无人机遥感技术在地质灾害监测中的应用

姚鑫 吴付英

（贵州省第三测绘院 贵州省贵阳市 550004）

中国是一个地质灾害多发的国家，灾害的发生，对国家和人民的生命财产安全构成了严重威胁。利用无人机技术对灾害发展态势进行监测已经迫在眉睫。在地质灾害监测过程中，以往采取的航拍形式已无法满足监测工作基本要求，不管是在时效方面还是分辨率方面都相对较低，视觉、综合效果都非常差。面对这样的问题，科学技术的快速发展推动着无人机技术的出现和应用。无人机遥感技术主要是将无人机作为飞行平台，通过搭载各类传感设备来实时获取地面信息。近些年，由于社会发展对地面景观进行了各种改造与破坏，导致地质灾害问题频频发生，为人们日常生活带来了严重的负面影响。所以，利用无人机遥感技术详细掌握地质灾害相关情况，能够有效减少地质灾害产生的不利影响。与国外发达国家相比，我国无人机遥感技术的研究发展较为缓慢，需要加强该技术在地质灾害监测领域的研究力度。

1 无人机遥感技术的系统组成结构

无人机遥感技术在具体应用过程中，通常会涉及到遥感传感器技术、通信技术、GPS 差分定位技术、数据建模技术、无人驾驶飞行技术等等。这些技术能够自动精准地获取自然资源、地形地貌，充分体现出了智能化优势。而且针对自然环境和地震灾区等监测项目，也能够快速获得其位置和属性信息，完成遥感数据处理、建模和分析。随着科学技术的快速发展，无人机遥感系统因其自身快速、经济且机动性强等优势，已经成为了当前国际重点研究课题之一，并且逐渐从研究开发过渡到了实际应用，是未来航空遥感技术的重要组成部分。

通常情况下，无人机遥感系统的工作平台总共分成五个部分，分别是：信息获取处理、测控与信息传输、保障与数据后处理、飞行器系统。除此之外，还可以具体划分为遥感传感器子系统、遥感空中控制子系统和地面控制子系统等。在实践应用过程中，无人机遥感系统可以针对不同的地质灾害而作出相应的变化。一种无人机地面检测系统如图1 所示。

图1：无人机地面检测系统

2 无人机遥感技术在地质灾害监测中的具体工作流程

（1）无人机遥感技术可以在第一时间获取地质灾害发生区域的相关资料，从而确定无人机的飞行条件，比如气象资料中所包含的风力、雨雪天气等等，以此来为无人机的飞行安全提供保障。即使在小雪天气和8 级风速这样的恶劣环境下，无人机也可以正常飞行。

（2）在确定地质灾害区域准确位置之后，就可以对地质灾害区域进行规划，合理布设飞行高度和航道轨迹，在地面建立起信号传输塔。常见的无人机飞行高度大概在50-400m 范围内，速度也在70km/h-170km/h 范围内，续航能力能够保持30min-几个小时。在航线规划完成之后，航线信息就会输入到控制台当中，可以对无人机发出飞行指令，无人机在接收到指令之后，就可以实现自动起飞，并按照预定航线飞行。当无人机在飞行时超出了视线范围，可以利用地面控制系统来进行可视线自动化飞行，完成灾区拍摄，获取到的遥感图像也会经过无人机平台和地面控制站区完成传输，利用相对应的显示装置来完成实时显示。在无人机执行拍摄任务之后，就会自动关闭遥感设备，按照设定好的航线返回，结合地面控制人员的相关指令完成自行降落。

（3）相关工作人员在获得分析数据之后，可以利用数据处理软件对影像资料完成综合分析与处理。基于无人机遥感技术开展的地质灾害监测如图2 所示。

图2：无人机遥感技术在地质灾害中的应用

3 无人机遥感技术在地质灾害监测中的具体应用特性

为了能够将无人机遥感技术更好地应用在地质灾害监测中，必须要让相关人员深入了解无人机遥感技术的应用优势，为后期工作奠定良好基础。在无人机遥感技术应用过程中，主要是采取无线电监控设备与程序来精准操控无人机飞行设备，将无人机飞行器作为主要平台，利用不同的遥感传感器来获取区域范围内的遥感信息，进而满足实际工作要求。无人机遥感技术是一种新型的遥感技术，与其他遥感技术相比，其优势十分突出，表现出的特征也十分明显。

（1）在无人机系统具体实施期间，可以在短时间内飞行到指定高度，在短时间内获得更加精准的监测成果，不仅可以有效提高工作效率，还能够提高监测工作的精准性。在后续工作中也可以根据具体要求来适当改变无人机飞行高度，信息获取速度也非常快。

（2）无人机遥感技术拍摄的图像分辨率较高，可以按照不同需求来获取精准监测信息，实现大范围覆盖成像，是当前十分先进的技术手段之一。在无人机实际运作过程中，可以结合事先设定好的路线来实现自主飞行，不用通过人工操作来开展全程监控，还可以根据不同的环境变化来实现自主性飞行，平稳性和安全性较高。

（3）无人机遥感技术的成本较低，在科学技术不断提升的背景下，无人机设备所应用的制作材料和设备也在朝质量更轻的方向发展，基本上都会选择碳纤维复合材料，维修保养工作也十分简便。

同时，无人机遥感技术对数据处理硬件设施要求较低，与其他技术实施方式相比，费用十分低廉，经济性较高。无人机遥感技术不仅可以使传统监测工作流程变得更加便捷，还能够有效节省不必要的成本投入，是一种技术性和经济性融合的新型技术。可以最大限度地满足地质灾害监测工作需求，推动相关行业实现现代化转型与发展。

