淺談無人機(jī)航測技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪中的研究與應(yīng)用

熊濤

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四0五隊(duì)，湖南 吉首 416000）

近年來，隨著飛控系統(tǒng)的開源、配套技術(shù)的進(jìn)步以及民用無人機(jī)市場的擴(kuò)張，使得無人機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到了飛速發(fā)展。在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪領(lǐng)域，特別是在近年發(fā)生的各類山體滑坡、崩塌和泥石流災(zāi)害的測繪和救援工作中，無人機(jī)在通信保障、監(jiān)控預(yù)警、三維建模、輔助決策等方面起到了重要作用，提高了測繪和救援效率、減少了人員傷亡。但在實(shí)戰(zhàn)中也暴露了無人機(jī)在功能模塊、續(xù)航能力上的短板。傳統(tǒng)的災(zāi)后調(diào)查方法局限性較大，并且效率已經(jīng)無法滿足當(dāng)前對(duì)于災(zāi)情救援的需求，因此無人機(jī)在應(yīng)急測繪工作中的應(yīng)用得到了更多重視。無人機(jī)運(yùn)行不受交通影響，同時(shí)能夠克服次生災(zāi)害，迅速地采集災(zāi)區(qū)情況，得到其實(shí)際影響，數(shù)字模型和三維模型，為救援提供有效的決策依據(jù)。

一、無人機(jī)的工作原理

無人機(jī)是一種通過無線遙控技術(shù)和自動(dòng)控制裝置操作的無人飛行器，現(xiàn)行的應(yīng)急測繪無人機(jī)多為多旋翼無人機(jī)，機(jī)載各類功能模塊設(shè)備，無人機(jī)系統(tǒng)的主要組成部分包括飛機(jī)本體、動(dòng)力部分、飛控部分、數(shù)據(jù)通信部分等，其中整個(gè)系統(tǒng)的核心是飛控部分，直接影響到無人機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)關(guān)系到實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)連接部分保證了無人機(jī)能夠在較低時(shí)延下接受并相應(yīng)指令，從而完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制。

二、無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

（一）較為機(jī)動(dòng)靈活

小型無人機(jī)重量較輕并且需要較少的操作人員，通常來說2人就能很好地完成無人機(jī)操作。同時(shí)由于重量輕的特點(diǎn)，當(dāng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)能夠較為方便地帶入現(xiàn)場，迅速起到應(yīng)急測繪作用。另外其飛行速度控制較為方便，具有靈活機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，迅速達(dá)到災(zāi)害地點(diǎn)。另外，無人機(jī)對(duì)于起飛條件要求不高，起飛容易，這對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急測繪工作來說有著重要的意義。

（二）視野全面

當(dāng)前在無人機(jī)的研究領(lǐng)域，已經(jīng)嘗試著將數(shù)據(jù)鏈技術(shù)和寬帶技術(shù)融入其中，擴(kuò)寬無人機(jī)視野，以便應(yīng)對(duì)不同的角度和光線條件，完成勘測任務(wù)。在低空飛行石，可以在無人機(jī)上配備先進(jìn)的成像技術(shù)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行跟蹤拍攝，提高測繪效率。

（三）操作簡單

無人機(jī)在操作上較為便捷，一般在視頻傳輸系統(tǒng)的配合下，就可以通過遠(yuǎn)程系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行飛行控制，并且對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。另外，如果客戶端接入公網(wǎng)，還可以采用電腦、手機(jī)等多種智能載體來控制無人機(jī)飛行，接口豐富，操作簡單。

（四）安全可靠

無人機(jī)實(shí)際飛行中對(duì)于環(huán)境的要求也相對(duì)較低，可以在非極端天氣下正常使用。在地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急測繪工作中，無人機(jī)的應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)測繪中的問題，提高了測繪質(zhì)量和效率，同時(shí)能夠?qū)ΜF(xiàn)場情況實(shí)施的監(jiān)測和跟蹤，為災(zāi)害的救援提供可靠依據(jù)，盡最大可能降低災(zāi)害的影響。

