無(wú)人機(jī)遙感在安龍高位崩塌地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用探討

靳濤

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊(duì)，貴州清鎮(zhèn) 551400）

UAV 無(wú)人機(jī)（unmanned aerial vehicle，UAV）是主動(dòng)、可控、可攜帶多臺(tái)設(shè)備、可以執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)的無(wú)人飛行器。UAVRS 無(wú)人機(jī)遙感（UAVre-motesensing，UAVRS）采用遙感、遙測(cè)遙控、通信、POS 定位、GPS 差異定位、GPS 差異定位，是一種先進(jìn)的無(wú)人飛機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)土地、資源、環(huán)境、事件等空間遙感信息自動(dòng)化、智能、專(zhuān)業(yè)、實(shí)時(shí)獲??；經(jīng)過(guò)近100 年的發(fā)展，新興的航空遙感技術(shù)模型與分析方法，UAV 遙感在大規(guī)模的地震災(zāi)害救援和災(zāi)情評(píng)估、氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、大型作業(yè)平臺(tái)等方面已經(jīng)取得了一定的成功。兩極科考、智慧城市、精確農(nóng)田管理等方面的應(yīng)用，成效顯著。

對(duì)于我國(guó)的西南地區(qū)的地貌形態(tài)構(gòu)造多樣，地址建構(gòu)也極其復(fù)雜，切割地形劇烈，地質(zhì)災(zāi)害十分復(fù)雜，而且陰雨、多云、多霧天氣時(shí)有發(fā)生，通常使用的航空攝影的測(cè)量方式?jīng)]有辦法獲取非常理想的結(jié)果。而無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)距離感知系統(tǒng)的不足在于，云霧屏蔽彌補(bǔ)不能獲得高分辨率、高質(zhì)量的數(shù)字圖像，它對(duì)衛(wèi)星和遠(yuǎn)距離感知也有很大幫助。其特點(diǎn)是高分辨率、高精度、高時(shí)效、高機(jī)動(dòng)性、超低空飛行、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便，這已經(jīng)是得到遙感數(shù)據(jù)中非常重要的環(huán)節(jié)之一了。

1 低空無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)組成

UAV 低空遙感系統(tǒng)主要包括飛機(jī)、地面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)后處理、地面系統(tǒng)和后期數(shù)據(jù)處理。此類(lèi)飛行系統(tǒng)包括無(wú)人機(jī)、遙感傳感系統(tǒng)（如攝像機(jī)、激光三維掃描儀、紅外線(xiàn)掃描等）、遙測(cè)控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和解壓縮系統(tǒng)。地面系統(tǒng)包括軌跡規(guī)劃系統(tǒng)、UAV 地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)、解壓及實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)；后期的數(shù)據(jù)處理包括圖像拼接、幾何校正，無(wú)人機(jī)所攜帶的遙感設(shè)備要求決定了信息提取和分析等信息的準(zhǔn)確性。

2 低空無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)的主要工作流程

無(wú)人機(jī)低空遙感監(jiān)測(cè)主要的工作流程由以下組成：從起降場(chǎng)地的選擇→飛行航跡的規(guī)劃→無(wú)人機(jī)遙感影像獲得成果→影像預(yù)處理→可視化的數(shù)字影像（正射影像DOM和數(shù)字高程影像DEM）→數(shù)據(jù)應(yīng)用。

要根據(jù)地形、障礙及無(wú)人駕駛飛機(jī)降落方式選擇起降地點(diǎn)。飛行軌跡規(guī)劃應(yīng)根據(jù)飛行任務(wù)要求，控制航拍區(qū)域范圍、重疊度、分辨率等參數(shù)，設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)飛行的路徑；載人無(wú)人機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛飛機(jī)航跡預(yù)設(shè)。無(wú)人機(jī)遙感成像是一種利用無(wú)人機(jī)平臺(tái)和傳感器將遙感圖像傳輸?shù)降孛娼邮掌脚_(tái)的遙感技術(shù)。圖象預(yù)處理是對(duì)無(wú)人機(jī)相機(jī)由于鏡頭焦距變化而得到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)字相機(jī)鏡頭中像主偏移和透鏡光學(xué)失真等引起的非線(xiàn)性失真，并對(duì)圖像處理過(guò)程中以此為基礎(chǔ)，對(duì)圖像進(jìn)行地學(xué)信息采集，如圖像旋轉(zhuǎn)、投影變形等方面的變化。通過(guò)這些遙感資料，可以獲得精細(xì)衰變地質(zhì)信息，進(jìn)行遙感應(yīng)用。

