浅析无人机航测系统在滑坡应急中的应用

张海强

摘  要：近年来，随着无人飞行器技术的发展，计算机图像匹配技术的成熟以及成本的不断下降，倾斜摄影测量技术从城市三维建模的应用推向了各个相关行业。基于此，本文分析了无人机航测系统在滑坡应急中的应用，以供参考。

关键词：无人机航测系统;滑坡应急;应用

中图分类号：P2314   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）02-0000-00

0引言

地质灾害是由地质环境和地质活动的异常变化引起的灾害。地质灾害发生后，往往会对灾区生态造成严重破坏。灾难发生后需要第一时间进行救援，因此引导灾后救援工作的组织是否井井有条，是否准时与居民的生活直接相关。研究表明采用传统方法救灾，其不仅会受到局限，而且效率低下，随时可能发生二次灾难。无人机具有克服二次灾害，不受交通条件影响的特点，可以迅速收集灾区数据和航拍照片，并制作DOM正射影像，DSM数字高程模型和3D模型。因此可以有效协助组织救援行动，同时及时反映灾区的范围和现状。

1无人机灾害应急监测业务应用案例

随着技术的发展和服务目标的变化，国家航空遥感中心在过去的10年中得到了發展。在过去的10年中，无人机的应急机制极大地提高了其获取跟踪数据的能力。2008年汶川地震发生后，中心立即派遣无人机人员前往震中地之一的北川县，并于5月15日进行了航拍，得到分辨率为0.3m的图像，并将其与灾前的图像进行了比较。遥感图像的比较表明房屋已损坏。2010年6月21日下午6：30左右，江西省福州市临川区抚河干流右岸的长开大坝坍塌。6月23日，该中心紧急启动了一项重要的国家合作机制，以应对自然灾害时的紧急无人机。无人机工作人员被派往江西和其他受灾地区拍照，获得具有空间分辨率的0.2m图像数据，并分析和评估了昌凯大坝的沉没和洪水淹没情况。

2数据获取及处理流程

通过无人机摄影测量获得的各种数字地形产品可以快速再现地质灾害及其周围环境的真实场景，而不会出现盲点，并且可以清楚地显示地质灾害的类型，规模，面积和地形，并准确识别地质灾害的形态特征。直接从图像中读取每个点的高程值以及任何两个点的高程，坡度和纵横比的差异，为研究大规模地质灾害提供三维参数，并结合土地测量和监测数据来识别灾害的特征和影响快速解释和评估。为紧急调查和现场分析提供了理论基础和数据支持。

3无人机航测系统在滑坡应急中的应用

3.1滑坡区概况

滑坡区位于青海省水力发电站水库区的右岸，距大坝约1.4公里。地势是黄河峡谷地区的源头，是黄土高原与青藏高原之间的过渡带，通常从西南向东北倾斜。该地区的海拔在2100～3000m之间，地形通常略微上坡而陡峭下坡。黄土上坡的自然坡度在5°～35°之间，由于道路开挖，该坡度几乎是垂直的。库岸下岩质边坡坡度在35°〜45°之间，坡高200～300m，滑坡区位于祁连县祁连中游隆起带南侧地槽折叠系统。其南部边界是青海南山-天水断裂带，而祁连-海原结构带与北部相邻，滑坡场址的地质条件相对简单，结构发育程度低，在地面上没有观察到重大的构造断层或裂缝。

3.2无人机应用的具体体现

在获得滑坡体的航测图像后，将图像数据进行数据处理，图像数据处理包括数据预处理和后处理两部分。首先，处理图像数据，包括图像数据下载，飞行质量检查，相机校准等。在预处理完成后，将图像导入到UAV分割图像处理软件中以在滑坡区域生成DEM和DOM。并在滑坡体地形建模软件中，生成滑坡体数据。通过使用滑坡体的DOM图像，通过图像的地质解释，可以快速执行滑坡体并获得滑坡特征和相关的地质数据，以进行滑坡体的地质建模和稳定性分析。

