无人机倾斜摄影测量在地质灾害应用调查中的研究应用

李 洋

广东省核工业地质局测绘院 广东 广州 510800

在进行地震地质灾害的勘察时，必须对该地区水文、气象、岩层资料进行全面的监测和评价，以便对其进行危险性评价，以便为以后的地质工作做好准备。近几年，随着无人驾驶飞机的倾斜成像技术的兴起，突破了以往仅有纵向观测的限制。可以更快更有效的收集资料。采用航空照相技术和立体照相技术，能实现全方位、多角度的立体影像，使实际的地质状况得到最好的体现。

1 地质灾害调查分析

地质灾难是由于人类和自然的原因而导致的地质环境退化，对人类生命和财产的危害，对人类的生产、生活、社会、经济乃至整个边坡体的破坏都是十分重要的。地质灾害的本质是由地面裂缝、崩塌或滑坡引起的强烈的地质运动，以及由环境剧变引起的自然灾害。地质灾害对人类社会生命财产进行安全构成一个巨大威胁。随着城市基础设施建设、交通网络建设和矿产资源开发，大量的山区开挖，特别是临河公路建设，使本来稳固的岩石渐渐失去稳定性。在暴雨或地震情况下，有很大的危险，如崩塌，滑坡或泥石流[1]。

通过对地震资料的分析，提出了一种基于遥感与地表测量技术的地震监测方法。在取得地表资料资料的基础上，还要做好当地的地质资料、水文资料，以便更好的了解该区域的地理特点。从基本上把握该区域的灾情，并为防灾减灾作出重要的社会贡献。

2 无人机倾斜摄影测量技术

在无人机的俯仰成像技术中，采用五种不同的电子成像技术，对不同的方位、不同的角度进行不同的成像。由此获得了目标地区的有关影像。在飞机的运动中，感应器会实时地对飞机的速度、高度、座标等相关的参数进行采集，并对采集到的数据进行分析、加工。在同一个飞行周期内，利用实时资料，可以获取多个相同地区的多个交迭影像，既能发展出相同的场景又能反映出三个不同的公司，从而确保操作人员能够对建筑的管理进行高效的了解和把握。最后，为使用者提供最真实、客观、全面的真实影像。该系统能够真实的反应地表的真实情况，并将其与地形相关的位置、效果等结合起来，使使用者在使用过程中得到更好的效果。在智能城市、三维导航、城市三维建模等方面，无人机的倾角成像技术已得到了越来越多的应用。与常规的航空测量技术相比较，在中国电网建设项目现场进行现场勘察时，可以更好的体现某一水平的地貌特征。在地质灾害监测领域，应用一片多架次的倾斜照相技术，获取了高精度、直观的三维地貌三维建模，为监测、评估和分析提供了依据。

无人机倾斜摄影技术原理并不复杂，它的问世使测控工作得到了新的发展与突破，主要原理如下。首先，利用无人机进行俯仰测得资料，能够从多个角度对被测对象进行拍照，其所提供的资料要远高于常规的正射象资料。斜面照相技术的问世，可以有效地解决传统的直射象的缺点。其次，斜像还可以测量单幅图像，也就是说可以通过图像处理软件计算出单幅斜像的高度、坡度、轮廓和体积，由此，无人机倾斜摄影技术的使用领域得到了进一步的扩展[2]。与GIS技术公司大量的数据相比，无人机倾斜摄影技术所提供的信息量相对比较少，这样，就可以方便地进行信息的传送和分享。以上便是该项技术的工作原理，其原理决定了它在地质调查范围的作用。

3 无人机地质灾害调查模式的优缺点

无人机摄影测量在地质灾害调查中的主要优点是：它能更快地测量所需数据，方便、高效地获取高分辨率图像，减少了时间和人力成本； 人员技术要求不太高。操作管理人员只需按照实际操作手册学习无人机的相关教育理论基础知识和应用数学知识，就能顺利操作无人机，对无人机拍摄的图像数据进行设计专业信息处理问题形成的正射影像图比传统的测量图更直观，更方便企业领导决策；第三，在地形条件比较复杂、地质灾害危险的地区，人工勘测测量方法很难完成，使用无人机发展可以轻松完成。与传统的航空航天设备相比，无人机不需要机场，地形限制较少，可以低空飞行。此外，地质灾害发生地区的工作环境要求相对较低，可以采取难以进入的地区，使地质灾害调查更加全面。

传统的中国地质环境调查与研究的技术，通常包括利用GIS、GPS等技术，比如利用大飞行器航摄技术进行的常规航测、卫星、可视化、多波段扫描等技术。在此对两种模式进行了对比分析（见表1）。不难发现，采用无人机俯仰照相技术能较美国地理勘探站的常规测量方式降低现场工作的能耗，大大缩短野外施工周期，可以提供更高采样密度的地形图和可测量的三维实体模型来评估现实生活中危险点的风险程度。

