无人机技术在地质灾害调查工作中的应用分析

魏慧

深圳地质建设工程公司 广东 深圳 518023

无人机（Unmanned Aerial Vehicle/Drones）即无人驾驶飞机，无人机技术则是指无人机系统、无人机工程及无人机相关的应用技术。目前无人机大致分为军用级、民用级两类，出于经济、社会等方面的考虑，无人机也开始应用于其他社会工作中，包括地质灾害调查在内。地质灾害的特点在于发生具有突发性，破坏性强，有可能导致人员伤亡和较大的经济损失，其预防、控制、救援工作则依赖必要的调查管理，以数据信息为支撑组织防控，这为无人机技术的运用提供了空间[1]。就无人机技术在地质灾害调查工作中的应用优势、方法等进行分析，具有一定的现实意义。

1 地质灾害与其调查工作的基本要求

1.1 地质灾害概述

地质灾害（Geological disasters）是指在自然、人为因素或二者共同作用下形成的、对人类生命财产造成损失的地质作用或地质现象，地质灾害也同步威胁自然环境，在时间和空间上的分布具有一定规律，既受制于自然环境，又与人类活动有关，因其破坏性高，往往被各地作为管理重点之一。2021、2022年，我国各地因各类地质灾害带来的直接经济损失，分别达到2477、1303亿元。一些严重的地质灾害可能造成人员死亡、受伤，如泥石流、山体滑坡等，部分严重的地质灾害可能导致多人死亡，值得警惕和关注[2]。

1.2 实时性

地质灾害调查工作的基本要求为实时性，即所有调查工作应获取实时性较高的信息，尤其是基于救援需要进行的调查。以山体滑坡为例，在该类灾害发生后，如果存在人员被埋问题或隐患，为最大限度保证救援效率，需要通过调查了解周边环境情况，分析可行的救援思路、方案，信息的实时性越高，救援工作的质量和效率越有保障[3]。

1.3 全面性

全面性，是指地质灾害调查工作应强调信息收集广泛、仔细，以深入有效的提供与灾害有关的各类信息，包括灾害的规模、发生地点、周边环境、是否存在二次灾害隐患或其他灾害隐患等。全面性较高的调查，可以为救援工作提供足够丰富客观的信息，也能为灾害预防提供必要辅助，是地质灾害调查工作的基本要求之一[4]。

1.4 准确性

准确性，是指地质灾害调查工作应提供准确信息，尤其是一些影响救援工作和预防工作的关键信息，应充分保证精细准确，作为后续工作的依据。如预防性的地质灾害调查，针对调查区域、目标组织信息收集时，需要充分了解目标特点。如针对火山活跃程度组织的调查，可用于服务火山喷发预防性管理，在调查过程中应充分收集火山口附近温度信息、地下岩浆的流动信息、附近地壳活动信息等，做好火山喷发风险分析，以最大限度做好预防管理，减少、避免经济损失和人员伤亡[5]。

1.5 预防性

预防性是地质灾害调查的基本要求，是指通过地质灾害调查了解灾害的发生风险，做好分析评估，在其发生前拟定合理、科学的应对方法，控制地质灾害阻止其发生，或降低其破坏性。如在山体附近施工时，面临山体滑坡风险，应通过地质灾害调查了解岩体风蚀破坏情况、水位信息、植被信息、降水信息等，以上述信息为基础，分析山体滑坡的发生风险，预先通过边坡支护等方式加以控制，以减少地质灾害发生率，削减其破坏力。

2 无人机技术在地质灾害调查工作中的应用优势

2.1 适用性理想

地质灾害调查工作中，无人机技术的应用优势之一在于适用性理想。大部分无人机满足远程管理的要求，可以在多种气候条件、地质条件下完成信息采集作业，这使其能够服务复杂地形和天气条件下的地质灾害调查。如针对山区进行的山洪风险、山体滑坡风险调查，即便山区条件复杂、人员难以进入，也可以利用无人机通过高空飞行完成信息采集，再由人员在远程端组织信息加工和筛选、形成航拍模型或图像，用于分析山洪风险、山体滑坡风险发生率，并针对性予以预防和控制。

