浅谈无人机航测技术在地质灾害应急测绘中的研究与应用

2021-11-24熊涛

大众投资指南 2021年8期

熊涛

（湖南省地质矿产勘查开发局四0五队，湖南吉首 416000）

近年来，随着飞控系统的开源、配套技术的进步以及民用无人机市场的扩张，使得无人机在各个领域的应用得到了飞速发展。在地质灾害应急测绘领域，特别是在近年发生的各类山体滑坡、崩塌和泥石流灾害的测绘和救援工作中，无人机在通信保障、监控预警、三维建模、辅助决策等方面起到了重要作用，提高了测绘和救援效率、减少了人员伤亡。但在实战中也暴露了无人机在功能模块、续航能力上的短板。传统的灾后调查方法局限性较大，并且效率已经无法满足当前对于灾情救援的需求，因此无人机在应急测绘工作中的应用得到了更多重视。无人机运行不受交通影响，同时能够克服次生灾害，迅速地采集灾区情况，得到其实际影响，数字模型和三维模型，为救援提供有效的决策依据。

一、无人机的工作原理

无人机是一种通过无线遥控技术和自动控制装置操作的无人飞行器，现行的应急测绘无人机多为多旋翼无人机，机载各类功能模块设备，无人机系统的主要组成部分包括飞机本体、动力部分、飞控部分、数据通信部分等，其中整个系统的核心是飞控部分，直接影响到无人机运行的安全性和稳定性，同时关系到实时的数据传输。数据连接部分保证了无人机能够在较低时延下接受并相应指令，从而完成相应的运动控制。

二、无人机的优势

（一）较为机动灵活

小型无人机重量较轻并且需要较少的操作人员，通常来说2人就能很好地完成无人机操作。同时由于重量轻的特点，当发生地质灾害时能够较为方便地带入现场，迅速起到应急测绘作用。另外其飞行速度控制较为方便，具有灵活机动的特点，迅速达到灾害地点。另外，无人机对于起飞条件要求不高，起飞容易，这对于地质灾害的应急测绘工作来说有着重要的意义。

（二）视野全面

当前在无人机的研究领域，已经尝试着将数据链技术和宽带技术融入其中，扩宽无人机视野，以便应对不同的角度和光线条件，完成勘测任务。在低空飞行石，可以在无人机上配备先进的成像技术，对地质灾害进行跟踪拍摄，提高测绘效率。

（三）操作简单

无人机在操作上较为便捷，一般在视频传输系统的配合下，就可以通过远程系统对其进行飞行控制，并且对现场进行实时监测。另外，如果客户端接入公网，还可以采用电脑、手机等多种智能载体来控制无人机飞行，接口丰富，操作简单。

（四）安全可靠

无人机实际飞行中对于环境的要求也相对较低，可以在非极端天气下正常使用。在地质灾害的应急测绘工作中，无人机的应用有效解决了传统测绘中的问题，提高了测绘质量和效率，同时能够对现场情况实施的监测和跟踪，为灾害的救援提供可靠依据，尽最大可能降低灾害的影响。

三、无人机在地质灾害应急测绘中的应用

（一）无人机先导侦察功能及其优化

所谓先导侦察功能，是指当有灾害发生后，消防无人机通过自主规划航迹或者是手动操作，首先进入现场进行侦查，展开地质灾害的应急测绘工作。当前在应急测绘工作中，无人机的工作方式大多数都为手动为主、自主为辅，也就是通过遥控器来操作无人机进行初步的侦查，在这之后的部分工作才能通过自主航迹规划来完成。虽然这种操作方法较为简单，但是其缺陷和不足较为明显。例如在出动无人机时，由于在人员操作方面存在限制，只有相关人员达到现场后才能安排无人机的侦查工作，也就进行全面自主的先导侦查工作。因此在侦查功能上需要对其进行进一步的优化，为应急测绘工作提供预判的空间。

