無人機(jī)航攝技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援中的應(yīng)用

唐鴻鵠

（湖南省礦產(chǎn)資源調(diào)查所，湖南 郴州 423000）

我國地域遼闊，不同區(qū)域的地理?xiàng)l件存在一定的差異性，有些區(qū)域由于其地質(zhì)情況存在一定的特殊性，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率比較高，部分區(qū)域發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害會(huì)給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的威脅，相關(guān)部門必須高度重視地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪技術(shù)，在應(yīng)急測(cè)繪技術(shù)中應(yīng)用先進(jìn)的智能化科技，制定科學(xué)合理的應(yīng)急措施。在應(yīng)急測(cè)繪工作開展時(shí)，低空無人機(jī)航拍系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，靈活性較高，拍攝的速度較快，相比傳統(tǒng)的測(cè)繪方式無需投入大量的人力、物力和財(cái)力，而且無人機(jī)航攝的攝像頭分辨率較高，即使區(qū)域面積較小或者地質(zhì)區(qū)域復(fù)雜，也能夠在第一時(shí)間內(nèi)獲得準(zhǔn)確的地面信息，提高測(cè)繪的效率。

1.無人機(jī)航攝技術(shù)

無人機(jī)航拍技術(shù)包含了無人駕駛技術(shù)、飛行器技術(shù)、遙感器技術(shù)、傳感器遙測(cè)遙控技術(shù)、通信技術(shù)、GPS技術(shù)、差分定位技術(shù)等先進(jìn)的智能化技術(shù)。利用先進(jìn)的智能化技術(shù)能夠快速地獲取不同方位內(nèi)的元素信息，從而組成航空相片，為無人機(jī)航拍者提供清晰的航拍圖片。無人機(jī)航攝系統(tǒng)主要由四個(gè)系統(tǒng)組成，主要的組成部分是無人機(jī)的飛行平臺(tái)，其余三個(gè)部分包括航拍系統(tǒng)、地面部分控制系、圖像影視處理系統(tǒng)。以無人機(jī)為主要飛行平臺(tái)，安裝高分辨率的數(shù)碼相機(jī)，在空中和地面都安裝控制系統(tǒng)設(shè)備，記錄飛行軌跡和航拍方向，對(duì)飛行信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，操作者通過操縱無人機(jī)規(guī)劃航行方向，無人機(jī)在飛行時(shí)能夠自動(dòng)拍攝區(qū)域內(nèi)的影像和圖片，然后在第一時(shí)間內(nèi)將拍好的圖片、影像獲取并傳送到無人機(jī)內(nèi)置的低空航攝遙感系統(tǒng)內(nèi)，接著由系統(tǒng)內(nèi)的無線通信芯片及時(shí)傳送到航拍者的通信設(shè)備內(nèi)。應(yīng)用先進(jìn)的無人機(jī)航攝技術(shù)能夠在第一時(shí)間內(nèi)獲得區(qū)域內(nèi)的準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)，為后期的一系列建設(shè)工作提供準(zhǔn)確的信息依據(jù)。

2.無人機(jī)航攝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 安全可靠性

在開展地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪工作時(shí)，許多測(cè)繪單位用到先進(jìn)的無人機(jī)航攝技術(shù)，通過無人機(jī)作業(yè)提高對(duì)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪信息的準(zhǔn)確性，不僅能夠減輕在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作中所要投入的人力資源，還能在保證測(cè)繪信息準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上提高地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作的效率。相關(guān)部門在對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪時(shí)，由于無人機(jī)航攝技術(shù)中安裝著先進(jìn)的GPS定位系統(tǒng)，能夠在第一時(shí)間內(nèi)定位區(qū)域內(nèi)受到自然災(zāi)害的地理位置，利用無人機(jī)內(nèi)置的視頻影像技術(shù)和安裝好的數(shù)碼傳感器，能夠?qū)⑹転?zāi)區(qū)域的影像、圖片及時(shí)傳送到航拍屏幕上，設(shè)定好需要檢測(cè)的信息，由數(shù)碼傳感器傳回到航拍屏幕，并安排專業(yè)人員對(duì)收回的信息進(jìn)行處理，利用先進(jìn)的信息處理技術(shù)能夠保證測(cè)繪工作順利完成，不僅能夠提高測(cè)繪的科學(xué)性和安全性，還能減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，提高地質(zhì)災(zāi)害測(cè)繪工作的效率。