三、無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪中的應(yīng)用

（一）無人機(jī)先導(dǎo)偵察功能及其優(yōu)化

所謂先導(dǎo)偵察功能，是指當(dāng)有災(zāi)害發(fā)生后，消防無人機(jī)通過自主規(guī)劃航跡或者是手動(dòng)操作，首先進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行偵查，展開地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急測繪工作。當(dāng)前在應(yīng)急測繪工作中，無人機(jī)的工作方式大多數(shù)都為手動(dòng)為主、自主為輔，也就是通過遙控器來操作無人機(jī)進(jìn)行初步的偵查，在這之后的部分工作才能通過自主航跡規(guī)劃來完成。雖然這種操作方法較為簡單，但是其缺陷和不足較為明顯。例如在出動(dòng)無人機(jī)時(shí)，由于在人員操作方面存在限制，只有相關(guān)人員達(dá)到現(xiàn)場后才能安排無人機(jī)的偵查工作，也就進(jìn)行全面自主的先導(dǎo)偵查工作。因此在偵查功能上需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，為應(yīng)急測繪工作提供預(yù)判的空間。

（二）無人機(jī)圖像傳輸功能及其優(yōu)化

在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪工作中，無人機(jī)通信系統(tǒng)主要涉及圖像、數(shù)據(jù)以及無線電的傳輸。通過圖像模塊來將災(zāi)害現(xiàn)場的圖像傳回，這是應(yīng)急測繪工作的關(guān)鍵。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)急測繪工作中所配備的通信裝備，目前圖像傳輸方式中較為穩(wěn)定的有3G/4G傳輸和微波傳輸兩種。

1.3G/4G圖像傳輸

在無人機(jī)消防工作中，3G/4G圖像傳輸指的是通過4G設(shè)備來傳輸3G圖像，其現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳輸路徑主要有三方面，一是無人機(jī)攝像機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場拍攝，地面終端接收無人機(jī)數(shù)據(jù)。二是在地面終端處引出HDMI的接口，向地面的公網(wǎng)基站發(fā)射信息；三是通過訪問通信指揮中心登錄IP地址，連接服務(wù)器，即可獲取基站轉(zhuǎn)接的數(shù)據(jù)信息。

2.微波圖像傳輸

這種方式是指的是，消防通信人員通過便攜式發(fā)射終端，將無人機(jī)所獲取的數(shù)據(jù)信息以微波的形式向通信指揮車中的接收機(jī)發(fā)送，車載發(fā)射機(jī)對(duì)其進(jìn)行再次發(fā)射，通信指揮中心中就可以看到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，也就實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場、指揮車和指揮中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享。

（三）災(zāi)情勘察為救援行動(dòng)提供輔助決策

當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害事故發(fā)生時(shí)，救援人員不一定能夠進(jìn)入現(xiàn)場的核心區(qū)域。但是在復(fù)雜環(huán)境下的災(zāi)害事故現(xiàn)場，無人機(jī)可以自由靈活地進(jìn)入受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行全方位偵察，在災(zāi)害發(fā)生的第一時(shí)間確定核心位置，并對(duì)其做出合理救災(zāi)方案。

利用無人機(jī)上搭載各類偵檢模塊，可以對(duì)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行檢測。在地理復(fù)雜的救援現(xiàn)場，可利用無人機(jī)將實(shí)時(shí)地理數(shù)據(jù)、風(fēng)速、溫度等信息傳輸?shù)街笓]中心，制作二維、三維全景圖，對(duì)現(xiàn)場偵察，便于后方指揮中心制定合理的救援方案。

