无人直升机在地质灾害防治方面的应用

井书文　关健

摘 要：频频发生的地质灾害严重危害人民生命和财产安全，而地质灾害的突发性和多发性在高山峡谷地区也为政府减灾防灾工作带来了极大的困难。无人直升机具有机动性强、获取数据快速、低空飞行的特点，加装航测系统的无人直升机，具有在地质灾害监测、应急、灾情评估等方面提供快速数据支持的极大优势。

关键词：无人直升机；地质灾害；航测；监测

中图分类号：P467；P694 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）06-0019-02

Application of Unmanned Helicopter in Geological Disaster

Prevention and Control

Jing Shuwen Guan Jian

（Henan Geological Environment Monitoring Institute，Zhengzhou Henan 450016）

Abstract： The geological disasters occurred frequently seriously endanger people's lives and property safety， and unexpected geological disasters and occurred in the alpine and gorge region also brings great difficulties for the government disaster prevention work， unmanned helicopter has strong maneuverability， rapid data acquisition and low air flight characteristics. Unmanned aerial vehicle equipped with aerial surveying system has great advantages in providing rapid data support in geological disaster monitoring， emergency response and disaster assessment， etc.

Keywords： unmanned helicopter；geological disaster；aerial survey；monitoring

隨着近年来突发地质灾害事件频频发生，给国家和人民群众的生命财产带来了重大危害。资源和环境作为人类赖以生存和发展的基本条件，全方位掌握国土信息，合理开发国土资源，发现和消除隐患，预防极端情况的发生，加强地质灾害防治，这些都对地质环境保护提出了更高的技术要求。

1 应用目的

地质灾害具有突发性、破坏性、地理位置复杂性等特点，无人直升机航测系统需要充分发挥无人机的快捷、机动、安全、数据获取快速等优点，结合地质灾害特点构建一套实时、高效的高质量地质灾害数据保障系统，为地质灾害监测、防治、减灾提供有力支持。

2 无人机航测系统组成

2.1 空中系统

空中系统主要包括小型无人直升机、任务载荷系统、飞控与航电系统。

在地质灾害测量、灾害区域高清图像获取等方面，对于直升机载荷的分辨率、稳定性提出了较高的需求。系统的任务载荷选配工业级高清稳像照相吊舱，两轴向稳定系统可隔离外界扰动，在飞行抖动条件下也可提供高稳定、清晰的图像。

飞控及航电系统需要完成地面指控系统与无人机平台之间的通信，通过无线电遥测遥控技术对信息进行获取和传输。一方面，将获取的遥感数据和设备的状态参数、位置坐标和海拔高度等辅助数据传给地面控制系统；另一方面，将地面的控制指令传输给飞行器和任务载荷，实现对飞行状态和任务载荷的精确控制[1]。

2.2 地面系统

地面系统由地面指控站、图像接收及显示、灾害信息处理等组成，其中地面指控站和图像接收显示使用原设备，载荷信息处理部分由便携式工作站、高速数据接口、专用灾害数据处理软件等组成。灾害信息处理单元对获取的高清图片数据进行采集、分析、加工、特征提取、编目及存储[1]。

3 航测无人直升机系统功能

3.1 航拍功能

航拍图像信息的获取主要采用飞行降落后的数据下载和实时图像传输两种方式。地质灾害发生后，无人机按照规划的航线飞行，飞机在灾害区域上空时，通过地面指控系统对高清光电吊舱的方位、焦距及快门的控制，根据实时回传图像完成对灾害区域的重点拍摄和连续拍摄。

3.2 监测、预警功能

无人机航测系统获取的高清图像数据和地理信息数据，通过分析计算可以形成各种状态数据，为地质灾害分布及发育状况的判断提供依据，可重复对不同时期监测图像进行比对分析，便于及时发现地质灾害隐患点的发生发展情况。

3.3 电子地图与地理数据定位功能

信息定位及电子地图单元将获取的图像以及无人机的经度、纬度、速度、航向、姿态等信息进行适当的数据处理（坐标变换、地理匹配），其功能主要是让用户利用光标，用点选、线选等方式选中空间地物的图形，然后显示出这些图形相关联的地理位置信息，最后通过对目标区域的地理坐标进行采点，完成电子地图的标注。