2.2 成本較低

在以往發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，測(cè)繪單位需要投入大量的人力、物力、財(cái)力資源對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)的地質(zhì)測(cè)繪。隨著無人機(jī)航拍技術(shù)的快速發(fā)展，相比于傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，采用無人機(jī)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)地航測(cè)能夠提高人力、物力資源的使用效率，減少因人為因素操作不當(dāng)而降低測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的航攝系統(tǒng)需要安排飛行員親自操縱飛機(jī)對(duì)受到地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪，飛行員操縱飛機(jī)會(huì)受到環(huán)境因素的干擾，受災(zāi)區(qū)域發(fā)生雷雨或強(qiáng)降雨的惡劣天氣不利于飛行員操縱飛機(jī)對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪，不僅需要考慮到因人為因素而產(chǎn)生的操縱失誤，還需要考慮到天氣因素會(huì)造成的部分經(jīng)濟(jì)損失。目前，對(duì)無人機(jī)的操縱需要的技巧較少，在平常的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中就能夠準(zhǔn)確無誤地操縱無人機(jī)對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪，同時(shí)，由于無人機(jī)安裝了先進(jìn)的智能影像系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)，科技含量較高，相比傳統(tǒng)的飛行員操縱飛機(jī)開展測(cè)量工作能夠很好的提高測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作的順利開展提供準(zhǔn)確科學(xué)的依據(jù)。

2.3 靈活性較強(qiáng)，影像分辨度較高

無人機(jī)本身的設(shè)置體積較小，但飛行的速度較快，相比傳統(tǒng)的航拍技術(shù)，無人機(jī)擁有較強(qiáng)的靈活性，即使地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的天氣環(huán)境較為惡劣，即使在晚上，也能夠很好地執(zhí)行地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作，局限性較少。不同類型的無人機(jī)，其自身的體積存在一定的差異性，但是任何一個(gè)類型的無人機(jī)自身的體積都較小，使用無人機(jī)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，不需要固定的起飛和下落方式，任何落地點(diǎn)都可以降落起飛，沒有特殊要求，而傳統(tǒng)的航拍技術(shù)需要人為駕駛飛機(jī)，飛機(jī)的體型較大，無論是起飛還是降落都需要足夠?qū)拸V的區(qū)域才能完成，傳統(tǒng)的航拍技術(shù)容易受地質(zhì)災(zāi)害因素的影響和天氣因素影響。

2.4 快速高效

相較于傳統(tǒng)的航拍技術(shù)，無人機(jī)航攝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)更加突出，更加地快速高效，體型小、飛行速度快是無人機(jī)航攝技術(shù)的一大重要優(yōu)勢(shì)。無人機(jī)的靈活性較強(qiáng)，其可以在特定的局域性或者天氣不好的條件下進(jìn)行拍攝，由于其體型較小對(duì)下落方式及下落地點(diǎn)都沒有什么特殊要求。另外，無人機(jī)在拍攝過程中對(duì)圖像的處理技術(shù)要比傳統(tǒng)航拍更加細(xì)膩，不易受云層影響，一般來講，無人機(jī)的低空飛行高度超過50m，甚至達(dá)到100m，其測(cè)繪的精度也能達(dá)到1：1000的精度，且其低空拍攝的影像分辨率極高，同時(shí)能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取災(zāi)區(qū)高分辨率影像，為災(zāi)區(qū)開展應(yīng)急救援工作爭(zhēng)分奪秒。

