無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在危巖勘查中的應(yīng)用

吳廣超

(河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，河北 石家莊 050000)

0 引 言

最近幾年無(wú)人機(jī)技術(shù)被頻繁應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害勘查工作中，采用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以有效處置高陡山體上對(duì)于危巖地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行采集的問題，快速提高對(duì)危巖勘查測(cè)量的效率以及實(shí)際測(cè)量的精度，同時(shí)降低人力、物力、時(shí)間的投入。

1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)

1.1 無(wú)人機(jī)參數(shù)

該文探討的是四旋翼測(cè)繪級(jí)無(wú)人機(jī)，按照千尋基站定位提供的信息，航測(cè)當(dāng)前的定位精度要高出1 cm，其配備了厘米級(jí)導(dǎo)航以及定位系統(tǒng)，具備支持RTK以及PPK成像的系統(tǒng)，自身的精度能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級(jí)，在戶外作業(yè)操作可以更加便捷的同時(shí)還能夠快速成圖，在進(jìn)行戶外作業(yè)能有效提升工作效率。案例所處地區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害相對(duì)突出，涉及范圍廣泛，所處地形較為復(fù)雜，其中有較大的高差，因此測(cè)量人員面對(duì)的測(cè)量任務(wù)相對(duì)繁重，對(duì)測(cè)量有著較高的進(jìn)度要求，因此采用四旋翼測(cè)繪級(jí)無(wú)人機(jī)作為航拍，是較適宜進(jìn)行危巖勘查工作的一種測(cè)繪工具。

1.2 工作流程

1.2.1 周圍環(huán)境確定

按照當(dāng)前收集獲得的白石下危巖點(diǎn)的地質(zhì)資料，完成實(shí)地的踏勘，并且對(duì)危巖體和附近周圍植被實(shí)際的覆蓋情況進(jìn)行觀察，確認(rèn)是不是與航測(cè)作業(yè)保持一致。

1.2.2 航拍作業(yè)

因?yàn)槲r當(dāng)前的山體面積并不大，危巖和附近環(huán)境之間有著較大的高差，因此選擇的是一種四旋翼智能無(wú)人機(jī)按照當(dāng)前航線去完成對(duì)危巖數(shù)據(jù)的采集。無(wú)人機(jī)需要按照當(dāng)前已經(jīng)規(guī)劃完成的航線去完成低空攝影，從多個(gè)多角度去完成對(duì)覆蓋圍巖的拍攝。這種方式使獲得的數(shù)據(jù)更加多樣，從而保證了測(cè)量的精準(zhǔn)性，見圖1。

圖1 白石下危巖點(diǎn)位置及航線規(guī)劃圖Fig.1 Locations and planning routes of dangerous rock points in Baishixia

2 測(cè)量結(jié)果

2.1 危巖點(diǎn)正射影像圖

依照無(wú)人機(jī)目前航測(cè)獲得的數(shù)據(jù)對(duì)其展開相關(guān)的處置之后得出結(jié)果，將危巖體以及威脅對(duì)象當(dāng)成研究的主體，最終得出能夠展現(xiàn)出附近環(huán)境以及受到威脅對(duì)象所處在的位置并且比例尺需要在1∶2 500的1種垂直的正射影像圖，可以非常完整的展現(xiàn)出危巖和受威脅對(duì)象之間的聯(lián)系，見圖2。為了展現(xiàn)出危巖點(diǎn)當(dāng)時(shí)的臨空狀態(tài)以及和母巖之間的分離狀態(tài)，操作該無(wú)人機(jī)針對(duì)危巖點(diǎn)斷裂拍攝進(jìn)行測(cè)量能夠獲得全新的2張斷裂正射影像圖，見圖2。

圖2 白石下危巖點(diǎn)正射影像圖Fig.2 Orthophoto map of dangerous rock points in Baishixia

2.2 危巖點(diǎn)的DSM

根據(jù)無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)處置的成果，得出白石下危巖點(diǎn)以及附近DSM，使用DSM獲得的數(shù)值能夠非常直接的觀測(cè)獲得，危巖點(diǎn)當(dāng)前所處在位置的高程大概是處在550～700 m，東南部某村莊所處在的地勢(shì)處在400～450 m。能夠得出在山頂至山體東南的某村莊之間存在的高差有著較大的變化，危巖點(diǎn)其針對(duì)村莊會(huì)形成較為嚴(yán)重的威脅。按照當(dāng)前DSM提取相對(duì)的等高線數(shù)據(jù)，其形成的等高線差能夠達(dá)到5 m。按照等高線當(dāng)前分布的疏密情況能夠獲得，危巖點(diǎn)當(dāng)前的坡度相對(duì)較陡，高差之間存在較大的變化，陡坡是導(dǎo)致危巖出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素。

2.3 危巖點(diǎn)的三維模型

獲取的航測(cè)的數(shù)據(jù)相對(duì)比較完整，其實(shí)處于相對(duì)高差330 m位置進(jìn)行獲得的航拍影像，最終生成的1種三維模型其自身的質(zhì)量相對(duì)比較高，并不具備比較顯著的空洞，基于當(dāng)前三維模型里能夠非常直觀的看出危巖點(diǎn)以及威脅對(duì)象所處在的空間位置關(guān)系，當(dāng)前三維模型整體的長(zhǎng)度是1 500 m，其自身的寬度可以達(dá)到1 460 m。