3 低空無(wú)人機(jī)遙感的應(yīng)用

3.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安龍縣縣城西北部，直線(xiàn)距離約15km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)：105°20′30″—105°20′47″，北緯：25°11′21″—25°11′37″，勘查區(qū)有市鄉(xiāng)村公路連接616 縣道，交通方便，研究區(qū)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(fā)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(lèi)，植被多沿節(jié)理裂隙生長(zhǎng)，植被發(fā)育較好。

3.2 無(wú)人機(jī)航拍數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理

UAV 遙感技術(shù)的普及，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種各樣的輕型、小型無(wú)人機(jī)。在根據(jù)國(guó)家的遙感中心的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，無(wú)人機(jī)的體積小、輕量化主要是電池，續(xù)航的時(shí)間長(zhǎng)短不超過(guò)1 小時(shí)，重量輕，多數(shù)無(wú)人機(jī)重量在30公斤以下。為此，eBee無(wú)人機(jī)被選用配有專(zhuān)業(yè)的數(shù)碼相機(jī)低空航拍，以獲得精確的遙感數(shù)據(jù)來(lái)探測(cè)這種高風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)災(zāi)害。而其無(wú)人機(jī)和搭載的數(shù)碼相機(jī)的主要參數(shù)在表1 中體現(xiàn)出來(lái)。

表1 無(wú)人機(jī)相關(guān)參數(shù)

3.3 安龍縣崩塌信息提取與分析

在高位崩塌地質(zhì)災(zāi)害傳統(tǒng)勘探中，采用人工現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和皮尺測(cè)量，存在工作量大、成本高、效率低等問(wèn)題。鑒于危險(xiǎn)巖石隱蔽，受地形限制，難以進(jìn)行具體測(cè)量，如威脅施工人員安全等缺陷，僅根據(jù)危險(xiǎn)巖石的規(guī)模和方量進(jìn)行宏觀評(píng)價(jià)。相比之下，無(wú)人機(jī)攜帶的遙感系統(tǒng)可以克服許多缺點(diǎn)，如體積小、重量輕等諸多缺點(diǎn)，獲得更準(zhǔn)確、更信息化的圖像數(shù)據(jù)。

（1）定性分析。對(duì)危巖體進(jìn)行宏觀評(píng)價(jià)，以危巖整體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)為主。依據(jù)區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)巖帶調(diào)查，結(jié)合巖帶的范圍、尺度、裂縫發(fā)育程度，采用地質(zhì)模擬方法對(duì)危險(xiǎn)巖體進(jìn)行了宏觀判別，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了宏觀判別；危險(xiǎn)巖帶的穩(wěn)定性采用赤平投影分析宏觀定性分析方法，根據(jù)邊數(shù)的相似性分析確定其穩(wěn)定性。

（2）定量分析。Aregis平臺(tái)可直接對(duì)無(wú)人機(jī)遙感影像進(jìn)行三維空間體積測(cè)量，為無(wú)人機(jī)遙感影像的三維空間數(shù)據(jù)提供了更為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)破碎巖石穩(wěn)定性的依據(jù)。該方法可直接測(cè)定巖體高度、底寬、巖層厚度、巖體面積等參數(shù)。這為地質(zhì)災(zāi)害定量化提供了更為詳細(xì)的基礎(chǔ)資料，是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與分析的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

基于無(wú)人機(jī)對(duì)安龍縣高位崩塌地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析其不足之處，利用ARCGIS 建立的三維實(shí)物模型，對(duì)危巖體的破壞規(guī)律進(jìn)行了研究，該方法能較準(zhǔn)確地描述該地區(qū)的微觀地形特征，能準(zhǔn)確地測(cè)量災(zāi)害地質(zhì)體的基本屬性信息，估算出危險(xiǎn)品種的數(shù)量。為地質(zhì)災(zāi)害定量分析提供詳細(xì)的基礎(chǔ)資料和地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析。

無(wú)人駕駛飛機(jī)遙感技術(shù)雖然已受到地質(zhì)災(zāi)害業(yè)界的重視，然而，在傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及室內(nèi)的調(diào)查工作人員來(lái)講，他們?cè)跓o(wú)人機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集和處理、飛行技術(shù)方面面臨著許多挑戰(zhàn)。但是，因?yàn)槲覈?guó)在無(wú)人機(jī)遙感的技術(shù)方面是處于一種初步探索和發(fā)展的新階段，先進(jìn)的遙感設(shè)備資金比較巨大，對(duì)操作人員的技術(shù)和數(shù)據(jù)的處理專(zhuān)業(yè)要求非常高，無(wú)人機(jī)遙感在對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害這方面的處理應(yīng)用還是較為少些的。山區(qū)陡峭的地區(qū)較少。利用UAV遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，還存在著技術(shù)門(mén)檻高、法規(guī)規(guī)定、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善等缺陷。