离地质灾害产生区域最近距离的无人机开展拍摄。第二步，整体规划无人机拍摄的主要内容。依据这一目标，收集无人机的导航数据信息。拍出来的照片更有目的性，能为地质灾害应急测绘工程项目给予最高的协助。第三步由于受灾区域位置不同，会影响无人机拍摄成像品质。先要平稳好无人机的拍摄位置，那样才能够平稳的进行拍摄。不然模糊图片对地质灾害应急测绘工程项目带来误判。

4.3 应急数据处理

当地质灾害产生时，必须开发设计应急数据分析方法。地质灾害应急测绘便是在非常短的时间内把握地质灾害状况。应急地质环境测绘具备时间较短、高精度的特性，是一项十分严峻的工作。地质灾害会产生很多的数据信息。无人机拍摄的照片可以处理地质灾害应急数据信息。在进行高清航空摄影时，可以同时拍摄多张照片。根据无线通信技术，这些图片可以在拍摄瞬间传输到计算机，为地质灾害应急测绘给予了应急数据信息，也降低了地质灾害应急测绘数据的采集时长。当地质灾害刻不容缓时，迅速的地质灾害应急测绘可以节约很多时间进行援救工作，确保人员的安全，第一时间解救受困人群。在地质灾害眼前，时间就是生命。应急地质环境测绘的效率越高，地质灾害导致的经济损失越小，人员安全事故越小。

5 无人机航测技术在应急测绘中的应用

5.1 突发事件的监测

更常见的地质灾害包括地震灾害、滑坡等。过去，此类地质灾害在没有发生之前是不能够有效的对其预测和分析，导致工人大规模伤亡，许多资产受损。然而，由于科学技术的飞速发展，一些地质灾害的预测和分析有了颠覆性的进展。根据突发事件前后的情况，会有一些预警信息，如一些小动物不规则的活动、磁场的变化等，这种信息的监控可以合理地预估和剖析地质灾害的产生，协助地质灾害紧急测绘工程项目的顺利开展。

5.2 自然资源保护检测

大多自然资源是不可再生资源。利用这种自然资源可以促使社会的经济发展的发展趋势。但是，在自然资源的采掘中，因为操作不到位，常常产生大量的自然资源浪费的现象，造成很多采矿安全生产事故，如土壤侵蚀和地面沉降。那时候国内的采矿技术性还不健全。这类采矿方式不但对自然资源造成了永久的毁坏，并且消耗了大批量的自然资源，促使现在的自然界难以维护和管理的局面。

5.3 地质环境的监测

地质环境的变化会造成公路和铁路等交通的破坏，甚至会造成滑坡、山洪等重大灾害。我国幅员辽阔，丘陵、山脉、洞穴等地质形态交织在一起，无法对其进行全天候、多方位的监管。特别是当地质环境发生变化时，将进一步加剧自然环境的复杂性，使人力资源无法及时、合理地引进，阻碍了公路坍塌、滑坡等灾害的处理。

5.4 土地整治的信息获取

土地的整治可以有效地加强土地的资源利用率的主要对策。通过对农田、水源、道路、森林和村庄用地的环境整治，增加我国农业用地总面积，提高农业用地质量，是推动我国美丽村庄建设的主要途径。在土地整理中，对土地资源利用进行准确测量的现场检测必须耗费大量的人工，有的无法按照人工方法完成，这就增加了土地整理的难度因素。

6 具体应用

6.1 技术流程分析

自然灾害紧急测绘工程中无人机倾斜摄影测量技术的过程主要包含下面一些层面：①构建无人机倾斜摄影测量系统，对无人机高清航拍测绘像进行预处理；②多视点测绘，建立真实场景三维实体模型；③自然灾害应急响应分析。

6.2 飞行方案的制定和数据信息的获取

高清航空影像数据信息的获取是基础，主要涵盖了以下的内容：①无人机飞行航线的设计方案。航道的制定应综合分析无人机型号规格、摄像机型号规格、屏幕分辨率、导航方向重叠、横向重叠等因素。为了更好地提高测绘影像数据信息的分辨率，正射影像定向选择了镜头焦距相对较短的图片，最后通过计算得出I区飞行高度为500m，II区飞行高度为300m；②结合测绘地质的变化特点，将测绘项目区划分为两个飞行分区，分别为I区和II区。设计方案横向重叠80%，航行方向重叠85%；③飞行计划确定后，选择八轴无人机对高清航空影像数据进行采集，并且及时对每天获取的影像质量进行检查，直至质量合格。

6.3 实景三维建模

因为地质灾害紧急测绘具备时长紧、每日任务重的特性，必须在短时间内获得精准的三维实体模型，人工进行制作建模需要耗费大量的时间，不能满足时长规定，因此有必要选择自动化技术的建模技术。本次选择Smart3D Capture和POS作为全自动建模平台，在测绘领域开展日常实景拍摄和建模任务，从而在短时间内获得真实的三维实体模型。因而，自动生成的三维模型精度高，可以达到地质灾害紧急测绘的精度需求。

6.4 受灾现状分析

地质灾害应急测绘的具体目标取决于地质灾害评估的范围。在真实的三维实体模型中，测绘区域内的植物群落受到严重破坏，还有很多裸露的土地资源。在降雨量大的条件下，容易引起公路边坡滑坡、泥石流等灾害。根据实际三维实体模型，地质灾害总影响面积可达50213.44m2。根据实际三维实体模型划分的地质灾害类别边界，在工程量计算的全过程中以最小值的方案为基准。最后，可能导致滑坡或滑坡的土方工程量约为63412.54m3。

为了更好地分析和评估此次地质灾害的程度，通过高清航空摄影资料中可以清楚地看到受灾区域，为评估灾害情况提供直接依据。此外，根据实际三维实体模型为基础，确定了地质灾害的灾害界限，并计算了总的影响面积和将产生滑坡或滑坡的土方工程量。最后，觉得这次地质灾害的灾情比较严重，所以应该立即疏散受灾范围内的居民，并将他们安置在可靠的范围内。根据三维模型的研究，由于泥石流灾害发生在灾害的下游，应加强该领域的治理工作。

7 结论

将无人机测绘技术与地质灾害应急测绘紧密结合，可以合理检测紧急的突发事件，获得土地整治的信息，对地质环境进行探测，有益于更精确地开展地质灾害应急测绘。文中存有一些不足的地方，但期待能有利于无人机测绘技术迅速地运用于地质灾害应急测绘当中。