2.4 危巖點(diǎn)初始崩滑方向剖面圖

使用有關(guān)軟件去完成危巖體崩滑方向的剖面圖，基于剖面圖能夠看出危巖和威脅對(duì)象之間存在的空間關(guān)系，能夠展現(xiàn)出危巖和受威脅對(duì)象之間的相對(duì)高度和水平距離以及地形坡度產(chǎn)生的轉(zhuǎn)變?；诋?dāng)前剖面圖上獲得危巖點(diǎn)和當(dāng)前附近村莊之間的水平距離大概是在200 m，其存在的最大高差為110 m，危巖體當(dāng)前所處在山體的坡度大概是30°?；谶@部分參數(shù)能夠得出，危巖體假如出現(xiàn)了滑坡崩塌，則會(huì)對(duì)下方村莊造成威脅，并且其產(chǎn)生的破壞力相對(duì)較大。

3 無(wú)人機(jī)對(duì)危巖勘查優(yōu)勢(shì)與局限性

(1)針對(duì)當(dāng)前已經(jīng)看出的危巖勘查相對(duì)更為精細(xì)，并且測(cè)量的數(shù)據(jù)也相對(duì)精準(zhǔn)，能夠?yàn)橹箢A(yù)防和治理提供所需要的依據(jù)。針對(duì)高陡危巖，過去選擇的勘查手段主要是使用高清相機(jī)完成拍攝，危巖自身的產(chǎn)狀和尺寸等相關(guān)的數(shù)據(jù)一般都是通過肉眼估算。而無(wú)人機(jī)能夠使用數(shù)據(jù)采集的方式設(shè)置三維模型，最終獲得危巖邊界和結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀以及危巖體尺寸和體積等精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

(2)針對(duì)潛存的危巖排查更為精準(zhǔn)，能夠使得災(zāi)害預(yù)防有效性得到提升。在過去針對(duì)危巖進(jìn)行調(diào)查的時(shí)候，因?yàn)椴荒軌蛑苯佑^察獲得潛存的危巖體，而主要是把山高坡陡，植被發(fā)育所處在的點(diǎn)當(dāng)成是經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問題的村屯點(diǎn)。而在最近幾年新出現(xiàn)的巖崩地質(zhì)災(zāi)害一般都是在這些村屯點(diǎn)出現(xiàn)。通過合理的運(yùn)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，能較快排查出可能存在問題的村屯，尋找到潛存的危巖點(diǎn)，得出有關(guān)參數(shù)，將危巖體威脅范圍進(jìn)行劃分，按照危巖當(dāng)前的特征參數(shù)，執(zhí)行有效的預(yù)防和治理對(duì)策，使得危巖災(zāi)害治理的成效得到提升。

(3)有效降低外業(yè)在工作上的工作量，使安全保障得到提升。與過去要求攀爬靠近危巖體測(cè)量的方式相比，無(wú)人機(jī)技術(shù)的采用使當(dāng)前外業(yè)的操作十分地簡(jiǎn)單，其可以獲得的參數(shù)數(shù)據(jù)多種多樣，能夠減少高陡邊坡以及災(zāi)害頻發(fā)區(qū)有關(guān)調(diào)查人員出現(xiàn)傷亡的可能，同時(shí)能夠有效的完成對(duì)危巖勘查工作條件的改善，使得人員安全得到保證。

(4)靈活性相對(duì)比較強(qiáng)，自動(dòng)化程度相對(duì)比較高，當(dāng)前的可視化監(jiān)測(cè)具備一定的安全性和可靠性。需要使用四旋翼智能無(wú)人機(jī)去完成對(duì)危巖的勘查，起降十分的便捷，并不需要機(jī)場(chǎng)或者是安裝發(fā)射裝置，在應(yīng)用上靈活機(jī)動(dòng)。使用飛控系統(tǒng)可按照預(yù)定的航線自動(dòng)飛行，當(dāng)出現(xiàn)電量不足的問題時(shí)可直接返航。

未來(lái)無(wú)人機(jī)針對(duì)危巖進(jìn)行勘查應(yīng)用過程中，針對(duì)山體高程差相對(duì)較大的危巖點(diǎn)，能夠整體的去考慮選擇適宜的測(cè)量技術(shù)模式。針對(duì)部分植被覆蓋或者是其余附屬雜物相對(duì)較多的位置，在不能夠?qū)ζ錅y(cè)量精度給予保證的同時(shí)，還要求采取人工補(bǔ)測(cè)的方式進(jìn)行，相信通過不斷的升級(jí)和改造無(wú)人機(jī)技術(shù)，其在當(dāng)前危巖勘查過程中的應(yīng)用能夠獲得顯著的成效，并展現(xiàn)出自身最大的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 語(yǔ)

危巖勘查一直都是對(duì)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作產(chǎn)生影響的難點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要在對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮的基礎(chǔ)上，完成科技的創(chuàng)新，不斷攻克技術(shù)難題，進(jìn)一步推進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害勘查工作朝著信息化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展。