无人机倾斜摄影测量在高原地质灾害调查中的应用

李维胜

（中国人民解放军32017部队， 西藏 拉萨 850000）

0 引言

近年来，无人机倾斜摄影技术获得了良好发展，将其应用到工程测量工作中，可以准确、快速的获取地面目标物体的高清影像，并且能够对获取到的数据信息展开实时分析，帮助测绘工作人员了解目标物体的基本特征，从而为测绘工作带来很大便利[1]。传统的测绘手段存在诸多弊端，比如测绘工作量较大，工作效率低下，并且获取的数据信息不具备较高的准确性，而应用此种摄影技术可以改变传统测量手段中的各种弊端，进一步提升测绘工作水平和质量。

1 高原无人机倾斜摄影系统组成

1.1 无人机系统

无人机是倾斜摄影系统中最基础的部分，在具体的工程测量工作中，无人机发挥的主要作用就是搭载摄影设备，同时还可以在无人机上面安装其他任务设备，在整个测量工作中发挥着十分重要的作用，可以有效辅助每一项活动的正常开展。需要根据测量工作的需要来选择合适的飞行设备，并保证飞行设备结构具有较高的安全性，可以满足长时间飞行的需求。另外，还需要确保飞行高度可以满足实际工作需要，在具体测量过程中合理规划飞行路线，避免出现偏离航线的情况。在测绘工作开始之前，应全面分析目标区域的基本情况，对于高原地质灾害调查工作来说，应掌握高原地形基本特征规模和高原基本气象条件等信息，以此为依据选择合适的无人机系统，确保无人机系统可以满足具体工程测量需求。

1.2 任务载荷系统

任务载荷系统又可以分为多个组成部分，比较主要的几个部分就是稳定云台、同步控制装置、倾斜摄影相机等，每一个部分都有不同的功能，发挥着不同的作用。在具体工作过程中，倾斜摄影相机能够从多个角度对高原地区进行拍摄，同步控制装置又可以将获取到的影像资料传输到地面控制中心，而且还能有效提升系统运行的稳定性，为系统的正常运行提供可靠保障。通过稳定云台对获取影像的清晰度和准确度进行调整，担负着基础调整的责任，为之后的模型创建工作创造了有利条件。此外，测绘型无人机还携带高精度定位系统和通信模块，拍摄照片时带有POS信息，为后期处理获得高精度倾斜摄影三维模型提供先决条件。

1.3 数据处理系统

数据处理系统是无人机倾斜摄影系统的关键部分，发挥着十分重要的作用，在具体的数据处理工作中多应用分布式集群处理提高作业效率。数据处理系统在应用过程中，可以使用三维软件来处理收集到的各种数据信息，还可以对三维模型进行优化，从而将现场的实际情况充分还原出来，有利于实现整体系统的优化完善目的，提高系统的应用效率。此外，在系统应用过程中，必须要客观分析多组数据信息，并以此为基础创建出更加完善的三维模型，使数据的精准性和可靠性得到提升。

1.4 高原环境对无人机产生的影响

由于高原地区的海拔较高，所以气压和气温都比较低，会对无人机的正常飞行造成不良影响。高原环境会对无人机的动力产生影响，如果飞行器螺旋桨的转速保持不变,空气密度越小,飞行器获得的升力也就越小，高原的低气压会使空气密度变低，比如海拔6000m的高原空气密度只有海平面空气密度的一半，所以当飞行器在这种环境下飞行时,需要消更多的功率才能获得正常的推力。因此，在低海拔地区可以正常飞行的飞行器，在高原地区可能会出现无法正常起飞的问题，也有可能引起坠机事故。高原地区的气温较低，会在很大程度上影响电池的续航能力，电池的续航时间就会大大缩短。此外，高原的恶劣环境还会对飞行器的控制系统产生影响，因为高原地区的风速较快，气温较低低,所以会影响飞行器传感器的正常功能，对飞行器的控制性能提出了更高的要求。

2 高原地质灾害调查

地质灾害是指在自然或者人为因素导致的、对人民生命财产造成损失，对环境造成破坏的地质作用或地质现象。高原地区地质灾害多发频发，主要有崩塌、滑坡、泥石流、冰湖溃坝等。崩塌是较陡斜坡上岩土在重力作用下突然脱离母体崩落、滚动、堆积在坡底的地质现象。滑坡指斜坡上的岩土体在河流冲刷、雨水浸泡、地震等其他因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面顺坡向下滑动的自然现象。泥石流是指在山区或者沟谷深壑地形险峻地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带大量泥沙有、石块的特殊洪流。高原地质灾害调查可以掌握地质灾害分布情况，分析研究地质灾害发生发展规律，发现潜在地质灾害危险区域，减少地质灾害造成破坏和损失，对保护生态环境、促进国民经济和社会可持续发展具有重要意义。

3 无人机倾斜摄影技术的应用优势

传统高原地质灾害调查一般采用实地勘测的方法，不仅工作效率低，人员直接深入地质灾害区还会有突发灾害的危险，对调查人员生命安全造成威胁。在高原地质灾害调查工作中应用无人机倾斜摄影技术，具备以下几点优势：（1）应用此技术有利于全面掌握高原地区的基本地质情况，并对高原地区潜在地质灾害区域展开分析研究。此外，应用此技术获取到的数据信息更加全面，可以将目标测绘区域的真实情况反映出来，有效满足高原地质调查工作的基本要求[2]。（2）无人机工作效率高。无人机携带方便，体积和重量也比较小，可以在复杂程度较高的地形中开展摄影测量作业。（3）应用无人机倾斜摄影技术可以同时获取正射影像和三维模型，通过正射影像可对地质灾害类型进行分析，运用三维模型可对易发生地质灾害区域分析量算，如坐标、面积、坡度、高度以及堆积体的体积等。

