無人機低空航測在環境地質調查中的應用

黃勤 周鵬 張嘯翼

摘要：針對無人機低空航測在環境地質調查中的應用，采取實例分析的方法，做了簡單的論述，總結了無人機低空航測技術的應用優勢和策略。首先，分析了無人機低空航測技術原理和優勢;其次，結合實例分析了無人機低空航測技術的具體應用;最后，對技術的應用進行了總結。

關鍵詞：無人機低空航測;環境地質調查;實例分析法

中圖分類號：X141 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）08-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.058

Application of low altitude aerial survey of UAV in environmental geological survey

Huang Qin， Zhou Peng， Zhang Xiaoyi

（Chongqing Geological Hazard Automation Monitoring Engineering Technology Research Center Chongqing Huadi Resources Technology Co.， Ltd.， Chongqing 400000，China）

Abstract： In view of the application of low-altitude aerial survey of UAV in environmental geological survey， a case analysis method is adopted， and the application advantages and strategies of low-altitude aerial survey technology of drone are summarized. Firstly， the principle and advantages of low-altitude aerial survey technology for drones are analyzed. Secondly， the specific application of low-altitude aerial survey technology for drones is analyzed with examples. Finally， the application of the technology is summarized.

Key words： low-altitude aerial survey of drone; environmental geological survey; example analysis

近年來，無人機低空航測技術快速發展，技術水平不斷提高，帶動著技術的多領域應用。在環境地質調查中采用此方法，能夠克服復雜的測繪環境，降低環境地質調查的難度，提高地質調查工作的效率和質量水平，具有推廣應用的價值。

1 無人機低空航測技術原理分析

從當前低空航測實際來說，采用的無人機技術，主要是利用無人飛行器作為載體，應用CNSS導航技術和IMU定姿模塊，結合使用高性能的數字相機設備，實現空中測量，獲得地面的情況系列和信息。利用計算機軟件，對獲得的數據進行處理，生成測量數據。基于無人機航測系統，開展環境地質調查工作，能夠提高工作效率，降低飛行成本。應用的無人機，主要組成包括GNSS定位和固定翼以及高分傳感器等。技術應用優勢如下：（1）地理信息數據更新速度很快。采用無人機技術，組織開展低空航測，對天氣環境要求不高，相比傳統測量方法制約因素很少，可以實現對各類數據的高效采集。（2）采用無人機低空航測技術，獲得的測量結果分辨率很高。究其原因，使用多光譜傳感器和高分數碼相機等，實現對數據信息采集質量的把控。（3）成本交底。低空航測作業實踐中借助GNSS定位，利用各類軟件，對采集的影像自動化拼接，后期成本降低，保證了影像處理的效率。

2 無人機低空航測在環境地質調查中的應用實例

2.1 案例概述

以某環境地質調查項目為例，航測區域總面積大約為80km2，區域內海拔范圍為850～1250m，主要為丘陵和低山。航測作業前，發生了山體塌方和滑坡。區域內存在著很多煤礦，極易引發地質災害隱患，因此組織環境地質調查，意在明確塌陷區域內土地和房屋建筑等的破壞情況，掌握地面塌陷發育規律，提出相應的土地恢復治理模式以及整治對策。現結合具體實踐，進行如下分析。

2.2 無人機低空航測

2.2.1 控制測量

開展航測作業前，在測區開展了E級GNSS控制測量。測量平面選擇的是1980西安坐標系;高程選擇的是1985國家高程基準，為下步測量作業的開展提供基準數據。設置的像控點，全部設置在單架次飛行區域的四角以及中心，為平高控制點。設置的像控點標志是邊長1m以上的兩個對頂點三角形，能夠在航拍影像資料上清晰判讀，在水泥和其他硬化地面上設置的像控點，使用白色油漆進行噴涂標;對于土質地面，使用白灰標記。像控點運用RTK方法實施測量，各個點都運用重新初始化儀器的方法，進行2次獨立觀測，選擇平均值作為測量最終結果。經過計算全部像控點都可以達到要求，平面位置中誤差的結果為±0.028，能夠滿足平面精度0.24m的要求;高程中誤差的結果為±0.037m，達到了高程精度0.20m的基本要求。除此之外，選擇具有代表性的地物標志，組織開展檢查點測量作業，實現對內業數據處理精度的全面把握。