3.4 区域图像拼接功能

为取得目标区域的高清图像，载荷需要通过变焦对小视场范围内进行拍摄，要得到广阔视角的场景，就需要将不同角度的成像进行平滑无缝连接。图像拼接技术就是将数张有重叠部分的图像依据某类影射方法，投影到同一个平面上，通过匹配融合，拼成一幅大型的无缝高分辨率图像。图像拼接能够得到更多目标区域的信息，进一步扩大视场范围，可以通过将不同角度的成像进行平滑无缝拼接融合，构造一幅全景图，达到扩大视场范围的目的。

4 航测无人直升机系统的应用

4.1 监测地质灾害

滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害经常造成大量的人员伤亡和经济损失。现在地质灾害的监测仪器种类众多，如裂缝报警器、滑坡伸缩仪等，但是地质灾害同时具有突发性与难预知性，分布呈小规模、数量多等特点，导致传统的测量仪器缺乏目的性。无人直升机云下飞行的优势给地质灾害的监测带来极大的帮助。系统形成的数字高程模型，能够分析地形的变化，为监测地面沉降、滑坡形成提供可靠的依据。

4.2 灾害期的应急救援

地质灾害滑坡、泥石流等往往会造成灾区的通讯中断和道路交通破坏。通过航测图像可对灾害发生位置，受灾范围，交通信息与次生灾害进行调查，为合理的救援提供及时可靠的信息。地质灾害发生后专业人员现场调查会受到交通、次生灾害的影响，调查速度慢，精度低。

小型无人机可以垂直起降，快速获取灾害区域的地面数据，同时无人机航测系统可以实现数据的实时传输，为了解灾情、疏导交通，确定救援路线提供可靠的依据。

4.3 地质灾害灾情评估

灾害评估单元获取地质灾害航测图片后，通过图像拼接、图像增强和几何校正等图像处理，形成灾情数据，为地面灾情的分析提供大量可靠数据源。可以判断地质灾害体形状与位置，造成地面破坏的面积以及地形变化、受灾区域的破坏情况。再通过地理信息处理系统，在地质专家的指导下，可以对灾害情况进行评估，为救援计划和防止灾害造成的二次伤亡提供指导。

5 无人机航测系统在地质灾害监测中的优势

5.1 安全性高

地质灾害发生往往伴随着现场及周围环境的破坏，传统测量方法难以快速获得受灾现场的规模、程度及发展趋势等资料，通过无人机航测系统可及时迅速地获取灾害信息，为制订方案提供依据，并且降低现场工作人员的危险性。

5.2 机动性高

小型无人直升机，具有垂直起降、空中悬停、原地转弯、侧飞、倒飞等特点，同时兼有固定翼无人机携带方便、实用简单、不需要大面積的起降场地等优点。可以通过自主导航和遥控飞行两种方式飞行。

5.3 适应性强

无人机一般在云层下方飞行，弥补了卫星遥感和普通航空摄影经常受到云层遮挡获取不到影响的缺陷。同时，无人机可应急反应，在较短的时间内完成对灾害区域的探测。

5.4 实时数据传输

机载系统可将飞机下方的地面图像等航测信息实时传输到地面，实时显示、实时记录，用于导航和取景。

6 结语

地质灾害的高度破坏性，对人民群众的生命、财产安全造成了极大的威胁，而其突发、群发以及多分布于复杂恶劣地质环境的特性，使地质灾害的防治工作面临很大的困难。无人直升机作为一个先进、高效、快捷的平台，其特性弥补了时间、空间、交通、安全等多方面制约地质灾害防治成效的短板。经过综合研究，集成优秀的图像采集、数据传输、数据处理功能的无人直升机航测系统极大地提升了地质灾害防治技术和突发地质灾害应急保障能力，为我国地质灾害减灾、防灾工作提供了先进的技术平台。

参考文献：

[1]杨武年，濮国梁.长江三峡库区地质灾害遥感图像信息处理及其监测和评估[J].地质学报，2005（3）：423-430.