3.無人機(jī)航攝流程

對(duì)地質(zhì)災(zāi)害開展應(yīng)急救援工作，測(cè)繪單位需要第一時(shí)間安排人員操作無人機(jī)對(duì)地質(zhì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)繪，然后指揮人員根據(jù)應(yīng)急測(cè)繪的成果信息指導(dǎo)應(yīng)急救援工作。在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪工作中，無論無人機(jī)是需要低空航行還是高空航行，都需要按照相關(guān)流程才能保證無人機(jī)航拍工作的順利完成。在執(zhí)行應(yīng)急測(cè)繪工作之前，根據(jù)專業(yè)人員對(duì)受災(zāi)區(qū)域的地質(zhì)了解，安排無人機(jī)的飛行高度，結(jié)合部門制定的應(yīng)急保障措施以及受災(zāi)區(qū)域的環(huán)境狀況，優(yōu)化無人機(jī)對(duì)受災(zāi)區(qū)域的航攝流程，才能確保無人機(jī)拍攝的圖片、影像更為清晰準(zhǔn)確，提高無人機(jī)航攝的效率。由于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生較為危險(xiǎn)，應(yīng)建立事故搶險(xiǎn)前線指揮部，為搶險(xiǎn)治理工作提供技術(shù)支撐，需要在事故現(xiàn)場(chǎng)開展地表測(cè)量、工程地質(zhì)測(cè)繪、剖面地質(zhì)調(diào)查、取樣送樣等工作，在進(jìn)行實(shí)地勘察后，向搶險(xiǎn)救援前線指揮部提出科學(xué)合理的工程防護(hù)措施。當(dāng)出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，測(cè)繪單位要立即進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，在第一時(shí)間內(nèi)做出工作部署，同時(shí)數(shù)據(jù)處理部門要及時(shí)調(diào)取歷史數(shù)據(jù)。之后，利用無人機(jī)航攝技術(shù)對(duì)災(zāi)害區(qū)域及周邊地形地貌進(jìn)行航拍，并繪制出事故現(xiàn)場(chǎng)航拍圖，數(shù)據(jù)處理部門要在1個(gè)小時(shí)內(nèi)完成災(zāi)后數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型，搭建事故現(xiàn)場(chǎng)的三維模型，便于為事故成因、災(zāi)害分析、施工等環(huán)節(jié)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

在開展地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪工作時(shí)，需要制定科學(xué)合理、準(zhǔn)確無誤的系統(tǒng)化應(yīng)急流程，該流程主要分為快速組織、設(shè)計(jì)、航攝三個(gè)階段。快速組織階段應(yīng)急救援部門需要在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)第一時(shí)間啟動(dòng)應(yīng)急措施，能夠在最短時(shí)間內(nèi)集結(jié)無人機(jī)裝備及操作人員，確保滿足地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪工作的需求?？焖僭O(shè)計(jì)階段要根據(jù)受災(zāi)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害因素和天氣狀況設(shè)置合理的無人機(jī)起飛場(chǎng)地和航拍路線。選擇起降場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量選擇地勢(shì)較為平坦的區(qū)域。根據(jù)受災(zāi)區(qū)域的情況和實(shí)際狀況，設(shè)置嚴(yán)格的無人機(jī)航拍高度，航拍高度的設(shè)置嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)貐^(qū)域海拔高度來進(jìn)行。無人機(jī)飛行的高度應(yīng)當(dāng)大于當(dāng)?shù)睾０螀^(qū)域內(nèi)障礙物的高度，只有在仔細(xì)了解受災(zāi)區(qū)域地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上才能準(zhǔn)確設(shè)定航飛高度。設(shè)定好航飛高度以后再設(shè)置無人機(jī)安裝的視頻影射系統(tǒng)的分辨率，避免產(chǎn)生旁向重疊的現(xiàn)象。在進(jìn)行到快速航拍階段時(shí)，通過操作無人機(jī)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害全貌進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪，將測(cè)繪數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至現(xiàn)場(chǎng)前線指揮部；根據(jù)測(cè)繪數(shù)據(jù)，通過相關(guān)軟件快速現(xiàn)場(chǎng)建模，對(duì)照災(zāi)前地形，圈出災(zāi)情范圍，劃定危險(xiǎn)區(qū)域。完成這些后通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至指揮中心，形成地災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖，實(shí)時(shí)掌握地災(zāi)點(diǎn)的信息，為開展應(yīng)急救援工作提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

4.空無人機(jī)航攝技術(shù)的應(yīng)用

4.1 關(guān)鍵技術(shù)

如果發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域處于高原海拔地區(qū)，由于海拔較高，空氣稀薄，氣溫氣壓較低，容易在無人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口處產(chǎn)生結(jié)冰的現(xiàn)象。發(fā)動(dòng)機(jī)的化油器進(jìn)氣口一旦結(jié)冰，會(huì)降低無人機(jī)的航拍速度，甚至?xí)a(chǎn)生熄火墜毀的事故，給無人機(jī)的航攝工作造成了不利影響。因此，相關(guān)部門需要根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的海拔狀況，合理地改造無人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。如果海拔較高，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)的油氣上連接空氣濾清器和導(dǎo)氣管，無人機(jī)在運(yùn)行時(shí)尾氣會(huì)散發(fā)出熱量，使得連接的空氣濾清器內(nèi)的空氣加熱升溫，避免發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行時(shí)產(chǎn)生故障或者結(jié)冰，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證無人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作中能夠很好地發(fā)揮穩(wěn)定的飛行性能。

4.2 快速處理技術(shù)