四、無人機(jī)應(yīng)急測繪方法

在應(yīng)急測繪工作中，無人機(jī)影像會(huì)有較大的數(shù)據(jù)量，通過常規(guī)處理效率較低，所需時(shí)間較長。在災(zāi)區(qū)中對(duì)時(shí)間要求較高，必須要對(duì)工作流程進(jìn)行合理調(diào)整和改進(jìn)，在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上來應(yīng)對(duì)不同的實(shí)際狀況，從而提高應(yīng)急測繪的效率和質(zhì)量，為救援工作提供最為可靠的數(shù)據(jù)依靠。對(duì)于無人機(jī)測繪來說，可以在應(yīng)急預(yù)案的制定、排排作業(yè)以及數(shù)據(jù)分析處理等環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，確保應(yīng)急測繪工作能夠滿足時(shí)間要求。

（一）制定應(yīng)急預(yù)案

科學(xué)合理地制定應(yīng)急預(yù)案，這時(shí)確保測繪工作質(zhì)量和效率的基礎(chǔ)。需要綜合考慮到現(xiàn)場實(shí)際的環(huán)境、設(shè)備以及人員因素。通常來說應(yīng)急預(yù)案需要包括崗位職責(zé)情況、操作手冊(cè)詳情以及緊急狀況處理等部分，并且要以實(shí)際為基礎(chǔ)不斷地對(duì)原進(jìn)行改進(jìn)和完善，并且通過實(shí)際模擬來提高應(yīng)用效果，確保預(yù)案中所設(shè)涉及的內(nèi)容都能得到充分的保障。

（二）應(yīng)急拍攝作業(yè)

在進(jìn)行應(yīng)急測繪工作時(shí)要做到針對(duì)性拍攝，首先保證災(zāi)區(qū)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，以該區(qū)域?yàn)橹行囊?guī)劃和計(jì)算其實(shí)際的影響范圍。一般來說，地質(zhì)災(zāi)害在丘陵、山地等地區(qū)較為常見，并且在這些地區(qū)可能會(huì)影響到無人機(jī)的飛行路線及高度，導(dǎo)致拍攝的照片沒有較為理想的視野范圍，并且影像邊緣質(zhì)量較差，失真問題嚴(yán)重。因此在設(shè)計(jì)航線時(shí)，要在災(zāi)害影響較重的區(qū)域以及拍攝質(zhì)量較差的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加密設(shè)置。并且，五鏡頭的相機(jī)較重，續(xù)航較差，需要進(jìn)行多次起飛來完成測繪任務(wù)，并且該種相機(jī)所采集的數(shù)據(jù)具有較大的冗余，在實(shí)際操作中要通過刷面方式來收集數(shù)據(jù)。

（三）數(shù)據(jù)應(yīng)急處理

在處理無人機(jī)所收集到的數(shù)據(jù)前，首先要檢查航片質(zhì)量，確保已經(jīng)全面覆蓋了重點(diǎn)區(qū)域。另外，災(zāi)區(qū)中往往存在著電力終端問題，無法穩(wěn)定供應(yīng)電力，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理設(shè)備滅有運(yùn)行環(huán)境，因此要通過降低數(shù)據(jù)處理量來提高作業(yè)效率。采用快速拼接軟件來自動(dòng)化拼接航片，通過現(xiàn)場地理信息以及像片控制點(diǎn)來糾正影像坐標(biāo)，制作數(shù)字影射圖。由于實(shí)景的三維建模需要耗費(fèi)較長時(shí)間，所以可以單獨(dú)處理重點(diǎn)區(qū)域航片來進(jìn)行傾斜攝影應(yīng)急建模。將災(zāi)區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理再將其拼接。如果采集數(shù)據(jù)的面積過大，可以將次重要部分的分辨率降低，從而提高建模速度。

五、結(jié)束語

通過無人機(jī)來進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急測繪工作，能夠提高測繪工作的質(zhì)量和效率，為救援工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持。但是當(dāng)前無人機(jī)測繪工作仍然存在一定的不足，例如容易受到環(huán)境影響、對(duì)從業(yè)人員要求高等等。隨著社會(huì)科技和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，無人機(jī)系統(tǒng)將更加完善，能夠在更惡劣的環(huán)境中有效運(yùn)行，為應(yīng)急測繪工作提供可靠支持。