无人机摄影测量及数据处理技术在地质灾害应急调查中的应用

吴现兴

摘 要  本文利用大疆精灵4RTK无人机，对娄底市娄星区杉山镇同安村一处滑坡地质灾害进行摄影测量，拍摄的照片并采用Pix4dmapper软件进行影像数据处理，生成滑坡区域正射影像图和三维模型，在此成果数据基础上进行测量、分析、研判，查明了滑坡的基本特征，划定了滑坡地质灾害危险区，为政府防灾减灾、保障人民群众生命财产安全提供科学依据，用以保障人民群众生命财产安全。

关键词  无人机;Pix4dmapper;地质灾害

中图分类号： P231                    文献标识码：A

Abstract： In this paper，DJ phantom 4 RTK UAV was used to photograph and measure the landslide happening in the Tongan village，Loudi City， Hunan Province. The photographs were processed by Pix4dapper software to generate  DOM and 3D models of the landslide area. The basic characteristics of the landslide are found out through measurement， analysis and study with result data. And also the geological hazard area is determined，  which provides scientific basis for the government to prevent and reduce disasters and ensure people's lives and property safety.

Keywords： UAV; Pix4dmapper; landslide

0  前言

无人机技术不断发展，使得无人机携带方便，起降要求低，适合山区及丘陵飞行，经济又实用[1]。随着机载摄像头发展和RTK在无人机摄影测量中的应用，无人机摄影测量获取的数据也越来越精确，通过 Pix4dmapper等专业软件可创建地质灾害三维实景模型，生成数字正射影图，快速绘制等值线，从而可以快速识别、量测地质灾害范围、地质灾害体变形特征等信息。因此无人机摄影测量技术越来越多应用在地质灾害调查、监测中。

2019年7月8日7时～13时，受持续强降雨的影响，娄底市娄星区杉山镇同安村一处坡体发生变形并加剧，严重威胁前缘房屋及人员生命、财产安全，需要开展地质灾害应急调查，为政府地质灾害应急处置、防灾减灾提供基础资料。

1  本次使用的无人机及Pix4dmapper影像处理软件介绍

本次工作所用的无人机为大疆精灵4 RTK。该款无人机为多旋翼无人机，相机像素2000万，云台可控范围1500亩，遥控机控制飞行距离7km、飞行高度500m。大疆精灵4 RTK无人机是通过遥控器连接CORS并发射差分改正数据

测量使用坐标系为CGCS2000，启用RTK且RTK正常工作时，垂直精度为±0.1m，水平精度±0.1m。

Pix4Dmapper软件由瑞士Pix4D公司研发，是一款全自动、快速、专业精度高的无人机数和航空影像数据处理软件，无需人工干预，可将数千张影像照片制作成专业的精确的正射影像图（DOM）、数字表面模型（DSM）、生成等值线、点云和三维实景模型等。数据自动处理完成后，可以读取测区任一点高程和坐标，量取想要区域的面積。

2  无人机及Pix4dmapper软件在本次地质灾害调查中的应用

2.1 工作流程

无人机摄影测量及数据处理主要工作流程：①规划测区拍摄航线;②测区拍摄;③测区数据导入专业处理软件;④数据处理前参数设置;⑤生成正DOM、DSM、点云等;⑥利用DOM、DSM、点云进行地质灾害识别，研判灾情等。

2.2 无人机相关参数设置及使用应注意事项

本次用无人机对滑坡地质灾害发生区域及周边影像数据获取，采用2D航线规划，规划航线时保证能拍到地质灾害发生区域和影响区，规划航线后共拍摄了154张照片。规划航线的主要工作参数设置如下：①航向重叠率设置成 80%;②旁向重叠率设置成 70%;③飞行速度 7m/s;④飞行高度 150m;⑤畸变修正关闭;⑥相片比例设置成3：2;⑦相机角度-90 度。无人机在使用的过程中，尽量保持遥控器与无人机的联系，避免定位不精准，拍摄的照片不能校正不能利用成图;无人机应避免在雨中、大风天气进行飞行作业。

