無人機航攝技術在地表變形監測中的應用

（四川省冶勘設計集團有限公司，四川成都 610051）

四川省內地質災害種類多、分布廣、地理環境復雜、人類工程活動較多，使之成為地質災害的多發區、易發區。在“5.12”汶川大地震、“4.20”蘆山地震、“8.8”九寨溝地震等較大地震發生后，地面影像數據獲取速度、數據處理速度逐漸提升，成果精度及市場普及率大幅度提高。無人機航攝技術已經慢慢發展成為地災應急的重要技術之一，較傳統測繪而言，具有高效、現勢性強、成果直觀、人力成本低等優勢；較傳統攝影測量方式而言，具有機動性強、數據分辨率較高、成本較低等特點，能夠滿足地災應急的時效性和精度要求[1]。通過多時態數據的分析比對及對影像的判讀、量測和分析，可以清晰識別受災區域、判斷受災程度，為地質災害應急救援與搶險救災提供決策支持[2-3]。

1 研究區概況

受連續強降雨影響，2020年6月17日凌晨3時20分，四川省甘孜州丹巴縣半扇門鄉梅龍溝爆發大規模山洪泥石流災害，泥石流及洪水沖刷掏蝕對岸的阿娘寨古滑坡坡腳，造成坡腳大面積滑坡，上部古滑坡體發生大范圍變形。由于該滑坡下滑的風險較大，為降低測量人員風險，采用無人機航攝的方式，快速獲取滑坡體區域的影像數據，在三維模型成果上對變形量進行測量，通過對影像數據成果進行比對，分析地災體的變化趨勢，為防災減災提供技術依據。

2 數據獲取

本項目數據獲取設備為大疆無人機（Phantom4 RTK），是一款小型多旋翼高精度航測無人機，內置厘米級導航定位系統和高性能成像系統，便攜易用。

無人機主要參數指標如表1所示。

表1 無人機主要參數指標

（1）航攝平面坐標系統和高程系統：采用2000國家大地坐標系和1985國家高程基準。

（2）航攝分區和參數設計：根據滑坡體的地形情況，由于滑坡前緣和后緣高差大于500 m（2 000～2 580 m），本區域分為兩個航攝區（前緣區和后緣區）。飛行參數設計值如表2所示，分區圖如圖1所示。

表2 航攝參數設計

圖1 航攝分區示意圖

（3）像控點：根據資料收集及現場踏勘，該滑坡變形強烈，坡面路面變形嚴重，常伴有落石危險，本次使用的大疆精靈Phantom 4 RTK內置導航定位模塊，能滿足本項目對精度的需求，為保證數據獲取時效及搶險救災工作安全，不另外布設像控點[4-6]。

3 數據處理

對獲取的無人機數據進行快速處理，獲取三維實景模型、數字正射影像（DOM）、數字地表模型（DSM）成果。

數據處理技術路線如圖2所示。

圖2 數據處理技術路線

4 數據成果

通過對多次連續飛行獲得的DOM和三維模型數據進行量測、比較、分析，監測此滑坡體的變形情況，掌握其隨時間變化的規律[7-8]。

將不同時間序列的模型、DOM、DSM進行目視比較和差分分析，比較內容包括裂縫的長度、寬度，垮塌區域的形狀、色彩、相對高差、地表巖石的位置和狀態情況。航攝數據DOM成果如圖3所示。

圖3 航攝數據DOM成果

范圍線為6月23日獲取的DOM中滑坡體已下滑區域的大致邊界線，滑坡體整體處于不斷的下滑狀態，裸露地表范圍不斷增大，且處于持續變化階段，需要持續進行監測。

5 結語

在本項目的地表變形監測中，無人機憑借其靈活性和非接觸特性，能夠深入受災區域，提供快速、可靠、直觀的三維實景模型數據，實現地質災害應急管理、災情評估等任務，為災后重建提供地理信息依據。利用無人機對重點區域進行監測，有效利用無人機機動性強的特點，降低作業人員的勞動強度和作業風險，提高了應急工作的效率。通過軟件對地質災害體進行無人機低空航拍與快速建模，對滑坡體進行多時態分析，得到重點區域變化規律，獲取地質災害體的變形信息，實現對滑坡體的形態分布特征的精確描述，為專業監測與應急決策的順利實施及分析研判提供了重要數據支撐，科學有效地保證了現場施工救援人員的安全。

由于無人機機身較為輕巧，在一定程度上對復雜氣候條件的抵抗力不足，在高差較大或其他復雜地理條件下，無法進行作業。無人機雖能自動規劃飛行路線，但在重點區域的飛行需要人為干預，在地質災害中不能實現地質災害信息的自動提取等。對于無人機航攝技術在地質災害監測方面的應用研究，應以無人機快速建模后的災情快速解譯與快速空間分析為主，提高對數據量較大的無人機影像的處理速度，進一步提高成果數據的實時性和高效性。