無人機航測技術在山洪災害調查評價中的應用研究

焦志良

摘 要：山洪災害調查是防災、減災、救災的重要方法之一。傳統的調查手段效率低、觀測成本高、時間周期長。通過無人機低空航測技術可快速、高效獲取高分辨率影像。本文對無人機航測技術進行了研究，使其輔助進行山洪災害調查工作。應用結果表明，該方法用于山洪災害調查效果高、成本低，數據成果精度高，能夠滿足山洪災害調查工作要求。

關鍵詞：無人機航測技術；山洪災害；調查評價；應用

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0151-01

前 言

山洪災害多發生于高山峽谷中，由于這些地區的地形和植被復雜性，往往缺少較為詳細的地形、地質資料，因此，如何快速獲取山洪溝內的地形資料、植被覆蓋情況是研究山洪災害發生機理的重要前提。無人機低空攝影測量作為一項空間數據獲取的重要手段，具有輕小、續航時間長、影像實時傳輸、高危地區探測、成本低、高分辨率、機動靈活等優點，是衛星遙感與有人機航空遙感的有力補充，在山洪災害調查評價中的應用具有一定的效果。

1 無人機航測系統

無人機航測系統主要是利用無人機，并搭載相機、紅外線熱像儀以及傳感器等零部件，在空中對一定空間內的地形進行數據獲取，并制作出相應的數據成果圖。這是一種具靈活性高、成本低的數據采集和處理系統。與傳統的航測技術不同的是，該項技術活動空間屬于低空領域，其是對衛星遙感技術的有效補充。

1.1 系統組成

無人機低空航測系統由地面指揮保障系統、無人飛行平臺、傳感器和數據后處理系統四大部分組成。

1.2 技術特點

近年來，無人機的快速發展得到人們廣泛關注，其技術已經較為成熟，具有很多傳統航測及衛星遙感所不具備的優勢：①運作成本相對于大飛機航飛較低，作業靈活簡單；②可以根據天氣情況適當調整飛行的高度，并且還可以在云下進行攝影；③其具有高分辨、高信息量影像的特點。

2 主要應用方面和技術優勢

通過無人機低空航測技術可以快速獲取調查區域的高分辨率影像，實地測量像控點，制作并輸出4D產品，可輔助進行山洪災害調查評價、山洪災害應急監測和山洪災害災后快速評估工作。

2.1 基礎地理信息快速獲取

通過無人機低空航測技術，獲取流域區域的分辨率優于10cm的影像，生成流域范圍內的高分辨率的正射影像圖、高密度的點云數據和具有真實紋理的三維模型。通過疊加點云和正射影像，采集特征點、線的高程和平面數據。通過正射影像或原始影像辨別相關植被和土地利用類型、重要水利設施等內容。建立點云密度、維度特征、形狀特征和流域下墊面、坡面糙率參數關系。

2.2 應急監測

通過無人機低空航測技術，可以在山洪災害發生時對局部山洪、洪澇災害、旱情進行應急快速監測。通過多周期的連續高清晰影像數據，可以快速分析災情發展、進展情況，為搶險提供輔助決策。

2.3 災后災情快速評估

通過無人機低空航測技術在災后第一時間內進行數據獲取，對比災前影像數據，快速分析和評估災情情況，為防災減災決策和救援提供數據支撐。

3 山洪災害調查要素自動提取

3.1 調查要素自動提取流程

由無人機激光雷達系統自動提取山洪災害調查要素的流程如圖1所示。

由圖1可知，基于無人機激光雷達系統自動提取山洪災害調查要素的主要過程如下：

①首先對獲取的原始激光點云數據進行前期處理，獲得一份基礎數據。②然后采用分區格網濾波方法實現地面點云與非地面點云的自動分類，完成地面點云的濾波。③根據地面點云數據，采用TPS插值法進行河道斷面高程的插值，并且根據相關提取步驟進行河道斷面數據信息的自動獲取。④對于非地面點云數據，需要利用模糊C均值聚類法對居民戶點云數據提取，并結合設定的閾值條件獲得居民戶的輪廓形狀。第五，在獲取的居民戶輪廓位置及中心點高程信息和河道斷面信息對沿河居民點高程進行糾正，并結合業內調查的居民人口數量，最終得到沿河分布的居民戶人口及高程分布結果。

3.2 關鍵技術與分析

由于發生災害后云層較低，航飛時應綜合考慮地面分辨率和航飛效率，選擇適應的相機鏡頭。長時間航飛時可能中途遇雨，飛機所用木漿在雨中運轉會遭受損害進而可能引發不可預料的后果，因此，飛行設計時，應備好其他材料的螺旋槳。此外，山洪災害調查流域包含大量的居民區，為保證數據處理精度在居民區也應均勻布設像控點，應合理選擇控制點位置及測量方式，快速準確地采集像控點。通過采集的影像數據提取生成高精度的點云模型和三維影像模型。最后，利用高分辨率航片的分類及差值算法對受災前后的高分辨率影像進行對比分析，自動分析洪水前后的建筑物、植被等地貌和建筑物變化情況，評估災害損失情況。

4 結束語

總之，無人機航測技術具有測量精度高、重量輕、適應性強、操作簡單等優點，將其應用到山洪災害調查評價中，能夠有效解決山洪災害中的關鍵技術問題，達到良好的效果。因此，無人機航測技術在山洪災害中的應用前景十分良好。

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收稿日期：2018-3-14