2.2 使用灵活性高

无人机技术的应用灵活性高，可以满足各类地质灾害调查工作需要。地质灾害的类别多样，包括地壳活动灾害、斜破岩土体运动灾害、地面变形灾害、矿山与地下工程灾害等。这些灾害的调查、预防各有不同，无人机可以满足大部分工作需要，灵活性较理想。如针对火山喷发等地壳活动灾害组织的调查，要求无人机在高空飞行的情况下收集信息，而地面塌陷、地面沉降等调查，需要无人机低空采集信息，性能理想的无人机保证了信息采集的效率和质量，能够充分服务地质灾害调查。

2.3 工作能力较强

一些现代化的高端无人机，具有较强的工作能力，可以完成复杂工作任务，也能完成一些应急处理工作。如在矿山与地下工程灾害调查工作中，无人机即可完成常规的数据采集工作，也能应急处理一些特殊情况，以某救援用无人机为例，其拥有应急灭火的能力，工作参数如下：

表1 某救援无人机的工作参数

该无人机可在10min内扑灭面积100m3以下火灾，当出现瓦斯爆炸等矿山与地下工程有关地质灾害时，应急救援能力较强，能够在完成信息调查收集的同时参与应急救援工作。

3 无人机技术在地质灾害调查工作中的应用方式

3.1 工作系统搭建

无人机技术在地质灾害调查工作中的应用已经比较广泛，其工作的基础在于搭建完整的作业系统，该系统的建设框架通常比较明确，以若干核心结构构成，拓扑结构见图1。

图1 地质灾害调查中无人机作业系统基本架构

该架构下，无人机作业系统主要分为四个部分，即执行部分、通信部分、数据库以及远程管理端。执行部分即参与地质灾害调查的无人机，可以包括N个执行端，所有无人机均实时分析各类地质灾害有关信息，再通过实时传输的方式将其提供给卫星作业系统，卫星作业系统、无线通信信道以及接收阵元等共同沟通架构中的通信部分，负责信息的处理和传递。远程管理端包括地面站以及站内的工作人员，来自卫星的信息通过通信线路提供给地面站，地面站再根据有关信息进行分析和建模。模型可用于分析地质灾害调查结果、作为灾害救援和预防工作的参考。数据库负责收集、存储无人机提供的各类信息，以满足后续信息复用的要求。整个系统以无人机收集的信息为中心，通过清晰的逻辑框架完成作业。

3.2 现场作业环节控制

结合图1所示模式，可知系统工作的关键在于无人机是否能够有效完成现场信息收集，该工作的重点在于工作人员是否为无人机设定了合理的工作程序、参数，以及无人机是否满足工作条件要求。原则上各地应直接采买性能较优越的无人机用于地质灾害调查，其工作程序则应强调以智能化模式为中心，利用内置软件完成现场工作的自适应调整。以障碍规避为例，无人机可通过内置的感知设备实时对周边环境进行感知，通过声波定位的方式，了解前进方向上障碍物与自身的距离，根据回波强度调整飞行的参数、方向，实现障碍规避。同样，其对温度、风速等一般参数的感知也采用此模式，以智能化系统完成信息的采集和分析，根据分析结果确定下一阶段的工作内容。

3.3 信息采集和处理

信息采集和处理是无人机作业的核心环节，在地质灾害调查过程中，无人机对各类信息的采集和处理也以智能化模式为中心，强调根据调查工作需要，设定若干工作程序，针对调查需求收集关键信息。以航拍模式为例，在地质灾害发生后、救援工作开始前，需要通过无人机对灾害现场情况进行分析，无人机起飞后的高度参考一般包括三类：

