地質(zhì)災(zāi)害工作中無人機(jī)及其技術(shù)的應(yīng)用

營新

摘 要：近年來，由于環(huán)境污染問題加劇，極端天氣頻發(fā)，自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，對(duì)生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及交通運(yùn)輸行業(yè)等造成嚴(yán)重影響。針對(duì)頻發(fā)的自然災(zāi)害事件需要建立完善的災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，最大限度降低人身安全和社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失等，全面維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展，從根本上促進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程。本文結(jié)合單位測(cè)繪和地災(zāi)項(xiàng)目工作，分析地質(zhì)災(zāi)害工作中無人機(jī)及其技術(shù)的應(yīng)用，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員起到參考性價(jià)值。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；無人機(jī)；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）30-0224-02

由于近些年自然災(zāi)害事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定，威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展背景下，逐漸出現(xiàn)了較多先進(jìn)的探測(cè)繪測(cè)技術(shù)，在無人機(jī)技術(shù)研發(fā)方面也取得了較多傲人成績。當(dāng)前，在地質(zhì)工程中所應(yīng)用的地質(zhì)理論學(xué)探礦技術(shù)，山地工程，鉆探工程以及數(shù)學(xué)地質(zhì)等領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)離不開無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)全面進(jìn)入實(shí)用階段。將數(shù)字化新型傳感器等搭載到無人機(jī)飛行平臺(tái)上，并且借助先進(jìn)技術(shù)和學(xué)科知識(shí)，建立無人機(jī)航磁系統(tǒng)和航測(cè)遙感系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用在地災(zāi)工作當(dāng)中。

1 無人機(jī)技術(shù)概述

1.1 無人機(jī)技術(shù)基本發(fā)展

無人機(jī)技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)10年代初期，主要是應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，也相應(yīng)優(yōu)化了無人機(jī)技術(shù)，出現(xiàn)了較多通訊技術(shù)和傳感器，從根本上提升了無人機(jī)的性能，也逐漸擴(kuò)大了無人機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)。現(xiàn)階段，多種性能指標(biāo)和用途的無人機(jī)的類型呈現(xiàn)多樣化特點(diǎn)，并且按照主要用途可以將其分為民用無人機(jī)和軍用無人機(jī)。按照動(dòng)力系統(tǒng)可以將其分為油動(dòng)無人機(jī)和無人機(jī)電動(dòng)；按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以將其分為多旋翼無人機(jī)，固定翼無人機(jī)和無人直升機(jī)等；按照航程距離可以將其分為近程無人機(jī)，中程無人機(jī)和遠(yuǎn)程無人機(jī)。

1.2 無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

此次研究所討論的無人機(jī)技術(shù)主要是航測(cè)遙感系統(tǒng)無人機(jī)，該種無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)在與借助先進(jìn)的無人機(jī)遙感技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)等，主要飛行平臺(tái)就是無人機(jī)，在機(jī)上搭載先進(jìn)的傳感器，其處理平臺(tái)為自動(dòng)化攝影測(cè)量工作站和應(yīng)用軟件。利用計(jì)算機(jī)飛行控制系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，測(cè)控系統(tǒng)，遙感技術(shù)，地理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和全球定位技術(shù)能夠形成一套完整的信息獲取系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。隨著有人飛機(jī)遙感技術(shù)以及衛(wèi)星遙感技術(shù)的快速發(fā)展，由此誕生了無人機(jī)航測(cè)遙感系統(tǒng)。當(dāng)無人機(jī)距離地面超過最大視距范圍時(shí)僅可以應(yīng)用空中中繼數(shù)據(jù)鏈，確保傳輸過程有效性。衛(wèi)星信號(hào)覆蓋范圍廣泛，可以給予無人機(jī)信息數(shù)據(jù)大范圍內(nèi)傳輸技術(shù)支持。與此同時(shí)，衛(wèi)星信道性能具有較高的穩(wěn)定性，在衛(wèi)星中繼基礎(chǔ)之上建立無人機(jī)信息傳輸系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效信息傳輸。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器主要采用同步衛(wèi)星，圖1為無人機(jī)系統(tǒng)基本組成。

2 無人機(jī)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用研究

2.1 快速測(cè)繪

相比于有人機(jī)測(cè)繪和傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)來說，無人機(jī)測(cè)繪的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在靈活機(jī)動(dòng)的飛行特點(diǎn)上。無人機(jī)飛行的速度比較塊，不會(huì)延長重復(fù)周期，可以在較短時(shí)間內(nèi)完成拍攝工作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)拍攝，可以對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生地區(qū)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)災(zāi)情的效果。例如在九寨溝地震當(dāng)中，使用六旋翼無人機(jī)，在1s時(shí)間內(nèi)可以拍攝七十多次，并且拍攝精度能夠達(dá)到4cm。無人機(jī)具有較強(qiáng)的可操作性，操作人員只需要在較短時(shí)間就能完成培訓(xùn)，可以進(jìn)行無人機(jī)測(cè)繪。

按照震區(qū)無人機(jī)測(cè)繪結(jié)果能夠看出，在測(cè)繪工作首次飛行的時(shí)間內(nèi)能夠完成10萬m2的測(cè)繪面積。按照測(cè)繪精度能夠看出，無人機(jī)所拍攝的影像圖分辨率能夠達(dá)到4cm左右，可以觀察到樹木的紋理；從測(cè)繪可視化可以看出，在對(duì)圖像進(jìn)行合成處理之后，就可以在計(jì)算機(jī)上使數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)仰視圖，俯視圖，實(shí)現(xiàn)多方位多角度可視化，能夠全面了解和掌握地震區(qū)的實(shí)際情況。

