无人机航测技术在山洪灾害调查评价中的应用研究

焦志良

摘 要：山洪灾害调查是防灾、减灾、救灾的重要方法之一。传统的调查手段效率低、观测成本高、时间周期长。通过无人机低空航测技术可快速、高效获取高分辨率影像。本文对无人机航测技术进行了研究，使其辅助进行山洪災害调查工作。应用结果表明，该方法用于山洪灾害调查效果高、成本低，数据成果精度高，能够满足山洪灾害调查工作要求。

关键词：无人机航测技术；山洪灾害；调查评价；应用

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0151-01

前 言

山洪灾害多发生于高山峡谷中，由于这些地区的地形和植被复杂性，往往缺少较为详细的地形、地质资料，因此，如何快速获取山洪沟内的地形资料、植被覆盖情况是研究山洪灾害发生机理的重要前提。无人机低空摄影测量作为一项空间数据获取的重要手段，具有轻小、续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、高分辨率、机动灵活等优点，是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充，在山洪灾害调查评价中的应用具有一定的效果。

1 无人机航测系统

无人机航测系统主要是利用无人机，并搭载相机、红外线热像仪以及传感器等零部件，在空中对一定空间内的地形进行数据获取，并制作出相应的数据成果图。这是一种具灵活性高、成本低的数据采集和处理系统。与传统的航测技术不同的是，该项技术活动空间属于低空领域，其是对卫星遥感技术的有效补充。

1.1 系统组成

无人机低空航测系统由地面指挥保障系统、无人飞行平台、传感器和数据后处理系统四大部分组成。

1.2 技术特点

近年来，无人机的快速发展得到人们广泛关注，其技术已经较为成熟，具有很多传统航测及卫星遥感所不具备的优势：①运作成本相对于大飞机航飞较低，作业灵活简单；②可以根据天气情况适当调整飞行的高度，并且还可以在云下进行摄影；③其具有高分辨、高信息量影像的特点。

2 主要应用方面和技术优势

通过无人机低空航测技术可以快速获取调查区域的高分辨率影像，实地测量像控点，制作并输出4D产品，可辅助进行山洪灾害调查评价、山洪灾害应急监测和山洪灾害灾后快速评估工作。

2.1 基础地理信息快速获取

通过无人机低空航测技术，获取流域区域的分辨率优于10cm的影像，生成流域范围内的高分辨率的正射影像图、高密度的点云数据和具有真实纹理的三维模型。通过叠加点云和正射影像，采集特征点、线的高程和平面数据。通过正射影像或原始影像辨别相关植被和土地利用类型、重要水利设施等内容。建立点云密度、维度特征、形状特征和流域下垫面、坡面糙率参数关系。

2.2 应急监测

通过无人机低空航测技术，可以在山洪灾害发生时对局部山洪、洪涝灾害、旱情进行应急快速监测。通过多周期的连续高清晰影像数据，可以快速分析灾情发展、进展情况，为抢险提供辅助决策。

2.3 灾后灾情快速评估

通过无人机低空航测技术在灾后第一时间内进行数据获取，对比灾前影像数据，快速分析和评估灾情情况，为防灾减灾决策和救援提供数据支撑。

3 山洪灾害调查要素自动提取

3.1 调查要素自动提取流程

由无人机激光雷达系统自动提取山洪灾害调查要素的流程如图1所示。

由图1可知，基于无人机激光雷达系统自动提取山洪灾害调查要素的主要过程如下：

①首先对获取的原始激光点云数据进行前期处理，获得一份基础数据。②然后采用分区格网滤波方法实现地面点云与非地面点云的自动分类，完成地面点云的滤波。③根据地面点云数据，采用TPS插值法进行河道断面高程的插值，并且根据相关提取步骤进行河道断面数据信息的自动获取。④对于非地面点云数据，需要利用模糊C均值聚类法对居民户点云数据提取，并结合设定的阈值条件获得居民户的轮廓形状。第五，在获取的居民户轮廓位置及中心点高程信息和河道断面信息对沿河居民点高程进行纠正，并结合业内调查的居民人口数量，最终得到沿河分布的居民户人口及高程分布结果。

3.2 关键技术与分析

由于发生灾害后云层较低，航飞时应综合考虑地面分辨率和航飞效率，选择适应的相机镜头。长时间航飞时可能中途遇雨，飞机所用木浆在雨中运转会遭受损害进而可能引发不可预料的后果，因此，飞行设计时，应备好其他材料的螺旋桨。此外，山洪灾害调查流域包含大量的居民区，为保证数据处理精度在居民区也应均匀布设像控点，应合理选择控制点位置及测量方式，快速准确地采集像控点。通过采集的影像数据提取生成高精度的点云模型和三维影像模型。最后，利用高分辨率航片的分类及差值算法对受灾前后的高分辨率影像进行对比分析，自动分析洪水前后的建筑物、植被等地貌和建筑物变化情况，评估灾害损失情况。

4 结束语

总之，无人机航测技术具有测量精度高、重量轻、适应性强、操作简单等优点，将其应用到山洪灾害调查评价中，能够有效解决山洪灾害中的关键技术问题，达到良好的效果。因此，无人机航测技术在山洪灾害中的应用前景十分良好。

参考文献

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收稿日期：2018-3-14