2.3 Pix4dmapper无人机数据处理

2.3.1 Pix4dmapper软件处理方法

Pix4dmapper软件处理基本方法，打开Pix4dmapper软件新建项目;导入拍摄照片;输入图像坐标系按图1设置;处理选项模板用3D地图-快低/低分辨率;输出图坐标系按图2设置;开始自动处理，自动处分三步完成，第1步 初始化处理，第2步点云及纹理，第3步DSM及正射影像图。自动处理完成后打开影像图和三维实景型模。

2.3.2 Pix4dmapper软件处理效果展示

经Pix4dmapper软件处理后正射影像和三维实景模型（部分展示）见图3、图4。

根据图3和三维实景模型能确定滑坡地质灾害范围及主滑方向，可识别拉裂缝和剪切裂缝的分布规律，可测量拉裂缝和剪切裂缝长度及滑坡体与滑坡壁错落最大高差，识别危险区等。

3  滑坡地质灾害的基本特征及发展趋势分析

图6、图7是滑坡现场用手机拍到的照片，从照片中可知公路旁边挡土墙垮塌、开裂，公路开裂。上述因滑坡遭受破坏的挡土墙和公路很容易从图3（正射图）和三维实景模型中找出，量出裂缝的宽度、错距等。

经无机摄影测量及影像数据的处理，对生成的射影像图及三维景实模型进行识别、测量，该滑坡体变形破坏特征主要表现为：滑坡后缘形成滑坡台阶，滑坡体与滑坡壁错落最大高差约1.0m，滑坡体拉张裂缝及剪切裂缝纵横交错，横向裂缝非常发育，土体松散，拉张裂缝延伸长约5～50m，可见深度约5～80cm，宽度约3～60cm;前缘支挡结构、排水沟及村道已被破坏。滑坡已发生滑移变形破坏，前缘已剪出，坡脚村级道路已被推移破坏。对滑坡特征进行分析、研判，滑坡前缘已由牵引式滑坡轉为推移式滑坡，在暴雨、连续性降雨条件下，滑坡变形可能加剧，滑坡边界可能向前、后及两侧发展，前缘道路可能形成泥水流等次生地质灾害，将严重威胁前缘31户135人生命财产安全及三水厂的安全，见图7。在滑坡没稳定之前要撤离受威胁群众，对滑坡体进行应急处置，加强滑坡体的监测。

4  无人机在地质灾害调查中的优势

用无人机摄影测量进行地质灾害调查主要优势，一是可以更快速的测量出所需要的数据;二是无人机拍摄的影像用专业处理形成的正射影像图比传统测量的图件更直观，更便于领导层决策;三是在地形条件复杂、地质灾害危险区域，人工调查和测量难以完成，使用无人机能轻松完成调查和测量工作。

5  结语

大疆精灵4 RTK无人机测量量精度高，携带方便，起降要求低，在地质灾害调查中拥有技术优势。①无人机在作业过程中，通过机载高清相机，较大范围可在短时间内轻易地获取影像数据，有效弥补地面遥感调查、监测所存在的精度不足缺陷;②无人机在获取近地面影像时，具有直观性、快速性以及准确性，很适合地质灾害应急调查。Pix4Dmapper软件能自动、快速、高精度专业的处理无人机影像，可将数千张影像快速制作成专业正射影像图（DOM）、数字表面模型（DSM）和三维实景模型。

在滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流等地质害高发频发的低山丘陵区，用 无人机摄影测量及数据处理技术，能及时准确了地质灾害情况，查清地质灾害基本特征，通过分析、研判灾情发展趋势，划定危险区，为政府开展救援、地质灾害应急处置、撤离受威胁群众提供科学依据，对保障人民群众生命财产安生意义重大。

参考文献/References

[1]黄志华.浅议无人机在重大自然灾害中的应用[J].科学论坛，2013，224.

[2] Pix4dmapper中文版操作手册.北京天恒昕业科技发展有限公司，2015.