3.3具体应用带来的好处

无人机摄影测量技术用于快速获得滑坡的高清晰表面图像，因此，通过图像处理和地质解释，可以轻松，快速地获得滑坡的地形和地质信息。（1）利用从无人机图像获得的滑坡体数据，通过三维建模平台建立滑坡体地质模型和计算模型，形成数据流，以基于无人机航测快速生成滑坡分析与计算模型。（2）利用有限元减阻法从图像数据建立滑坡体计算模型，进行稳定性分析和计算，结果与实际滑坡变形基本吻合，说明无人机在航空勘测中的应用在快速调查和分析滑坡中是可行的，并且可为滑坡灾害紧急情况的决策提供科学依据。

4无人机灾害应急监测技术发展与应用

近年来，科学技术不断进步，无人机技术和载荷技术有了更大的发展空间。第一架应用在工业方面的无人机已经由以往的寿命短和电动多旋翼飞机转变为当前的垂直起降和混合动力，飞行速度非常快。在以前的无人机应用时，采用的是单镜头光学相机，而目前采用的是多种有效载荷，比如说倾斜、红外激光、雷达等。技术发展实现了无人机技术应用深度和广度的拓展，利用无人机技术能够实现电气检查、交通监控以及环境监控等，而且无人机技术在救援救灾领域也发挥着关键作用。为了满足无人机技术在重大灾害应急管理中能力的提升，实现救援救灾目标，对灾害风险的监控与预警，获取更多更加准确而及时的信息，为航空远程控制中心提供更多的数据资料，需要研究人员不断加大对传感器控制的分析，发现无人机技术和平台应用中存在的漏洞。利用无人机资产的社会力量，建立“大型无人机灾害应急监视协作机制”，目前该机构已经有16个单位和84个专业团队，对于发生高危险的地区实施紧急救援。通过不同类型的无人机应用，融合到我国的应急管理系统中，实现资源科学配置，满足共享和利用。建立无人机管理系统，利用无人机视频和监控数据的可视化系统，满足无人机飞行的可控性，建立应急管理体系，为无人机系统运行创造良好的环境。

5无人机在现实中的具体应用

5.1具体情况

滑坡严重威胁着人们的生命和财产，阻碍了社会和经济的可持续发展。其通常始于人迹罕至的山区的顶部或山坡上，这些地区交通不便或距离城市较远。在自然灾害的情况下，它们通常是由大雨和其他极端天气条件引起的。茂县6.24滑坡就是这种情况，富贵山海拔3455m，滑坡后的岩石和土壤被染色和暴露，生态异常脆弱。突如其来的灾难夺取了山下100多人的生命，掩埋了46栋房屋，在2公里以内堵住了河床，并导致了巨大的生命和财产损失。湖水坝对水力发电厂，水库产生了巨大影响。来自无人机航拍照片的灾后图像被用于快速获取第一手数据。滑坡区域从东北向西南扩散。初始滑坡带的高度约为3404m，下覆岩层的高度约为2646m，最低点的高度（河床的位置）约为2286m，相差约1118m，最大水平滑动距离约为2658m，该斜坡的总坡度约为50°〜60°，由滑坡形成的湖泊上下游之间的高度差约为4m。无人机的航拍照片清楚表明，在上部滑坡带的西北角，可以看到清晰的滑坡后缘和滑坡裂缝条纹。最大裂缝宽度为26m。这种裂缝宽度掩盖了滑坡和其他地质灾害再次发生的可能性。

