无人机航摄技术在地表变形监测中的应用

（四川省冶勘设计集团有限公司，四川成都 610051）

四川省内地质灾害种类多、分布广、地理环境复杂、人类工程活动较多，使之成为地质灾害的多发区、易发区。在“5.12”汶川大地震、“4.20”芦山地震、“8.8”九寨沟地震等较大地震发生后，地面影像数据获取速度、数据处理速度逐渐提升，成果精度及市场普及率大幅度提高。无人机航摄技术已经慢慢发展成为地灾应急的重要技术之一，较传统测绘而言，具有高效、现势性强、成果直观、人力成本低等优势；较传统摄影测量方式而言，具有机动性强、数据分辨率较高、成本较低等特点，能够满足地灾应急的时效性和精度要求[1]。通过多时态数据的分析比对及对影像的判读、量测和分析，可以清晰识别受灾区域、判断受灾程度，为地质灾害应急救援与抢险救灾提供决策支持[2-3]。

1 研究区概况

受连续强降雨影响，2020年6月17日凌晨3时20分，四川省甘孜州丹巴县半扇门乡梅龙沟爆发大规模山洪泥石流灾害，泥石流及洪水冲刷掏蚀对岸的阿娘寨古滑坡坡脚，造成坡脚大面积滑坡，上部古滑坡体发生大范围变形。由于该滑坡下滑的风险较大，为降低测量人员风险，采用无人机航摄的方式，快速获取滑坡体区域的影像数据，在三维模型成果上对变形量进行测量，通过对影像数据成果进行比对，分析地灾体的变化趋势，为防灾减灾提供技术依据。

2 数据获取

本项目数据获取设备为大疆无人机（Phantom4 RTK），是一款小型多旋翼高精度航测无人机，内置厘米级导航定位系统和高性能成像系统，便携易用。

无人机主要参数指标如表1所示。

表1 无人机主要参数指标

（1）航摄平面坐标系统和高程系统：采用2000国家大地坐标系和1985国家高程基准。

（2）航摄分区和参数设计：根据滑坡体的地形情况，由于滑坡前缘和后缘高差大于500 m（2 000～2 580 m），本区域分为两个航摄区（前缘区和后缘区）。飞行参数设计值如表2所示，分区图如图1所示。

表2 航摄参数设计

图1 航摄分区示意图

（3）像控点：根据资料收集及现场踏勘，该滑坡变形强烈，坡面路面变形严重，常伴有落石危险，本次使用的大疆精灵Phantom 4 RTK内置导航定位模块，能满足本项目对精度的需求，为保证数据获取时效及抢险救灾工作安全，不另外布设像控点[4-6]。

3 数据处理

对获取的无人机数据进行快速处理，获取三维实景模型、数字正射影像（DOM）、数字地表模型（DSM）成果。

数据处理技术路线如图2所示。

图2 数据处理技术路线

4 数据成果

通过对多次连续飞行获得的DOM和三维模型数据进行量测、比较、分析，监测此滑坡体的变形情况，掌握其随时间变化的规律[7-8]。

将不同时间序列的模型、DOM、DSM进行目视比较和差分分析，比较内容包括裂缝的长度、宽度，垮塌区域的形状、色彩、相对高差、地表岩石的位置和状态情况。航摄数据DOM成果如图3所示。

图3 航摄数据DOM成果

范围线为6月23日获取的DOM中滑坡体已下滑区域的大致边界线，滑坡体整体处于不断的下滑状态，裸露地表范围不断增大，且处于持续变化阶段，需要持续进行监测。

5 结语

在本项目的地表变形监测中，无人机凭借其灵活性和非接触特性，能够深入受灾区域，提供快速、可靠、直观的三维实景模型数据，实现地质灾害应急管理、灾情评估等任务，为灾后重建提供地理信息依据。利用无人机对重点区域进行监测，有效利用无人机机动性强的特点，降低作业人员的劳动强度和作业风险，提高了应急工作的效率。通过软件对地质灾害体进行无人机低空航拍与快速建模，对滑坡体进行多时态分析，得到重点区域变化规律，获取地质灾害体的变形信息，实现对滑坡体的形态分布特征的精确描述，为专业监测与应急决策的顺利实施及分析研判提供了重要数据支撑，科学有效地保证了现场施工救援人员的安全。

由于无人机机身较为轻巧，在一定程度上对复杂气候条件的抵抗力不足，在高差较大或其他复杂地理条件下，无法进行作业。无人机虽能自动规划飞行路线，但在重点区域的飞行需要人为干预，在地质灾害中不能实现地质灾害信息的自动提取等。对于无人机航摄技术在地质灾害监测方面的应用研究，应以无人机快速建模后的灾情快速解译与快速空间分析为主，提高对数据量较大的无人机影像的处理速度，进一步提高成果数据的实时性和高效性。