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

貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一〇五地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽 550000

1 無人機(jī)發(fā)展概況

無人機(jī)（UAV）是一種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、無人駕駛、空氣提供升力的航空器，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域均得到了廣泛運(yùn)用。無人機(jī)遙感是一種新型遙感系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)性、全天候的遙感探測(cè)。我國(guó)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚，21世紀(jì)初才進(jìn)入飛速發(fā)展階段，并開始向民用轉(zhuǎn)變，在測(cè)繪領(lǐng)域大放異彩。2016年至今，國(guó)家科技部進(jìn)一步擴(kuò)大了對(duì)無人機(jī)遙感領(lǐng)域的相關(guān)支持，并在廣域航空安全監(jiān)控、城市群經(jīng)濟(jì)區(qū)域建設(shè)與管理服務(wù)、城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境綜合檢測(cè)服務(wù)等領(lǐng)域取得了一定的成果。目前，我國(guó)無人機(jī)遙感發(fā)展呈多樣化趨勢(shì)，其在生態(tài)環(huán)境資源監(jiān)測(cè)、災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)監(jiān)測(cè)以及國(guó)土突發(fā)事件監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。

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

2.1 地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)調(diào)查

地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)調(diào)查包括單體與區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害野外調(diào)查，為室內(nèi)精細(xì)化遙感解譯與分析奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪

與其他測(cè)繪相比，無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，可快速完成受災(zāi)區(qū)域測(cè)繪工作，全面、及時(shí)地掌握災(zāi)區(qū)最新情況。通過無人機(jī)遙感技術(shù)獲取高清影像、地形數(shù)據(jù)，可與災(zāi)前影像進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)災(zāi)情的精準(zhǔn)評(píng)估。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害地表形變監(jiān)測(cè)

隨著無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)可以搭載各種高光譜相機(jī)、雷達(dá)等，獲得高精度數(shù)據(jù)，分析地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域位移、變形、沉降、紋理特征等，并實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警。

2.4 地質(zhì)災(zāi)害場(chǎng)景三維重建

基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展，通過無人機(jī)與三維重建技術(shù)的運(yùn)用，可構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域三維立體場(chǎng)景，為防災(zāi)減災(zāi)教育與科普提供技術(shù)支撐。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

某水電站區(qū)內(nèi)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(xù)降水后邊坡上部出現(xiàn)落石，下方被動(dòng)網(wǎng)受到撞擊后嚴(yán)重?fù)p壞，安全風(fēng)險(xiǎn)大，必須做好相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，為工程防治提供數(shù)據(jù)參考。

3.2 無人機(jī)遙感調(diào)查方法

該項(xiàng)目區(qū)采用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，主要調(diào)查流程如圖1所示。

圖1 無人機(jī)遙感調(diào)查流程

（1）前期準(zhǔn)備：收集研究區(qū)資料、定點(diǎn)勘察以及確定飛行區(qū)域。（2）航線設(shè)計(jì)：基于調(diào)查區(qū)域與相關(guān)資料開展航線設(shè)計(jì)，并布設(shè)控制點(diǎn)。（3）航拍攝影：根據(jù)航線設(shè)計(jì)方案開展航拍攝影工作。（4）內(nèi)業(yè)處理：獲取密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，生成地質(zhì)災(zāi)害三維模型、數(shù)字正射影像。（5）遙感解譯：基于數(shù)據(jù)成果開展地質(zhì)災(zāi)害體遙感解譯，并構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害空間屬性數(shù)據(jù)庫。

3.3 無人機(jī)遙感調(diào)查應(yīng)用情況

（1）設(shè)備參數(shù)。該項(xiàng)目采用的是大疆M600Pro多旋翼無人機(jī)，五鏡頭多方向航拍，飛行區(qū)域面積0.5km2，具體參數(shù)如表1所示。

表1 無人機(jī)與相機(jī)參數(shù)

（2）航線設(shè)計(jì)。該項(xiàng)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(shè)計(jì)密集，航向、旁向重疊度分別為85%、80%，無人機(jī)共兩次起落，獲取2780幅數(shù)字影像。

（3）數(shù)據(jù)處理。此次無人機(jī)搭載的是普通高分辨率數(shù)碼相機(jī)，為保證成果精度，需要對(duì)影像進(jìn)行畸變校正與勻色，導(dǎo)入相機(jī)中POS數(shù)據(jù)，開展同名點(diǎn)匹配，并按共線條件方程開展自由網(wǎng)平差；導(dǎo)入地面控制點(diǎn)坐標(biāo)信息，實(shí)施空中三角測(cè)量加密，生成密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲得正射影像、三維模型。數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程

（4）地質(zhì)災(zāi)害解譯。通過遙感影像解譯，對(duì)目標(biāo)區(qū)域已發(fā)生和存在隱患的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行全面調(diào)查，可查明空間分布與屬性特征。①落石災(zāi)害分析。根據(jù)生成的邊坡三維場(chǎng)景，局部放大可明顯識(shí)別落石災(zāi)害點(diǎn)位置。根據(jù)三維模型分析顯示，落石災(zāi)害點(diǎn)處于出線場(chǎng)上方560m位置，高度為1930m，坡度為36°，落石巖性為大理巖。通過對(duì)周邊巖體產(chǎn)狀特征分析，基本判定原始危巖體底部、后緣發(fā)育，巖體受傾于坡面、反傾于坡外的兩組近于正交結(jié)構(gòu)面控制。由此，可基本判斷危巖失穩(wěn)原因是持續(xù)降水后，雨水滲入主控結(jié)構(gòu)面裂隙，裂隙拉裂、貫通，巖體失穩(wěn)后滑落。在巖體整個(gè)滑落過程中，持續(xù)存在碎塊石分離，呈明顯的直線型滾落路徑，長(zhǎng)度為776m。②該測(cè)區(qū)結(jié)合無人機(jī)遙感成果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，對(duì)落石滾落演化過程進(jìn)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(wěn)，從母巖分離后獲初始動(dòng)能，滾落時(shí)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(nèi)，并撞擊至第一道被動(dòng)網(wǎng)，被動(dòng)網(wǎng)損壞、落石碎裂，部分越過被動(dòng)網(wǎng)繼續(xù)滾落；墜落階段，落石砸到下方出線場(chǎng)內(nèi)破碎。③危巖隱患點(diǎn)遙感解譯。結(jié)合已經(jīng)發(fā)生的落石災(zāi)害，開展邊坡圍巖隱患點(diǎn)遙感解譯，危巖共計(jì)29個(gè)，主要集中在1550～1840m處，屬于特高位危巖，坡度為45°～55°。

基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建的三維模型進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，獲取地質(zhì)災(zāi)害體屬性信息，測(cè)得落石原始體積為11.7m3；通過最小二乘法對(duì)結(jié)構(gòu)面開展平面擬合，計(jì)算得到結(jié)構(gòu)面J1傾向?yàn)?75.4°、傾角為∠31.2°；結(jié)構(gòu)面J2傾向?yàn)?03.5°、傾角為∠63.3°。

4 結(jié)束語

綜上所述，近年來我國(guó)無人機(jī)技術(shù)越加成熟，并朝著重量輕、體積小、精度高、抗干擾性強(qiáng)等方向發(fā)展。目前，無人機(jī)遙感在地質(zhì)災(zāi)害、農(nóng)田監(jiān)測(cè)、國(guó)家應(yīng)急救援等領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用，尤其是可較好為地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)調(diào)查、應(yīng)急測(cè)繪、地表形變監(jiān)測(cè)以及三維重建提供高精度遙感成果，滿足相關(guān)防治或應(yīng)急處理需求。