4 无人机倾斜摄影测量在高原地质灾害调查实践要点分析

4.1 基础调研阶段

在高原地质灾害调查工作中应用无人机倾斜摄影技术，可以全面了解高原地质的基本情况，并完成相关基础资料的收集，在具体勘测过程中需要注意以下几个方面：首先，组织相关人员前往作业区域展开全面调查，充分了解目标区域的地形和地貌等情况，为之后的航拍工作提供可靠保障[3]。其次，应用无人机展开试拍工作，并对试拍得到的相关数据信息进行分析，以此为基础合理调整摄影机的拍摄角度和分辨率等，确保可以收获最理想的拍摄效果，并有效提升拍摄工作的效率。最后，根据前期调查结果准确划分高原地区的边界，为之后的拍摄工作创造有利条件。

4.2 规划航行路线

当前期调查工作完成之后，就需要根据调查结果对无人机的航行拍摄路线进行合理规划，在具体的规划过程中需要注意以下几个方面：首先，以前期调查结果为依据，得到比较完整的地形数据信息，并对目标区域的地形变化情况进行分析，明确边界线的实际位置。其次，在信息处理软件中录入获取到的数据信息，并对各项参数信息进行合理调整，从而得到最佳的拍摄角度和分辨率。最后，以最终确定的参数信息为依据，制定出科学合理的飞行路线，并准确标注出飞行的起点和终点，最大程度确保航行路线规划结果的可靠性。

4.3 数据信息采集

应用无人机倾斜摄影技术展开数据信息的采集工作，通过远程控制技术实现对无人机的操控，工作人员根据实际采集需求，操作无人机完成航拍作业，从而获得五镜头相片数据和POS信息。当航拍工作结束后，可以通过无人机携带传感设备将采集到的图像信息传输到后台系统中，为了保护数据信息的安全，还在无人机内部的控制系统中预先安置了自我保护机制，这种保护机制会主动完成对储存器的加密工作[4]。因此，工作人员如果想获取系统内部的信息，就必须要获得访问权限，使用自动加密技术，能够对数据信息的安全性和可靠性进行大幅度提升。

4.4 创建三维模型

通过航拍作业得到比较完整的数据信息后，可以进行下一步三维模型的创建工作。三维模型一般采用软件后处理获得，常用的软件有CC(Samrt3D)、Pix4D、Inpho、PhotoScan等，这些软件各有特点，按照软件操作说明均可创建三维模型。以CC为例，主要有以下几个步骤：首先是数据导入，创建photo文件，将获取的五镜头数据、解算好的POS数据、像控点成果按照要求设置好格式和路径，导入加密模块；其次是空三加密，主要进行特征点提取和同名点匹配，得到每一幅影像的空间位置和旋转角度；再次是三维重建，经过空三加密后得到大量点云数据，构建不规则三角网，生成三维模型；最后是纹理贴图，由于所有影像都有精确位置信息，可自动将影像贴在对应的三维模型面上，最后输出模型纹理清晰逼真的三维瓦片。

4.5 模型优化与应用分析

当初期的三维模型创建成功之后，需要根据实际情况对模型的各项参数进行分析，并针对不合理的参数做出调整。需要注意的是，在调整模型各项参数的过程中，需要加强对模型具体应用参数内容偏差的重视，一旦发现存在偏差需要及时进行校准[5]。必要时进行补拍，重新生成三维模型。获得合格的三维模型数据后，要对模型进行分析，通过浏览模型，目视判读地质灾害发生区或者潜在灾害区域并进行分析量算，如坐标、面积、坡度、高度以及堆积体的体积等，进而提出防灾减灾建议，以及在工程选址等方面提供参考。

5 无人机倾斜摄影测量实践过程中的注意事项

在高原地质灾害调查工作中应用无人机倾斜摄影技术时需要注意以下几个事项：（1）避免电磁干扰。无人机在飞行过程中，通过无线电波控制，易受到电磁干扰。附近若有强干扰源，如高压线、基站等，有可能导致无人机失去控制甚至损坏无人机。（2）为无人机创造良好的飞行条件。由于无人机平台体积比较小，所以在飞行过程中比较容易受到风力的影响，从而影响到正常的飞行和拍摄作业，导致拍摄作业质量下降，对成像的分辨率也造成影响。因此，在开展航拍工作时应做好气象条件的监测工作，保证让对无人机正常工作造成影响的不良因素降到最低。

6 结语

综上所述，高原地质灾害调查工作非常重要，应用无人机倾斜摄影技术可以大大提高工作效率和采集数据信息的精确度，运用三维模型可对灾害区进行量化分析。本文结合工作实际对无人机倾斜摄影测量在高原地质灾害调查实践要点进行分析，并提出无人机倾斜摄影测量中的注意事项，对相关从业人员具有一定参考意义。此外，如何运用模式识别、人工智能等技术对三维模型进行分析，查找出易发生灾害的地点，还有待今后进一步研究。