無人機遙感在安龍高位崩塌地質災害調查中的應用探討

靳濤

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局一總隊，貴州清鎮 551400）

UAV 無人機（unmanned aerial vehicle，UAV）是主動、可控、可攜帶多臺設備、可以執行多項任務的無人飛行器。UAVRS 無人機遙感（UAVre-motesensing，UAVRS）采用遙感、遙測遙控、通信、POS 定位、GPS 差異定位、GPS 差異定位，是一種先進的無人飛機技術，實現土地、資源、環境、事件等空間遙感信息自動化、智能、專業、實時獲??；經過近100 年的發展，新興的航空遙感技術模型與分析方法，UAV 遙感在大規模的地震災害救援和災情評估、氣象監測預報、大型作業平臺等方面已經取得了一定的成功。兩極科考、智慧城市、精確農田管理等方面的應用，成效顯著。

對于我國的西南地區的地貌形態構造多樣，地址建構也極其復雜，切割地形劇烈，地質災害十分復雜，而且陰雨、多云、多霧天氣時有發生，通常使用的航空攝影的測量方式沒有辦法獲取非常理想的結果。而無人機遠距離感知系統的不足在于，云霧屏蔽彌補不能獲得高分辨率、高質量的數字圖像，它對衛星和遠距離感知也有很大幫助。其特點是高分辨率、高精度、高時效、高機動性、超低空飛行、結構簡單、經濟方便，這已經是得到遙感數據中非常重要的環節之一了。

1 低空無人機遙感系統組成

UAV 低空遙感系統主要包括飛機、地面系統、數據后處理、地面系統和后期數據處理。此類飛行系統包括無人機、遙感傳感系統（如攝像機、激光三維掃描儀、紅外線掃描等）、遙測控制系統及數據實時傳輸和解壓縮系統。地面系統包括軌跡規劃系統、UAV 地面控制系統、數據接收系統、解壓及實時顯示系統；后期的數據處理包括圖像拼接、幾何校正，無人機所攜帶的遙感設備要求決定了信息提取和分析等信息的準確性。

2 低空無人機遙感監測的主要工作流程

無人機低空遙感監測主要的工作流程由以下組成：從起降場地的選擇→飛行航跡的規劃→無人機遙感影像獲得成果→影像預處理→可視化的數字影像（正射影像DOM和數字高程影像DEM）→數據應用。

要根據地形、障礙及無人駕駛飛機降落方式選擇起降地點。飛行軌跡規劃應根據飛行任務要求，控制航拍區域范圍、重疊度、分辨率等參數，設計無人機飛行的路徑；載人無人機遙測系統可以實現無人駕駛飛機航跡預設。無人機遙感成像是一種利用無人機平臺和傳感器將遙感圖像傳輸到地面接收平臺的遙感技術。圖象預處理是對無人機相機由于鏡頭焦距變化而得到的圖像進行預處理，數字相機鏡頭中像主偏移和透鏡光學失真等引起的非線性失真，并對圖像處理過程中以此為基礎，對圖像進行地學信息采集，如圖像旋轉、投影變形等方面的變化。通過這些遙感資料，可以獲得精細衰變地質信息，進行遙感應用。

3 低空無人機遙感的應用

3.1 研究區概況

研究區位于安龍縣縣城西北部，直線距離約15km，地理坐標為東經：105°20′30″—105°20′47″，北緯：25°11′21″—25°11′37″，勘查區有市鄉村公路連接616 縣道，交通方便，研究區地貌為峰叢溶蝕溝谷地貌，地形起伏大，海拔在1150～1400m 之間，危巖體發育處呈陡崖或陡坎，陡高10～20m，下方為陡斜坡，坡度一搬在30°～40°。中上部巖體裸露，植被多以灌木林類，植被多沿節理裂隙生長，植被發育較好。

3.2 無人機航拍數據獲取及預處理

UAV 遙感技術的普及，市場上出現了各種各樣的輕型、小型無人機。在根據國家的遙感中心的系統數據庫中獲取的統計分析數據，無人機的體積小、輕量化主要是電池，續航的時間長短不超過1 小時，重量輕，多數無人機重量在30公斤以下。為此，eBee無人機被選用配有專業的數碼相機低空航拍，以獲得精確的遙感數據來探測這種高風險地質災害。而其無人機和搭載的數碼相機的主要參數在表1 中體現出來。

表1 無人機相關參數

3.3 安龍縣崩塌信息提取與分析

在高位崩塌地質災害傳統勘探中，采用人工現場勘測和皮尺測量，存在工作量大、成本高、效率低等問題。鑒于危險巖石隱蔽，受地形限制，難以進行具體測量，如威脅施工人員安全等缺陷，僅根據危險巖石的規模和方量進行宏觀評價。相比之下，無人機攜帶的遙感系統可以克服許多缺點，如體積小、重量輕等諸多缺點，獲得更準確、更信息化的圖像數據。

（1）定性分析。對危巖體進行宏觀評價，以危巖整體穩定性評價為主。依據區內危險巖帶調查，結合巖帶的范圍、尺度、裂縫發育程度，采用地質模擬方法對危險巖體進行了宏觀判別，并對其穩定性進行了宏觀判別；危險巖帶的穩定性采用赤平投影分析宏觀定性分析方法，根據邊數的相似性分析確定其穩定性。

（2）定量分析。Aregis平臺可直接對無人機遙感影像進行三維空間體積測量，為無人機遙感影像的三維空間數據提供了更為準確的評價破碎巖石穩定性的依據。該方法可直接測定巖體高度、底寬、巖層厚度、巖體面積等參數。這為地質災害定量化提供了更為詳細的基礎資料，是地質災害監測與分析的關鍵。

4 結論

基于無人機對安龍縣高位崩塌地質災害遙感監測結果，分析其不足之處，利用ARCGIS 建立的三維實物模型，對危巖體的破壞規律進行了研究，該方法能較準確地描述該地區的微觀地形特征，能準確地測量災害地質體的基本屬性信息，估算出危險品種的數量。為地質災害定量分析提供詳細的基礎資料和地質災害統計分析。

無人駕駛飛機遙感技術雖然已受到地質災害業界的重視，然而，在傳統的現場調查以及室內的調查工作人員來講，他們在無人機技術、數據采集和處理、飛行技術方面面臨著許多挑戰。但是，因為我國在無人機遙感的技術方面是處于一種初步探索和發展的新階段，先進的遙感設備資金比較巨大，對操作人員的技術和數據的處理專業要求非常高，無人機遙感在對于地質災害這方面的處理應用還是較為少些的。山區陡峭的地區較少。利用UAV遙感技術進行地質災害調查，還存在著技術門檻高、法規規定、技術標準不完善等缺陷。