無人機(jī)航攝技術(shù)需要利用先進(jìn)的快速處理技術(shù)，主要是針對(duì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域制定科學(xué)準(zhǔn)確的應(yīng)急決策措施，根據(jù)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域狀況，在無人機(jī)內(nèi)植入應(yīng)急數(shù)據(jù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到無人機(jī)的影像處理芯片內(nèi)，加強(qiáng)無人機(jī)快速處理影像的能力，提高無人機(jī)航拍時(shí)影像的準(zhǔn)確性，為后期地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作順利開展提供保障。在使用快速處理技術(shù)時(shí)，相關(guān)部門工作人員可以注意以下兩個(gè)方面：

第一，要高度重視行業(yè)內(nèi)最新的無人機(jī)航攝技術(shù)，在無人機(jī)影像處理技術(shù)的基礎(chǔ)上研究無人機(jī)應(yīng)急測(cè)繪影像快拼技術(shù)。無人機(jī)在航飛時(shí)通過前置攝像頭會(huì)拍攝受災(zāi)區(qū)域的單張影像狀況，影像狀況會(huì)受到相片幅寬的影響，無法完全覆蓋整個(gè)受災(zāi)區(qū)域，無法給指揮人員提供全覆蓋的受災(zāi)影像。在處理航攝系統(tǒng)影像處理技術(shù)時(shí)，可以加入影像拼接技術(shù)，使得無人機(jī)在飛行時(shí)通過影像拼接完成整個(gè)地質(zhì)受災(zāi)區(qū)域的影像拍攝。無人機(jī)在進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪工作時(shí)會(huì)受到各種因素的影響，使得部分影像無法為后期的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作提供指導(dǎo)，無人機(jī)在飛行時(shí)遭遇氣流顛簸降低了影像的質(zhì)量，使得影像相片表面產(chǎn)生不規(guī)則的差異，無法為數(shù)據(jù)處理人員提供準(zhǔn)確的受災(zāi)區(qū)域影像圖片。在處理測(cè)繪數(shù)據(jù)時(shí)，未利用快速處理技術(shù)也會(huì)降低地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪工作的效率，使得測(cè)繪數(shù)據(jù)無法在第一時(shí)間內(nèi)傳送到信息處理系統(tǒng)內(nèi)，降低了地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作的效率。測(cè)繪單位需要根據(jù)無人機(jī)航攝技術(shù)的核心技術(shù)設(shè)計(jì)快速處理流程，無人機(jī)在航拍時(shí)能夠拼接不同時(shí)間段的拍攝圖像，在保證拍攝效率的基礎(chǔ)上提高影像處理的質(zhì)量，只有利用快速處理技術(shù)才能提高無人機(jī)航飛時(shí)空計(jì)算速率，提高影像拍攝的質(zhì)量。

第二，研究專門的地質(zhì)災(zāi)害影像快速處理技術(shù)。將影像圖片處理成專題的模塊，為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作提供指導(dǎo)依據(jù)。專題影像圖片主要包括應(yīng)急影像和解譯影像兩個(gè)方面，不同影像圖片之間存在一定的差異性和時(shí)效性。在處理應(yīng)急圖像時(shí)，需要在拍攝到的第一時(shí)間內(nèi)就傳送到工作人員的航攝屏幕上，為工作人員后期的應(yīng)急工作提供圖像和信息依據(jù)，確保拍攝的應(yīng)急影像圖能夠準(zhǔn)確地反映受災(zāi)區(qū)域的地面情況，主要包括地形和地貌兩個(gè)方面。在拍攝解譯專題影像時(shí)，標(biāo)注好拍攝圖像內(nèi)的符號(hào)和顏色，標(biāo)注的同時(shí)要揭示不同元素之間存在的關(guān)系，為后期工作順利開展提供保障。

5.結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步使得無人機(jī)航攝技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援工作中得到了廣泛的應(yīng)用，利用無人機(jī)航攝系統(tǒng)能夠?yàn)閰⑴c應(yīng)急救援的工作人員提供準(zhǔn)確可靠的信息數(shù)據(jù)和圖片影像，在第一時(shí)間內(nèi)識(shí)別出區(qū)域內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的類型，制定針對(duì)性的應(yīng)急措施，為發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域后期的搶險(xiǎn)救災(zāi)、損失評(píng)估、災(zāi)后重建等工作提供了準(zhǔn)確的信息來源，為地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域應(yīng)急救援工作的順利開展提供良好的保障，能夠在最大程度內(nèi)降低受災(zāi)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)損失，減少人民群眾生命財(cái)產(chǎn)損失。