5.2后续处理

在对茅县滑坡成因和灾区破坏的分析基础上，制定了以下防治高发病率高山地区自然灾害的措施和建议：（1）地质灾害风险地区的管理提前制定并迅速启动和执行应急计划，在暴雨和地质灾害期间坚决将人员从危险人群中疏散，并在必要时采取强制措施进行预防;（2）加强应急服务，完善及时的灾害预警和专项报告，确保通讯畅通无阻;（3）加强雨季旅游安全管理，加强旅游区和交通干线区地质灾害防治的监督管理，严格防范死亡，不遗余力避免或减少人员流失。（4）加强对山区高发地区和茂县县滑坡等目标地区潜在隐患的调查。对现有灾难进行彻底调查。特别是，对于高救济，陡坡和大泉水的隐蔽灾害地点，应加强监视和预警，并在必要时进行疏散。

5.3经验总结

（1）地质灾害应急调查具有持续时间短，持续时间短，风险高的特点。常规的地质勘探方法通常不能满足紧急勘探需求。但是，使用无人机和地球物理勘测之类的新勘测技术可以简单，快速且高效。可以准确地获取地质灾害的基本数据，其结果主要可以满足突发事件调查评估的需要。（2）紧急调查结果表明江滑坡是大规模的覆盖层滑坡。滑坡表面的变形很强，主要是蠕变到滑动，表现为轴向变形。从亚稳态到不稳定状态。地震或其他因素可能会引发大规模的动荡或全球动荡;滑坡威胁着敏感地区，破坏程度很高，地质灾害的风险也很高。（3）根据调查，分析和评估应急情况的结果，提出综合应急措施，对应急预案，监测预警，应急预案和长期应急预案进行研究。（4）如无人机，地球物理勘探等新技术与数据收集和传统的基于地面的地质勘探方法相结合用于滑坡应急侦查技术，已在较短的时间内得出了应急侦查结果。它不仅在很大程度上避免了滑坡失稳的潜在风险，而且在西南山区对地质灾害的应急反应中积累了经验，可以作为调查紧急情况和为此类地质灾害提供紧急援助的参考。

6无人机应急测绘方法

6.1无人机应急测绘

UAV图像的数据量非常大，因此传统方法的处理会花费大量时间，并且效率很低。对于受灾地区，时间就是生命。因此，我们必须抓紧改进工作流程，利用现有的有限资源来应对不同情况，并尽快发布调查结果和紧急情况图，以支持支持工作数据。针对无人机检测和海图计划进行优化的组件包括应急计划，数据处理和分析以及航空摄影，可以通过科学手段优化和改善各种连接，以确保检测和制图时间满足救援需求。

6.2应急拍摄作业

无人机航测配备了高分辨率摄像头，可以快速获取工作区域的高清图像。通过圖像处理和信息提取，可以获得地形数据和救济区的地面物体。无人机航测具有机动灵活，快速有效的特点，运行成本低，适用范围广，操作维护方便等特点，在获取小面积高分辨率图像方面具有明显的优势。

7结语

倾斜摄影测量实景三维建模技术用于为塔滑坡站点创建倾斜3D模型，该模型可以清楚地描述塔与周围环境之间的关系，如滑坡体，滑坡范围，植被覆盖度和大面积裸露的基岩，并结合现场地质调查可以提高现场的整体稳定性。同时还可以使滑坡分析处理方案迅速可行，为滑坡灾害处理提供有力的技术支持。

参考文献

[1]杜朋召，齐菊梅，罗延婷，等.无人机航测在滑坡快速调查与分析中的应用研究[J].人民黄河，2021，43（1）：161-164.

[2]郭晨，许强，董秀军，等.无人机在重大地质灾害应急调查中的应用[J].测绘通报，2020（10）：6-11+73.

Analysis on the Application of UAV Aerial Survey System in Landslide Emergency

ZHANG Haiqiang

（Guangzhou Siwei Chengke Information Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 511483）

Abstract：In recent years， with the development of unmanned aerial vehicle technology， the maturity of computer image matching technology and the continuous decline in cost， tilt photogrammetry technology has been promoted from the application of urban three-dimensional modeling to various related industries. Based on this， this article analyzes the application of UAV aerial survey system in landslide emergency for reference.

Keywords： UAV aerial survey system; landslide emergency; application