2.2.2 飛行方案

飛行方案內容如下：（1）航攝參數的設定。焦距設定為15mm定焦;低空測量比例尺設定為1：2000;飛行相對航高度設定為500mm;地面分辨率設定為20cm;旁向重疊度設定為80%;單架無人機飛行時間小于35min。（2）航測時間在9：00-15：00內選擇，進而保證航攝的效果。航測作業前，需要對飛機以及搭載的相機進行檢查，掌握電池電量和相關設備的基本情況，保證沒有異常情況。采取彈射架逆風起飛的方法飛行，風力小于3級，同時起飛方向直線100m內沒有大于12m的障礙物。（3）低空航測作業中，航線的方向要和風向保持垂直，區域內不存在相對高差大于400m障礙物，控制飛行速度控制為80km/h，相對于地面速度處于70～90km/h范圍內，地面操控站和無人機間距不超過4km，同時保證操控站和無人機正常通訊。（4）飛機降落時選擇的是機腹著陸方式，所以對建設的降落場地環境條件，有著很高的要求，要選擇規格為50m×30m（長×寬）的平整軟質地面。當飛機降落后，做好飛機情況的檢查，傳輸數據信息，同時填寫飛行記錄表。（5）數據檢查。經過檢查明確，數據都可以達到標準，比如像片傾角平均不超過5°，因為重疊度比較高，沒有相對漏洞以及絕對漏洞[1]。

2.3 航測數據的處理

從無人機航飛影像的處理實際來說，選用InphoUASMaster軟件進行處理，執行流程如下：（1）數據準備。基于實際需求，準備檢驗報告和攝站坐標以及航線定義等。（2）建立工程。在執行中主要內容為相機定義、導入影響和控制點坐標、建立航線。（3）空三加密。按照標定控制點-自動匹配、點刪除、調整匹配的流程，做好空三加密的把控。（4）DEM生成。按照定義輸出參數、生成DSM/DEM流程，開展相應的作業。（5）DOM生成。按照引入DSM、設置參數、正射糾正的流程，進行相應的作業。（6）拼接勻光。按照添加影像、拼接鑲嵌、勻光處理的流程，執行處理作業。空三數據處理后，高程中誤差結果為0.093m、基本定向點平面中誤差結果為0.126m，能夠達到規范規定[2]。

3 無人機低空航測在環境地質調查中的應用總結

3.1 應用效果

從環境地質調查實踐來說，無人機低空航測技術的應用，獲得了以下效果：（1）采用無人機航測作業手段，采集的影像資料，包含著豐富的信息，實現了災害體表面信息的全面覆蓋，經過影像解譯后，能夠明確地質災害體的孕災環境以及承災提，為災害治理和避讓以及觀測等，提供有力的依據。（2）運用無人機低空航測手段，獲得的航測結果具有高分辨率優勢，能夠實現對土地利用情況以及災害體上各類工程設施的建設等高效判讀，同時結合孕災環境，能夠綜合評判利用以及建設的可行性以及合理性，對于地質災害區域，比如滑坡等的不合理利用，采取糾正措施進行處理。（3）基于無人機低空航測技術，能夠對緩動地質災害，例如軟性基質上的滑坡體變化，實施動態化監測，結合運用地質物探方法和地下水觀測方法等，實現對地質災害立體式的綜合觀測[3]。

3.2 應用策略

從無人機低空航測在環境地質調查中應用實際來說，若想發揮技術的作用，要做好全面的把控。在具體實踐中采取以下策略：（1）制定完善的技術應用方案。按照環境地質調查的要求和目標，設計無人機低空航測作業方案，加大對航測結果質量的把控，為后續工作的開展提供相應的支持，保證工作的質量。（2）做好無人機低空航測作業環節的把控。在航測作業中嚴格按照作業的規范和要求，組織開展測量作業，保證環境地質調查結果的精準性和質量，保障各項工作的有效開展。（3）做好數據處理質量的把控。在無人機低空航測實踐中，若想保證環境地質調查結果的真實性和有效性，要做好數據處理質量的把控，做好數據誤差的嚴格把控，避免因為數據不準確或者其他問題的出現，影響著環境地質調查工作質量和效率。除此之外，要做好數據信息的合理利用。基于環境地質調查結果，組織開展各項工作，提高數據利用率[4]。

4 結束語

綜上所述，無人機低空航測在環境地質調查中應用，發揮著重要的作用。若想保證技術的合理應用，發揮無人機低空航測的積極作用，要做好全過程的把控。在具體實踐中采取以下策略：定完善的技術應用方案;做好無人機低空航測作業環節的把控;做好數據處理質量的把控。

參考文獻

[1]毛建華.低空輕型無人機航測技術在礦山地形測繪中的應用探究[J].世界有色金屬，2018（21）：16+18.

[2]程文宇，馮瀟.低空多旋翼無人機航測在風景園林規劃設計前期現場觀測中的應用[J].中國園林，2018，34（11）：97-101.

[3]劉萬松，嚴玉奎，劉沉香，于暉，張廣利，趙棟.低空輕型無人機航測技術在水泥礦山地形測繪中的應用[J].中國非金屬礦工業導刊，2018（02）：53-54+56.

[4]趙培，王光彥，王之順，鄭亞運.消費型無人機在低空航測中的可行性應用研究[J].礦山測量，2018，46（03）：20-22.

收稿日期：2019-05-02

作者簡介：黃勤（1985-），男，漢族，碩士學歷，工程師，研究方向為地質災害工程地質勘查信息處理系統設計與開發。