無人機(jī)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

張煦+關(guān)健

摘 要：面對頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測變得格外重要，地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作的開展必不可少的是各種實(shí)地勘查、測量工作，在一些重災(zāi)區(qū)，這些工作會變得格外艱難。近些年，我國國內(nèi)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)已踏上了飛速發(fā)展的道路，無人機(jī)技術(shù)的低成本性、靈活性、適應(yīng)性等特點(diǎn)，恰恰符合地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作的需求，利用其實(shí)時圖傳、正射影像、傾斜攝影等技術(shù)手段，可高效的完成各類地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查任務(wù)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)技術(shù)；地質(zhì)災(zāi)害；

一、地質(zhì)災(zāi)害釋義

地質(zhì)災(zāi)害是以地質(zhì)動力活動或地質(zhì)環(huán)境異常變化為主要成因的自然災(zāi)害。常見的災(zāi)害類型有：泥石流、地面塌陷、崩塌、地裂縫、滑坡、地面沉降等。地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查時，須盡量收集災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的地層、氣象、水文、及巖性等資料，并利用工具和儀器進(jìn)行大致測量，以此確定地質(zhì)體的特征、穩(wěn)定程度和發(fā)展趨勢，為論證地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，劃分地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)提供依據(jù)。

二、無人機(jī)現(xiàn)狀

無人駕駛的飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，是利用無線電遙控裝置和自帶程序控制裝置的不載人飛機(jī)。無人機(jī)種類繁多，從結(jié)構(gòu)角度定義可以分為：無人傘翼機(jī)、無人飛艇、無人固定翼機(jī)、無人直升機(jī)、無人多旋翼飛行器等。無人機(jī)最主要的優(yōu)勢是不需要人力駕駛便可以在復(fù)雜的環(huán)境中完成飛行任務(wù)。

近些年，我國國內(nèi)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)已踏上了飛速發(fā)展的道路。目前我國出名的無人機(jī)公司有：大疆、零度智控、億航、飛豹、昊翔等，其中大疆創(chuàng)新在世界知名，由此可見我國的無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)非常成熟。我國無人機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)延伸至各行各業(yè)，如農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)等，本文討論的則是無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用。

三、無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)

地質(zhì)災(zāi)害往往帶來重大的破壞和人員傷亡，因此在災(zāi)害發(fā)生時與發(fā)生后，如何及時獲取災(zāi)害現(xiàn)場信息及傳輸成為頭等問題，因成本和現(xiàn)場環(huán)境等因素的制約，載人飛機(jī)與傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感技術(shù)只能滿足部分情況下數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊螅鵁o人機(jī)系統(tǒng)具有其獨(dú)特的優(yōu)勢：

優(yōu)點(diǎn)：

1、低成本。目前無人機(jī)的價格較為合理，可選品牌與種類較多，可根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查任務(wù)來選擇無人機(jī)種類。維護(hù)方面，無人機(jī)配件使用周期長，維護(hù)成本較低，經(jīng)簡單的維護(hù)即可保持良好狀態(tài)。訓(xùn)練成本低，操控員只需要學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識和應(yīng)用知識并使用訓(xùn)練機(jī)培訓(xùn)即可順利操控?zé)o人機(jī)。

2、工作效率高。無人機(jī)便于攜帶，選擇較開闊場地便可起飛進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，能快速、精準(zhǔn)得到達(dá)災(zāi)害重點(diǎn)區(qū)域并獲取調(diào)查所需要的圖像，小型無人機(jī)僅需一個工作人員便可操作并完成地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查任務(wù)。

3、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。除大風(fēng)、雨雪天氣外，無人機(jī)可以在許多復(fù)雜的環(huán)境下飛行，比如人力無法到達(dá)的山區(qū)、交通被嚴(yán)重破壞的災(zāi)害點(diǎn)。代替普通人力在高危環(huán)境下工作，可大幅減小人員傷亡的可能性。

