無人機遙感技術在地質災害調查中的應用

貴州省地質礦產勘查開發局一〇五地質大隊，貴州 貴陽 550000

1 無人機發展概況

無人機（UAV）是一種動力驅動、無人駕駛、空氣提供升力的航空器，在工業、農業、軍事等領域均得到了廣泛運用。無人機遙感是一種新型遙感系統，能實現機動性、全天候的遙感探測。我國無人機產業發展相對較晚，21世紀初才進入飛速發展階段，并開始向民用轉變，在測繪領域大放異彩。2016年至今，國家科技部進一步擴大了對無人機遙感領域的相關支持，并在廣域航空安全監控、城市群經濟區域建設與管理服務、城鄉生態環境綜合檢測服務等領域取得了一定的成果。目前，我國無人機遙感發展呈多樣化趨勢，其在生態環境資源監測、災害應急響應監測以及國土突發事件監測中發揮著重要作用。

2 無人機遙感技術在地質災害調查中的應用

2.1 地質災害基礎調查

地質災害基礎調查包括單體與區域地質災害野外調查，為室內精細化遙感解譯與分析奠定堅實的基礎。

2.2 地質災害應急測繪

與其他測繪相比，無人機的機動性更強，可快速完成受災區域測繪工作，全面、及時地掌握災區最新情況。通過無人機遙感技術獲取高清影像、地形數據，可與災前影像進行對比，實現災情的精準評估。

2.3 地質災害地表形變監測

隨著無人機遙感技術的發展，無人機可以搭載各種高光譜相機、雷達等，獲得高精度數據，分析地質災害區域位移、變形、沉降、紋理特征等，并實現早期預警。

2.4 地質災害場景三維重建

基于計算機視覺技術的發展，通過無人機與三維重建技術的運用，可構建地質災害區域三維立體場景，為防災減災教育與科普提供技術支撐。

3 應用實例

3.1 項目概況

某水電站區內河谷是典型“V”形高山峽谷地貌，1700m高程以上河谷開闊，而1700m以下河谷狹窄。2018年8月，持續降水后邊坡上部出現落石，下方被動網受到撞擊后嚴重損壞，安全風險大，必須做好相關地質災害調查工作，為工程防治提供數據參考。

3.2 無人機遙感調查方法

該項目區采用無人機遙感技術進行地質災害調查，主要調查流程如圖1所示。

圖1 無人機遙感調查流程

（1）前期準備：收集研究區資料、定點勘察以及確定飛行區域。（2）航線設計：基于調查區域與相關資料開展航線設計，并布設控制點。（3）航拍攝影：根據航線設計方案開展航拍攝影工作。（4）內業處理：獲取密集點云數據，生成地質災害三維模型、數字正射影像。（5）遙感解譯：基于數據成果開展地質災害體遙感解譯，并構建地質災害空間屬性數據庫。

3.3 無人機遙感調查應用情況

（1）設備參數。該項目采用的是大疆M600Pro多旋翼無人機，五鏡頭多方向航拍，飛行區域面積0.5km2，具體參數如表1所示。

表1 無人機與相機參數

（2）航線設計。該項目是典型的高山峽谷地貌，地形起伏大，無明顯的地物特征。此次航線設計密集，航向、旁向重疊度分別為85%、80%，無人機共兩次起落，獲取2780幅數字影像。

（3）數據處理。此次無人機搭載的是普通高分辨率數碼相機，為保證成果精度，需要對影像進行畸變校正與勻色，導入相機中POS數據，開展同名點匹配，并按共線條件方程開展自由網平差；導入地面控制點坐標信息，實施空中三角測量加密，生成密集點云數據，獲得正射影像、三維模型。數據處理流程如圖2所示。

圖2 數據處理流程

（4）地質災害解譯。通過遙感影像解譯，對目標區域已發生和存在隱患的地質災害點進行全面調查，可查明空間分布與屬性特征。①落石災害分析。根據生成的邊坡三維場景，局部放大可明顯識別落石災害點位置。根據三維模型分析顯示，落石災害點處于出線場上方560m位置，高度為1930m，坡度為36°，落石巖性為大理巖。通過對周邊巖體產狀特征分析，基本判定原始危巖體底部、后緣發育，巖體受傾于坡面、反傾于坡外的兩組近于正交結構面控制。由此，可基本判斷危巖失穩原因是持續降水后，雨水滲入主控結構面裂隙，裂隙拉裂、貫通，巖體失穩后滑落。在巖體整個滑落過程中，持續存在碎塊石分離，呈明顯的直線型滾落路徑，長度為776m。②該測區結合無人機遙感成果與現場調查情況，對落石滾落演化過程進行分析，主要可分為以下三大階段：滾落初始階段，危巖體失穩，從母巖分離后獲初始動能，滾落時粒徑較大完整塊石脫離，集中在路徑0～54m處；撞擊階段，落石在487m處落至沖溝內，并撞擊至第一道被動網，被動網損壞、落石碎裂，部分越過被動網繼續滾落；墜落階段，落石砸到下方出線場內破碎。③危巖隱患點遙感解譯。結合已經發生的落石災害，開展邊坡圍巖隱患點遙感解譯，危巖共計29個，主要集中在1550～1840m處，屬于特高位危巖，坡度為45°～55°。

基于點云數據構建的三維模型進行數據提取，獲取地質災害體屬性信息，測得落石原始體積為11.7m3；通過最小二乘法對結構面開展平面擬合，計算得到結構面J1傾向為275.4°、傾角為∠31.2°；結構面J2傾向為103.5°、傾角為∠63.3°。

4 結束語

綜上所述，近年來我國無人機技術越加成熟，并朝著重量輕、體積小、精度高、抗干擾性強等方向發展。目前，無人機遙感在地質災害、農田監測、國家應急救援等領域得到了廣泛運用，尤其是可較好為地質災害基礎調查、應急測繪、地表形變監測以及三維重建提供高精度遙感成果，滿足相關防治或應急處理需求。