無人機攝影測量技術在地質災害調查中的應用

王志坤

（江西省煤田地質局普查綜合大隊，江西 南昌 330038）

近年來，隨著國民經濟的發展和科技水平的不斷創新，人類在認識和改造自然環境的手段以及認識和改造自然環境的工具方面取得了顯著成就，傾斜攝影測量技術是其獨特優勢在許多領域的典型代表之一，發揮著重要作用。特別是近年來，在自然地質環境和地質災害問題日益嚴重的趨勢下，可以從不同的角度開始將無人機斜角攝影測量技術應用于地質災害調查，快速、高效的數據采集可以更全面地應對地質災害的形勢，有助于改善傳統調查模式面對地質災害調查的難度和范圍等特點的局限性和不足，為提高地質災害調查工作效率和成果質量提供技術支持[1]。

1 地質災害調查概述

地質災害主要是指自然地球動力活動、異常地質環境或人類活動造成的破壞和損失的地質現象，它不僅嚴重影響社會經濟發展，而且威脅人類生命財產安全。常見的災害類型有∶ 泥石流、地面塌陷、崩塌、地面裂縫、滑坡、地面沉降等。因此，為了有效避免地質災害的影響，減少其不利影響，必須重視地質災害調查，這是人們應對地質災害的必要條件。在地質災害調查過程中，應當盡可能收集災區的地層、氣象、水文、巖性資料，利用工具、儀器進行粗略測量，拍攝照片、錄像、繪制示意圖，充分了解地質災害的實際情況，確定地質體的特征、穩定性和發展趨勢，科學預測地質災害造成的損失，進行地質災害分類，為做好地質災害救援工作提供依據，創造良好條件。

2 無人機傾斜攝影測量技術及其優勢

隨著當前科學技術的創新影響，無人機有著機動性、易操作性、直觀性、可靠性等特點，同時，其飛行靈活、高機動性、操作便捷和高分辨率的顯著優勢，使得無人機傾斜攝影測量技術在地質災害調查中得到了廣泛應用，廣泛用于地質災害調查、監測、預警、評估以及地質災害應急現場處置等，它是計算機技術、遙感技術、掃描技術和定位技術相結合的產物。通過在飛行器上攜帶5個電子相機傳感器，在飛行器飛行過程中，可以從多個角度和多個方向拍攝目標區域。該技術的應用實現了數據的自動處理，由于航向和側向重疊率高，即使是小范圍的覆蓋也需要大量的數據，處理過程非常耗時，計算機硬件和軟件要求高。同時，在飛行過程中，傳感器同時記錄飛行器的速度、高度和坐標等相關參數。最后對收集到的信息進行分析和處理，為用戶提供最真實、客觀和全面的圖像，為災害體的穩定性、處理方案和疏散措施提供更有力的依據。因此，時常被用于完成衛星遙感和傳統測繪無法完成的任務，在評估和預測地質災害方面發揮著極其重要的作用。相較于傳統的其他測繪技術，無人機傾斜攝影技術具有高分辨率、高精準定位、高攝影攝像等多種功能，在地質災害調查中的優點主要體現在以下方面[2]。

2.1 高真實性

利用無人機傾斜攝影測量技術采集的數據，客觀、全面、真實地反映了目標區域的地理位置信息，實現了多角度、多方向實時動態拍攝的目的，與傳統的人工模型仿真技術相比，無人機傾斜攝影測量技術對目標區域的實際情況有較高的反映度，基本實現了礦山地質、地形地貌的真實投影，測量數據的精度得到了很大程度的提高。

2.2 高效率

通常地質災害發生區域的地質環境往往都非常的復雜、惡劣，導致在人員作業和設備應用方面難以有效的開展工作，進而浪費人力、物力、財力等；而采用無人機作為調查的“先行者”，通過無人機傾斜攝影技術，在作業時不易受到客觀環境因素的影響，能夠在較短的時間內獲取較大面積的影像資料，減少了的大量測繪人員外業工作量，避免了人員直接進入滑坡、崩塌等危險區域調查造成危險，同時也縮短了測繪周期，降低了測繪成本，具有較高的經濟意義。

2.3 高性價比

利用無人機傾斜攝影測量技術，在實際勘察作用過程中不易受到客觀環境因素的影響，設備本身具有靈活的客觀屬性，而且飛行器同時攜帶五個高靈敏度傳感器，由于每個傳感器采集的數據類型不同，每個傳感器獲得的數據是具有空間位置的圖像信息，可以有效地提高圖像的分辨率，同時可以用來輸出dom、dsm、dlg等數據，從而彌補了傳統測量技術的不足，提高了圖像數據的分辨率和精度。同時，該技術可以有效地提取紋理，促進二維到三維的映射工作，降低三維建模的成本。

