无人机航拍测绘技术对地质灾害的勘查分析

2019-12-14冯仕超

中国金属通报 2019年11期

冯仕超

（华北地质勘查局五一九大队，河北保定 071000）

随着国民经济的迅速发展，社会各个领域对高分辨率遥感图像的需求越来越急切，对其及时性和实用性要求也越来越高[1]。一种全新的空中遥感技术一无人驾驶飞行器拍摄是一种几年来新兴的航拍技术，它作为卫星遥感与常规航拍地质测绘的有效辅助手段，其优势是：其一，能够低空作业，弥补卫星遥感技术与普通航拍在高空有云覆盖区不能及时采集相关数据的缺陷；其二，以无人机为飞行平台，数据采集成本相比航天航空遥感要低得多，价格客观；其三，利用数码相机作为传感器来采集有关数据，使得采集速度较快，图像成型较为优良，地面分辨率较高(高达20cm)；最后，无人机遥感平台的灵活性较强，实用性较高，在较小面积的场地就能够完成起降作业，对天气环境的要求比较低[2，3]。无人机这些特征特别适合用于小范围的地质资源调查与灾害勘查。

1 基于无人机航拍测绘技术的地质灾害勘查

1.1 确定测绘区域和航线

按照目前无人机飞行标准，绝大部分无人机的飞行时间相对来说比较短暂，正常状况下是在30min左右，基于这种情况，就需要有针对性的对航拍区域进行精准划分，从而合理有效的安排测量航线、飞行时间以及飞行次数和架数等，一般在测量区范围比较大的状况下可以分区划段完成测量，最好在规定航行时间段内一次完成航拍任务，如此就能够以此类推在后续安排时间内有目的性的完成航拍工作，此外在开展航拍时尽可能按照实际航拍面积确定飞行路线，以免重复拍摄的发生[4]。

1.2 布置航拍网点

在航拍作业前需要先行将航拍区域确定，之后根据现实需要对其进行网点布置，如此一来才能够使得拍摄过程更加规范和合理，在设定拍摄网点时必须按照现实的拍摄环境做出具体的调整，从而降低周围环境的不利影响，使信息处理对上传数据可以做到更为精准的分析。

1.3 获取实时图像

地质灾害进行时，勘查人员一般是没有办法亲自到达灾害场地附近进行实地调查，这时借助无人机航拍测绘技术，指挥无人机飞入灾害区域将实时图像上传至后方指挥中心，让地灾专家可以利用影像资料实时掌握地质灾害发生区的状况，按照影像分析规划地质灾害防治解决措施[5]。

1.4 正射影像建立三维立体模型

预防性地质灾害勘查，通常涉及面积比较广泛，正常的勘查工作费工费力，还容易发生遗漏，影响勘查最终的结论。而正射影像是利用修复处理的具备高精度、几何精度和影像特点的真实具体的覆盖整个地质灾害区域的现场图像，满足了既包含细节又涵盖整体。勘查人员能够利用专业技术软件在正射影像上获得所需数据，再联系实地调研，确保勘查内容综合、客观、真实、具体。

相比于正射影像，三维立体模型借助倾斜航拍技术，从垂直、倾斜等不同的角度获取到不同的影像数据，使数据信息更加具体精准，也可以从各个角度更加客观地观察灾害区，放大局部区域情况，具体测绘长度、高度、坡度、范围、坐标等，丰富地质灾害勘查内容，扩大无人机在地质灾害勘查中的使用。另外，利用三维立体模型能够让非专业出身的技术人员或指挥人员更加容易直观地了解地质灾害的实地情况，为其决策规划提供保证。

1.5 数据获取

现在使用的无人机航拍遥感主要采取飞行下落后对数据进行二次下载，这种方法没有办法实时满足地质灾害应急救援对时间的紧迫需要，在灾害救援中数据的即时上传和处理成为新型的发展趋势。利用高分辨率遥感数据以及无人机平台其他传感器数据的有效融合与安全下载是确保无人机作业的关键方法。数据及时上传在不同地质条件下可选取卫星上传、视距微波传输以及超视网络数据传输。数据利用编码和压缩的方法将数据上传，可以有效提高数据上传速度，这样可以同步满足数据处理的实时需求，确保可以快速提交勘查成果。数据获取的具体流程如下图所示。

图1 数据获取的具体流程

1.6 数据处理

无人机航拍遥感影像数据的处理重点就在于低空飞行器拍摄的影像重叠度较低、像幅较小、图片数量较多、倾斜角过大且方向无规律，很难实现影像配比的自动化连接、选取以及匹配。

最近几年，随着影像遥感技术、自动航拍技术以及海量影像数据处理技术的日渐成熟，无人机低空影像数据处理的软件渐渐增多，基本上完成了对无人机航拍影像数据的自动化处理。而影像数据处理主要是针对影像数据的获取对影像进行参数细化以及DEM/DOM 制作任务。其流程图下图所示。

图2 无人机航拍遥感系统数据处理流程

2 技术应用分析

以河北某矿山集团矿业工作面为例，利用无人机航测技术进行该区域的有关地质灾害勘查，以及现场工作人员接收到任务并实地反馈至地质灾害调查系统的全过程。首先，按照实际任务需求，提前规划好无人机的飞行区域，采取WGS48坐标，确定测绘区在地图上的具体位置，区域东西向长大致3200 m；南北向宽大概是500 m；面积大约是1.7平方千米。其次，为了获得整个地质区域的遥感影像，计划在飞行高度为200m的上空进行航拍作用。再次，将无人机航空拍摄的影像数据进行一系列的拼接、改正、色彩优化、镶嵌等处理，得到完整的区域正射影像图，利用图像编码，初步明确地质灾害的种类以及具体位置；其四，按照现有的位置信息，采取小于50 m的航高仔细调查矿区地质灾害的类别、波及范围以及严重程度。其五，工作人员通过地质灾害勘查接收到一定的任务指令，抵达地质灾害点后，开展实际工作完成测绘并上报。各生产矿井可以及时登录了解有关系统，查询地质灾害信息，完成灾害点的治理工作。