2.2 三維建模

三維建模技術(shù)主要是利用無人機(jī)多角度拍攝地震區(qū)域的圖像，在成像后上傳到系統(tǒng)當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位地震全景，這樣能夠?yàn)楹笃诰仍ぷ魈峁┲匾罁?jù)。在四川九寨溝地震中使用無人機(jī)快速三維建模技術(shù)能夠全面展現(xiàn)出地震災(zāi)害區(qū)域的三維可視化圖像。在處理高程數(shù)據(jù)信息之后可以借助全球定位系統(tǒng)，并且通過高程點(diǎn)數(shù)據(jù)形成不規(guī)則三角網(wǎng)，并且應(yīng)用三角網(wǎng)生成災(zāi)區(qū)圖像。采用三維圖像既可以展現(xiàn)出地震裂縫，滾石和塌方等情況，還能夠顯示出地物的寬度，長度，高度，并且按照以上檢測(cè)顯示信息計(jì)算出山體崩塌方向和滾石的下滑方向，這樣能夠?yàn)榈卣饏^(qū)災(zāi)民和救援人員選擇安全的居住點(diǎn)，也能夠?yàn)闉?zāi)后重建工作起到?jīng)Q策依據(jù)。

2.3 地震災(zāi)害排查和評(píng)估

利用無人機(jī)測(cè)繪所獲取的影像信息，提取災(zāi)區(qū)的二維圖像和三維圖像，這樣能夠展現(xiàn)出災(zāi)害點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。地質(zhì)災(zāi)害排查和評(píng)估工作主要是將無人機(jī)測(cè)繪作為數(shù)據(jù)依據(jù)，并且應(yīng)用全球定位技術(shù)制作氣候預(yù)測(cè)圖，植被破壞程度，地表損害，震區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件等影像圖，并且應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能評(píng)估震區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害橋梁，可以詳細(xì)標(biāo)識(shí)震區(qū)的次生災(zāi)害類型，區(qū)域和規(guī)模等，并且能夠確保救援力量的合理分配，明確重點(diǎn)救災(zāi)區(qū)域，并且能夠選擇最佳的救援路線和災(zāi)后重建選址等。

2.4 云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)

云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)具有較高的可靠性，規(guī)模龐大，在運(yùn)算速度等方面顯著優(yōu)于其他系統(tǒng)。分控中心主要是按照監(jiān)控報(bào)告明確管轄區(qū)域內(nèi)的受災(zāi)情況。應(yīng)用云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)將指令傳達(dá)到無人機(jī)，在對(duì)無人機(jī)飛行航線進(jìn)行規(guī)劃之后可以對(duì)飛行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。無人機(jī)在接收指令之后，可以采集受災(zāi)區(qū)域的災(zāi)情信息，并將信息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，利用中繼數(shù)據(jù)鏈將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算服務(wù)系統(tǒng)當(dāng)中，云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)可以利用數(shù)據(jù)分析模型和定量遙感技術(shù)，估算和反演災(zāi)情。云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)主要包括無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，航跡規(guī)劃和傳感器數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)等。其中監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示出無人機(jī)設(shè)備狀態(tài)，航跡規(guī)劃能夠按照受災(zāi)區(qū)域?yàn)?zāi)害程度的大概位置為無人接聽，最佳航路，確保在無人機(jī)面前地面人員能夠面臨突發(fā)危險(xiǎn)做出相應(yīng)的處理反應(yīng)。

2.5 無人機(jī)技術(shù)在滑坡災(zāi)害中的應(yīng)用

對(duì)于黃土地區(qū)來說，滑坡屬于最常見的地質(zhì)災(zāi)害，利用遙感技術(shù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行解譯時(shí)可以解譯出災(zāi)害區(qū)域的規(guī)模和位置等物理影像特征。該種應(yīng)用原理主要是按照遙感影像中滑坡表示的紋理，陰影以及色彩等實(shí)現(xiàn)。在對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行解譯時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，并且能夠從影像圖像上判斷出滑坡體下滑過程中的形態(tài)特征。應(yīng)用監(jiān)測(cè)軟件也能夠按照遙感影像的方向和比例尺對(duì)滑坡寬度和長度進(jìn)行判斷。

2.6 無人機(jī)技術(shù)在崩塌災(zāi)害中的應(yīng)用

在遙感圖像中崩塌災(zāi)害的解譯主要是按照崩塌所形成的異常色調(diào)進(jìn)行判斷，在對(duì)災(zāi)害區(qū)域解譯時(shí)能夠看出，大多數(shù)崩塌災(zāi)害事件都是發(fā)生在陡峭邊坡地段，例如公路，河谷等。由于崩塌災(zāi)害所涉及的面積比較小，因此在實(shí)施遙感解譯期間的難度比較大，一般在遙感圖像上只能辨別出新生崩塌，并且還需要借助實(shí)地驗(yàn)證和考察。

3 結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)技術(shù)是在傳統(tǒng)遙感技術(shù)上發(fā)展而來，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在高機(jī)動(dòng)性和分辨率方面。所以應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查具有十分重要的作用。無人機(jī)遙感技術(shù)可以調(diào)查，監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害事件，因此被廣泛應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中，充分發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)性能。

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收稿日期：2018-9-14

作者簡(jiǎn)介：營 新（1985-），男，地質(zhì)中級(jí)工程師，本科，主要從事地質(zhì)，當(dāng)前測(cè)繪方面的工作。