（二）无人机图像传输功能及其优化

在地质灾害应急测绘工作中，无人机通信系统主要涉及图像、数据以及无线电的传输。通过图像模块来将灾害现场的图像传回，这是应急测绘工作的关键。结合当前应急测绘工作中所配备的通信装备，目前图像传输方式中较为稳定的有3G/4G传输和微波传输两种。

1.3G/4G图像传输

在无人机消防工作中，3G/4G图像传输指的是通过4G设备来传输3G图像，其现场的数据传输路径主要有三方面，一是无人机摄像机进行现场拍摄，地面终端接收无人机数据。二是在地面终端处引出HDMI的接口，向地面的公网基站发射信息；三是通过访问通信指挥中心登录IP地址，连接服务器，即可获取基站转接的数据信息。

2.微波图像传输

这种方式是指的是，消防通信人员通过便携式发射终端，将无人机所获取的数据信息以微波的形式向通信指挥车中的接收机发送，车载发射机对其进行再次发射，通信指挥中心中就可以看到相应的数据信息，也就实现了现场、指挥车和指挥中心的实时数据共享。

（三）灾情勘察为救援行动提供辅助决策

当地质灾害事故发生时，救援人员不一定能够进入现场的核心区域。但是在复杂环境下的灾害事故现场，无人机可以自由灵活地进入受灾区域进行全方位侦察，在灾害发生的第一时间确定核心位置，并对其做出合理救灾方案。

利用无人机上搭载各类侦检模块，可以对现场的实际情况进行检测。在地理复杂的救援现场，可利用无人机将实时地理数据、风速、温度等信息传输到指挥中心，制作二维、三维全景图，对现场侦察，便于后方指挥中心制定合理的救援方案。

四、无人机应急测绘方法

在应急测绘工作中，无人机影像会有较大的数据量，通过常规处理效率较低，所需时间较长。在灾区中对时间要求较高，必须要对工作流程进行合理调整和改进，在现有资源的基础上来应对不同的实际状况，从而提高应急测绘的效率和质量，为救援工作提供最为可靠的数据依靠。对于无人机测绘来说，可以在应急预案的制定、排排作业以及数据分析处理等环节进行优化，确保应急测绘工作能够满足时间要求。

（一）制定应急预案

科学合理地制定应急预案，这时确保测绘工作质量和效率的基础。需要综合考虑到现场实际的环境、设备以及人员因素。通常来说应急预案需要包括岗位职责情况、操作手册详情以及紧急状况处理等部分，并且要以实际为基础不断地对原进行改进和完善，并且通过实际模拟来提高应用效果，确保预案中所设涉及的内容都能得到充分的保障。

（二）应急拍摄作业

在进行应急测绘工作时要做到针对性拍摄，首先保证灾区数据准确，以该区域为中心规划和计算其实际的影响范围。一般来说，地质灾害在丘陵、山地等地区较为常见，并且在这些地区可能会影响到无人机的飞行路线及高度，导致拍摄的照片没有较为理想的视野范围，并且影像边缘质量较差，失真问题严重。因此在设计航线时，要在灾害影响较重的区域以及拍摄质量较差的区域内进行加密设置。并且，五镜头的相机较重，续航较差，需要进行多次起飞来完成测绘任务，并且该种相机所采集的数据具有较大的冗余，在实际操作中要通过刷面方式来收集数据。

（三）数据应急处理

在处理无人机所收集到的数据前，首先要检查航片质量，确保已经全面覆盖了重点区域。另外，灾区中往往存在着电力终端问题，无法稳定供应电力，导致数据处理设备灭有运行环境，因此要通过降低数据处理量来提高作业效率。采用快速拼接软件来自动化拼接航片，通过现场地理信息以及像片控制点来纠正影像坐标，制作数字影射图。由于实景的三维建模需要耗费较长时间，所以可以单独处理重点区域航片来进行倾斜摄影应急建模。将灾区数据进行分块处理再将其拼接。如果采集数据的面积过大，可以将次重要部分的分辨率降低，从而提高建模速度。