一是低空飞行，高度在50m到200m之间，二是中高层飞行，高度在200m到2000m之间，三是高空飞行，飞行高度在2000m以上，少数无人机也可进行超高空飞行，但一般不能妥善用于现场信息收集。

在高度2000m以下的飞行模式下，无人机利用内置航拍设备，快速进行地面各处信息的实时采集，摄像头的清晰度应达到480p以上，以保证图像清晰。通常可放置2个以上采集设备，以统一的管理系统组织设备方向管理，保证信息采集全面精细。采集完成的信息，直接通过发射器提供卫星，再由卫星反馈给地面，以规避复杂地形对直接通信的影响。少数无人机可以利用内置设备完成建模，大部分无人机只负责信息采集，再由地面站进行模型建设和分析。

3.4 数据复用与分析

完成建模后，由地面站工作人员根据模型信息，进行地质灾害分析，了解灾害的破坏情况，分析灾害的发生可能，据此确定救援方案和灾害预防计划。如上文所述的山体滑坡救援，可以根据无人机提供的数据，确定目标地带的基本情况，包括滑坡范围、具体发生地点、受灾情况、是否有人员受困等等。相关信息被收集并用于建模后，管理者可以根据建模结果确定救援方案，选取尚未破坏的道路进行人员、物资调运，组织药品食品的输配，并提醒救援人员注意二次滑坡风险预防。无人机收集的信息除用于灾害直接处理、救援外，还可以生成数字化资源，录入信息库，用于后续本地滑坡问题的预防性管理，进一步提升本地地质灾害调查工作的综合效应。

4 无人机技术在地质灾害调查工作中的应用展望

4.1 智能化

未来无人机技术在地质灾害调查工作中的应用将更趋智能化，主要强调提升无人机现场作业能力，尤其是灾害的临时处理、救援。如上文所述矿山与地下工程灾害，鼓底、岩爆、瓦斯爆炸等灾害均有可能导致人员伤亡和经济损失。利用无人机进行调查。发现瓦斯爆炸隐患后，应由内置设备针对此问题发出警报，提示现场工作人员及时进行处理，或快速车里工作区域，再由安全管理人员进行瓦斯爆炸隐患的排除，以最大限度提升地质灾害调查工作的延伸效益，发挥无人机技术的优势。

4.2 综合化

综合化，是指地质灾害调查中综合使用多种技术，使无人机的作用能够得到进一步发挥。如无人机技术与遥感技术的联用，可在无人机内搭建遥感接受设备，在组织地面部分的地质灾害预防调查时，同步利用遥感技术收集地面区域的其他信息，包括水文信息、地形地貌、地势差等等，这些信息即可服务地质灾害有关的分析管理，也可以用于分析本地自然条件、建立自然地理有关资料图，实现地质灾害调查和其他工作的一体化开展，提升无人机工作的综合效果。

4.3 区域一体化

无人机技术在地质灾害调查工作中的应用价值突出，且适用性广泛，这为其在区域内的一体化应用提供了空间。未来各地在组织地质灾害调查时，可以统一作业标准，在本地范围内使用统一的设备和工作参数，使无人机产生的各类数据可以在生成后快速在本地范围内共享，也能根据此前收集的数据，一体化完成区域内地质灾害调查图、资源库，服务上一级管理部门地质灾害管理活动，减少下一级部门反复进行信息采集的麻烦。

5 结论

综上所述，无人机技术在地质灾害调查工作中的应用价值突出，应在未来工作中予以更多重视。地质灾害调查工作要求特点，要求做到实时、全面、准确，且保证一定的灾害预防能力。无人机在此工作中的优势在于适用性高、使用灵活，且工作能力较强，可服务综合管理。具体工作中，主要强调为无人机搭建工作系统，做好现场作业环节控制、信息采集处理，最后还应组织数据复用，保证地质灾害调查成果。未来无人机在该工作中将更趋智能化、综合化，以进一步发挥技术优势，提升地质灾害调查、管理能力和质量。