旋翼无人机航测技术在地质灾害调查治理中的应用探讨

苏莹铎

(同煤集团地质勘测处，山西 大同 037003)

1 引言

地质灾害作为一种特殊的不良地质现象，无论是在滑坡、崩塌、泥石流等灾害个体，还是由他们组合形成的灾害群体，遥感图像呈现的形态、色调、影纹结构等均与周围背景存在一定的区别[1]。在实际测量作业中，采用传统的常规地面测量、GPS测量及人工野外调查等传统监测手段只能获取少部分地理矿情专题要素，且存在工作量大、效率低、采集的数据过于离散、时效性差等问题，难以全面反映矿区专题要素整体状况及变化趋势。而借助无人机航空摄影系统来捕获工作区的高分辨率影像，创建地质灾害远程遥感解译标志，借助GIS提取技术来远程遥感解释各待研究区的实际地质灾害情况，并提取相关信息，通过解译遥感图像可以系统、全面地调查研究区域内已经发生的地质灾害和地质灾害隐患点，并把其类型情况、规模大小以及发育特点、发展趋势以及危害性等因素弄清楚，在此基础上对后期地质灾害防治工作进行科学指导。

2 工程实施关键技术及应用

2.1 无人机航空摄影

本次研究利用的无人机系统以大疆M600飞行平台定制而成，选用Zenmuse X5专业摄像设备进行工作面的地表图形、图像的获取。采用Lightbridge技术作为无人机与地面站之间的数据链，使用DJI GS Pro飞行控制平台作为地面站进行无人机飞行控制与任务规划，同时使用DJI GO系统作为辅助系统，完成无人机与地面站的各项配置。该系统配备了具有高分辨率的CCD相机，在实际测量作业中可及时捕获各种遥感影像。该系统还能科学、合理的规划飞行航迹，实时监控飞行航迹，并快速获取各种信息数据，其属于一智能化程度较高、较稳定可靠、实际作业能力相对较强的低空航摄平台。同忻矿8203工作面具体工作流程：（1）资料收集：在实地调查工作开展之前先期展开资料收集工作，了解其开采方式、工作面布置、煤层赋存、地质条件及相关的图纸等资料，在此基础上有针对性地开展进一步调查工作。（2）航线规划与设计：在对航线进行规划时，要考虑航拍任务的要求和飞机自身的性能约束，保证飞机在指定的区域按计划进行飞行，事先要对飞行的区域进行设定，包括：范围、航线长度、航线高度、拍照时间间隔、照片重叠率等内容，航迹规划图如图1。（3）航空摄影：根据本次任务要求，提前设计规划飞行区域，采用WGS84坐标，标定测区在地图上的位置，区域南北向长约2200m；东西向宽约400m；面积约0.9km2，航线单长度为5000 m，总长度为15300m。依照规划的航线，拟定飞行高度和航迹信息，飞行高度为100m，飞行30min，分为三次飞行。进入预定航线进行空中拍摄。当无人机进入超视距遥测飞行状态时，需通过地面遥控装置（遥控器、视频显示器等）进行飞行及拍摄任务控制。

2.2 航空影像处理

本次研究采用航测处理软件Photo Scan图形处理系统作为图形的制作处理工具对遥感图像进行处理，完成航片选取、照片导入、对齐、照片拼接、专题图生成等主要步骤获得正射影像图，并采用专业遥感图像处理软件Erdas Imagine对研究区正射影像进行拼接，应用ArcGIS软件将处理好的航拍影像进行整饰。

本次研究中无人机的航片处理采用Photo Scan图形处理系统，该软件解析了运用光束法平差计算进行的空中三角测量，此种测量主要是基于立体摄影测量，依据部分野外控制点在室内来进一步加密各控制点，最终把各加密点的高程大小及具体平面位置确定清楚的一种测量法，其可为缺少野外具体控制点的地区测图提供较定向的控制点[2]。此次研究区解析空中三角测量成果的精度符合规范要求（表1）。

表1 同忻矿8203工作面解析空中三角实际测量结果

2.3 地质灾害的遥感解译

所谓的遥感解译主要是以测得的各种遥感影像为基础，并充分结合待研究区的具体地形资料及相关地质资料，进行深入研究分析进而来解译地质灾害的工作，本次解译主要采用的是同煤地质勘测处无人机航拍获得的正射影像图，借助室内人机互交式解译与具体的野外验证等手段来最终实现对研究区的实际地质灾害情况解译（图2）。

图2 地质灾害遥感解译流程

就获得的遥感影像而言，随地物的不同，也会获得各种不同特征的影像，这些影像特征是对各地物进行识别判断的依据，人们称之为解译标志[3]。一般人们在创建遥感解译标志时，可从待解译物的颜色情况、阴影情况、形状大小、具体位置以及纹理走向等方面进行考虑，且在进行实际解译作业时，应尽可能地全面考虑各种因素，这样有助于更深入、更详细地进行解译，谨防出现漏判现象。总之，在确定具体解译标志时，应综合分析各种影像特征，以获得更准确更具代表性的解译标志。

在实际测量作业中，遥感影像图上所呈现出来的地质灾害实际形态还有具体色调情况等，通常会在某种程度上与四周环境遥感影像特征存在部分差别，对此，人们可通过地质灾害个体在遥感影像图上实际反映出的异常情况，并借助已创建的参照解译标志来初步解释研究区的实际情况。应详细彻底地排查解译出的灾害点，进一步去伪留真，同时可充分结合外业复核来详细解译各灾害点，具体如下表2所示。

表 2 研究区地质灾害解译标志说明表

图3 8203工作面上覆地表裂缝及塌陷坑遥感影像图

对详查中标注的“重点疑似灾害点”进行人工现场确认，将灾害点进行编号并命名，相关信息进行详细记录制成记录表（表3）。

表 3 地质灾害信息记录表

3 结论

经过对该项目的研究，无人机遥感技术的高分辨率和高机动性是传统遥感技术所无法比拟的，可以用于地质灾害调查、监测、预警、评估的全过程，通过DOM可以很直观地看出矿山治理前后的变化，而传统的测绘方法只能提供单一的地形图。无人机航测不仅作业速度快，而且减少外业工作量及成本。随着无人机遥感技术的进一步完善和科学技术的进步，各种小型传感器在无人机上应用，无人机遥感技术将成为地质灾害调查及环境监测等遥感应用不可缺少的重要手段， 也可在以后的矿山治理及将来的“数字矿山”建设中发挥更大的作用。