4 无人机遥感技术中的关键技术

4.1 数字影像配对和空三加密

数字影像配对主要是指两幅或多幅图像之间对同名元素进行识别，在数字影像测量过程中是关键与核心，需要对灰度值和分布进行合理处理，进而选择合适的配准窗口。而空三加密就是对空中三角测量进行解析，是航空摄影与数据生产之间的重要枢纽，指的就是利用部分图像控制计算待求点中的高程和位置，来实现物方坐标和像方坐标的转换。空三加密主要是利用相关遥感数据处理软件计算，并利用光束法区域网平差，获得影响外方位元素与加密点坐标。空三加密流程如图3 所示。

图3：空三加密流程

4.2 采集线划图

在空三加密结束之后，需要利用立体测图来获得地貌或地物相关数据。在点状要素采集过程中，必须要明确要素位置和采集方向，在现状要素采集期间，需要采集地物的具体位置，科学处理不同要素之间的关系。

4.3 数字高程模型和正射影像图生产

数字高程模型指的就是可视化模型，在模型完成滤波处理之后，就可以过滤出建筑物等物质，进而形成数字高程模型。同时，从简单角度来看，数字正射影像图制作就是在获取POS、相机参数和像控点成果之后，需要利用DEM 生产和空三加密等程序来制作正射影像图。

5 无人机遥感技术在地质灾害监测中的具体应用

5.1 在地震灾害中的应用

无人机遥感技术在地质灾害监测工作中得到了十分广泛的应用，其应用重点就是分析和评测灾害情况，将现场勘查结果与灾害信息结合在一起，方便现场技术人员更加全面的了解地震灾害发生情况和现场灾害破坏情况。在以往地质灾害监测工作中，因为地震灾害在发生之后会对周边环境带来十分恶劣的影响，再加上一些突发性的外在影响因素，导致监测结果无法得到充分保障，所以在具体工作中必须要充分发挥出无人机遥感技术的应用优势。比如在我国四川汶川地震灾害中，技术人员利用无人机航拍地震后图像与历史影像完成相互对比，获取了较为清晰的灾情图像，而且利用无人机遥感技术完成了受灾情况的有效监测，为技术人员的评估工作提供了技术支撑，在此之后根据图像分析来评估地震灾害的破坏程度。此外，无人机遥感技术还可以为地震灾害救援工作提供关键信息，使现场救援人员能够利用无人机遥感技术来全方位了解救援现场的实际情况，充分保障现场救援人员的生命财产安全。由此可见，无人机遥感技术在地震灾害监测中的应用十分广泛，在短时间内可以获取更加精准的数据，从而方便制定紧急预案和救援措施。

但是，在无人机遥感技术具体应用过程中一定要严格遵守工作流程和规定，有序开展各项工作。

5.2 在测绘中的应用

在地质灾害发生时，首要任务就是对地震灾害区域展开航空测绘。而以往的航拍技术在测绘工作中往往会耗费大量的时间，对地质灾害事故的处理效率造成了严重影响。而利用无人机遥感技术能够凭借其速度快、精准度高的优势，在短时间内完成较为精准的测绘工作。利用高性能的无人机装备能够迅速获取地质灾害区域精准和稳定的航空测绘成果，为相关技术人员全面掌握受灾区域情况，为后续抢险救灾提供可靠依据。一种应用在农业地质灾害监测中的技术如图4所示。

图4：农业无人机遥感测绘技术

5.3 在山体滑坡灾害中的应用

山体滑坡在我国是一种十分常见的地质灾害，如果在发生此类灾害时没有及时深入现场做好应急处理，那么就会带来十分严重的后果。所以在实际工作中要利用无人机遥感技术来进行识别和敏感性分析，以此来获取更加精准的数据，不仅可以提出有效的应急预案，还可以通过日常监测来掌握地区内的地表情况，从而制定出针对性的加固处理措施，减少山体滑坡的发生几率。同时，作为具体工作中的主要数据来源，无人机遥感技术还可以对滑坡地质灾害区域展开详细调查和分析，为进行山体滑坡治理定期监测积累数据基础。

5.4 在地质灾害排查与测评中的应用

在地质灾害监测过程中，可以利用无人机遥感技术获取监测区域影像等数据，并生成监测区域的2D 和3D 图像，来全方位地呈现出地质灾害区域的地貌。同时，在利用无人机遥感技术评估地质灾害危害程度时，获取到的数据可以成为相关数据的主要来源。其次，结合地质灾害范围的地表破坏程度和其他地质条件，利用GIS 技术绘制出专题图，进而利用无人机遥感技术的空间分析能力，精准评价地质灾害区域的等级，全面识别地质灾害区域可能发生的次生灾害类型与严重程度。也就是说，利用无人机遥感技术展开地质灾害等级测评，可以为相关预防和救援工作提供有利参考，从而开展更加合理的资源分配活动。

6 结束语

综上所述，伴随着科学技术的快速发展，无人机遥感技术已经成为了我国当前地质灾害监测中的重要应用技术之一。利用无人机遥感技术可以为地质灾害监测工作创造更加便利的条件，提供更加有效的手段。随着无人机遥感技术软硬件的发展，能够为地质灾害发生后有效开展地质灾害评估、救援和监测工作提供更加综合的成果。从而发挥了无人机遥感技术在地质灾害应急监测中的独特优势。