3 無人機攝影測量在地質災害調查中的應用

在地質災害調查中，由于自然環境條件比較惡劣，導致調查人員往往難以及時到達災害現場，同時在調查工作開展過程中也存在著較高的安全風險。在加上傳統作業主要采用人工野外測量、遙感測量、航空測量等技術無法保證數據采集的全面性和精確性。而如果采用無人機技術，其具有靈活性高、適應性廣的特點，能夠滿足低空飛行和復雜環境下圖像數據采集的要求。因此，在地質災害調查中具有較高的應用價值。以滑坡災害調查為例，利用無人機數字攝影測量系統對被測區域進行低空斜攝，通過對圖像數據進行后處理，得到滑坡位移和地表裂縫的情況，同時根據圖像數據自動建立滑坡的三維模型，為工作人員準確評估災害程度或發布預警信息提供可靠的參考。

3.1 作業準備

無人機攝影測量工作的開展，主要需要做好以下準備工作，首先，進行設備調試和檢查。根地址災害調查的主要內容以及相關要求，作業人員進入災害現場進行無人機相關設備的調試，同時，采用通電檢查法來檢查無人機設備的電路、部件等狀態是否正常，確認無誤后在進入無人機測量作業試飛工作，主要是通過試飛工作來判斷無人機的飛行與攝像功能狀態，初步保障無人機狀態能夠滿足正常的工作需求;最后，定期維護。因為地質災害調查區域的規模往往非常的龐大，難以短時間內完成全部的測量作業，因此，要根據項目的相關要求，制定合理的作業計劃，同時為了避免無人機在長時間的工作下出現狀態下滑，需要在工作期間對無人機進行定期維護[3]。

3.2 獲取實時圖像

由于地質災害的突發性，一旦發生地質災害，調查人員往往不能及時趕到受災現場調查實際受災情況，此時通過無人機傾斜攝影測量技術可以及時獲取災區實時圖像，從而及時了解受災區域整體情況，保證救災的及時性。

3.3 正射影像技術

由于地質災害調查區域面積較大，普通的調查方式將耗費大量的人力物力，在調查過程中可能對調查區域調查詳細程度不足，從而影響最終調查結果的準確性。而無人機攝影測量正射影像是對測得數據精度、覆蓋面積、研究區現場特征完整覆蓋，保證了研究區域的整體性，調查人員可以對獲取的正射影像圖進行后期處理，從而獲得研究區詳細的地質信息，再結合其他地質資料，保證調查內容全面、真實、準確。

3.4 多視影像聯合平差技術

多視圖聯合平差技術是地質災害調查中無人機傾斜攝影測量的關鍵技術，由于傳感器獲取的數據包括垂直圖像數據、傾斜攝影數據等，在對實測數據進行處理的過程中，由于傳統的數據處理技術不能準確地識別數據的有效性，因此需要采用多視圖聯合平差技術對傾斜攝影測量獲得的數據進行處理。多視圖像的聯合調整是一種由粗到細的金字塔匹配技術。通過建立點到點的連線、控制點的坐標和其它輔助數據，并通過聯合沉降來檢查區域網絡的誤差，以保證測量結果的科學性。

3.5 多視影像匹配技術

多視圖像匹配是無人機攝影測量過程中需要解決的一個重要問題。由于航空飛行覆蓋范圍很大，在地質災害可能發生的地區，傳感器在飛行過程中收集的數據有重疊，如果不清除重疊的數據，就會產生數據冗余。同時，由于采集的數據點較多，很難準確獲取目標區域的目標空間坐標，無法建立目標區域的三維模型。因此，隨著信息技術的飛速發展，多元多視圖圖像匹配已成為人們關注的焦點。此外，在獲取地質資料的過程中，可以建立若干影響因素，并對其賦予相應的權重，將研究區劃分為不同的地質類型，從而獲得構造類型和災害區的基本信息。

3.6 注意事項

盡管在對地質災害調查工作中，無人機攝影測量技術體現了極大的測量優勢和技術特點，但是由于災害現場的地理環境和自然環境都非常的復雜，而且無人機飛行條件也有較高的要求，因此，在實踐過程中，必須要注意一下事項：首先，雖然無人機作業受到季節的影響較小，但是為了獲取質量高的測量成果，因此在實踐過程中，還是要根據測繪區域的氣候變化選擇合適的季節飛行，例如，選擇在每年五六月份開展；其次，在確定作業季節后，進行飛行時段選擇時，也需要根據具體氣候變化，優選天氣晴朗、無風或微風天氣等，例如選擇上午10點～下午2點之間內開展作業；最后，注意重疊度設計問題，這就要求作業人員按照調查區域的地形地貌變化特征等等來制定合理的旁向重疊度、航向重疊度等參數；通常，旁向重疊方向以平行于測繪區域邊界的首末航線敷設，并位于測繪區域邊界外側，而航線重疊方向按照超出測繪區域邊界設計基線長2倍進行[4]。

4 結語

總之，無人機攝影測量技術作為當前科學技術創新發展的產物，具有高分辨率、高精準定位、高攝影攝像等多種功能，其出現打破了傳統測量技術的局限和弊端，尤其在地質災害的調查過程中，能夠從不同角度入手，快速、高效的采集地質數據，從而更為全面的反應出地質災害情況，進而為提高地質災害調查的工作效率和成果質量提供技術支持。