缺點(diǎn)：

無人機(jī)在飛行過程中易受到電磁干擾。附近若有強(qiáng)烈的電磁干擾，無人機(jī)將會失去控制，情況嚴(yán)重將造成重大事故甚至人員傷亡。因此在飛行前需確保附近沒有高架線、基站等具有高電磁干擾的設(shè)備。

四、無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用方法

1、實(shí)時圖傳

當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生時，災(zāi)害體往往穩(wěn)定性較差，加上地型的破壞，應(yīng)急調(diào)查人員無法進(jìn)入到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，在這種情況下，利用攜帶無線圖傳設(shè)備的無人機(jī)，由專人操控，深入到危險區(qū)域?qū)?zāi)害情況實(shí)時傳到后方的指揮中心，為地質(zhì)專家對災(zāi)害的研判提供技術(shù)支持。

無人機(jī)連接后方指揮中心組成的實(shí)時圖傳系統(tǒng)，在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用最為廣泛且效率最高。操控手控制無人機(jī)對專家無法到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行拍攝，將圖像實(shí)時傳輸至指揮中心，專家可根據(jù)圖像對災(zāi)害情況進(jìn)行分析，并指揮無人機(jī)飛行，根據(jù)現(xiàn)場需要，對災(zāi)害體進(jìn)行全方位調(diào)查或探究重要區(qū)域進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)查。

2、正射影象

正射影像是指將中心投影的像片，經(jīng)過糾正處理，在一定程度上限制了因地形起伏引起的投影誤差和傳感器等誤差產(chǎn)生的像點(diǎn)位移的影像。正射影像作為一種測繪產(chǎn)品，同時具有數(shù)學(xué)精度、幾何精度和影像特征，信息量大，直觀真實(shí)，內(nèi)容豐富。

由于某些地質(zhì)災(zāi)害的特殊性，如滑坡災(zāi)害群，其面積十分廣闊，正常的調(diào)查與監(jiān)測工作就變得費(fèi)時費(fèi)力，此時正射影像圖恰好可發(fā)揮其特性。如下圖：

由左側(cè)九張航拍圖像拼接成為右側(cè)一張完整的現(xiàn)場圖像，得出圖像既包含細(xì)節(jié)又體現(xiàn)整體。成果圖影像上具有方位、坐標(biāo)及尺寸等數(shù)據(jù)，經(jīng)專業(yè)軟件解析，可直接在圖像上測量距離及面積。

3、傾斜攝影

傾斜攝影技術(shù)是通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同的角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。傾斜攝影可真實(shí)反映災(zāi)害體周邊情況，相較正射影像，傾斜影像能提供更多角度去觀察災(zāi)害體，通過影像后處理軟件應(yīng)用，可直接基于成果影像進(jìn)行包括面積、角度、長度、高度、坡度、方位、坐標(biāo)等的測量以及計(jì)算堆積體的體積，擴(kuò)展了無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用。如下圖：

該圖像中區(qū)域與正射影像展示圖片中相同，再經(jīng)過傾斜攝影技術(shù)，成果圖可從不同角度觀察該區(qū)域，可拉近縮小局部區(qū)域，可測量斜坡的坡向、坡高、坡長等數(shù)據(jù)，更加直觀且全面得反應(yīng)了真實(shí)情況。

五、結(jié)束語

無人機(jī)技術(shù)所具備的高機(jī)動性、便捷性、低成本使用性、適用范圍廣等特點(diǎn)對于地質(zhì)調(diào)查工作是傳統(tǒng)調(diào)查方法所無法比擬的，其特點(diǎn)使這一技術(shù)可以用于各種地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查任務(wù)，并隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和后期數(shù)據(jù)處理能力的提高，各種小型傳感器在無人機(jī)上的應(yīng)用，無人機(jī)技術(shù)將成為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及環(huán)境監(jiān)測等不可缺少的重要手段，在國土、水里、交通、電業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等諸多領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。

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