表1 两种地质调查模式优缺点的比较表

每种信息技术发展都有一个自己的优势，但也有自己的劣势。无人机倾斜摄影技术也不例外，优势很明显，缺点也不容忽视。目前，无人机倾斜摄影技术主要存在以下缺点。第一，对于无人机本身来说，它的电池容量小，虽然无人机制造商已不断更新其电池容量。但是对于在灾害现场需要完全飞起来勘查的无人机而言，一块电池是往往不够的，需要进行几块电池的更换。在飞行过程中，无人机的缺点就是，非常容易受到其他无线电设备等因素的干扰，从而发生控制故障、无人机故障和坠落等事故，存在一定的隐患。第二，来自于自然环境对无人机的影响。在一些山区，由于卫星信号却饭，导致无人机起飞困难，并且对于小型无人机而言，天气和风向对他们产生的影响是很明显的。除此之外，在一些郁郁葱葱的密林中，无人机无法获得实际的地面标高，只能自己根据植被的表面进行标高。最后，无人机的后处理需要时间，并且对后处理计算机的硬件、软件都有着较高的要求。

4 地质灾害中的无人机倾斜摄影测量技术应用

当地质灾难出现时，采用 UAV成像技术可以对不同地区的地质环境进行监测，从而对其形成原因进行研究，并借助卫星、无人驾驶飞机进行地面勘察，获得相应的地质灾害资料。弄清水文、气象、岩层等相关信息。在区域内，分析中国地质灾害，划分灾害类型，提供一个相应的灾害防治研究方法，观测地质灾害的动态管理活动或异常发展变化。通过沿着固定路径飞行，可以从多个角度捕捉到撞击，从而观察到更清晰、分辨率更高的撞击类型，并确定和融合灾害发生的位置，形成真正的三维模型类型。通过无人机倾斜摄影与测量技术相结合，可以从多个角度的图像数据中获取真实的情况。在真实三维模型的基础上，通过三维GIS软件加载。由于我国当前网络模型的精度分析可以明显优于0.05米，因此我们可以在模型上直接清楚地看到项目区表面的地质结构。同时，可以通过测量工具测量裂纹。在该模型中，不良地质体的人工识别和标记，都可以较为明显地反映地表覆盖情况，并且提供报告材料。最后，再进行风险评估、稳定性计算和处理措施[3]。

在地质灾难现场勘查中，采用无人机的俯仰照相技术，其技术流程由三部分组成：建立了俯仰照相系统，并对其进行了数据的收集和整理；二是建立一个立体现实的模型，它包含了多视角影像资料的调整与比对以及建立一个立体的真实的模型。三是基于现场实际情况的3D建模，对地质灾难事件进行了一个初步的发展剖析。为今后合理选用合理的勘察路径，为灾民撤离和转移工作提供了科学的依据。地质灾害应急调查中无人机倾斜摄影测量技术的具体操作流程见图1。

图1 无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害调查中的应用流程

为确保三维数据建模的顺利进行完成，提高学习模型的准确性，应遵循以下需要注意事项。课程重叠度一般应在60%-80%，最低不应低于53%；横向搭接一般应为15%-60%，最小不应小于8%。在实际航线规划中，飞行人员应尽可能设置较高的照片重叠率，以避免航拍孔和重复飞行。一般情况下，课程重叠率应设置在75%-85%，侧面重叠率应设置在65%-75%。摄影区域边界线外的球场覆盖范围，应不少于两条基线。摄影发展区域边界线以外的侧面覆盖率一般我们不应小于图像的50%；在方便学生测量照片控制点且不产生影响企业办公建筑室内设计正常使用加密的情况下，摄影活动区域边界线以外的横向覆盖率应不小于影像的30%。如果地面物体的表面升高或凹陷，则需要进行局部多角度收集。

5 地质灾害调查中无人机倾斜摄影技术的应用表现

在山地地质环境中，崩塌、滑坡、泥石流等地质环境条件十分复杂，对其进行勘察，不仅要耗费大量的人力、财力。利用无人机的倾斜成像技术，不但可以获得现场的图像资料，而且可以对整个地震过程进行实时监测，具体如下。

5.1 获取实时图像

在地质灾难出现的时候，勘探者常常不能接近灾难现场进行勘察。这时， UAV照相技术将无人侦察机引入到了受灾地区。同时，将现场影像反馈给后方指挥部，让各专业人员能从影像上即时了解其状况，并依据影像资料，制订相应的防治对策。

5.2 正射影像

对防灾减灾的调研和研究通常都是大范围的，常规的调查和分析工作既耗时又耗时间，又易造成疏忽。对社会研究的结果产生了一定的影响。正射影像以其数学精度、几何精度和修正后的图象特性，涵盖了全部的观测范围内的真实与客观的景象，包含了所有的细节和全貌。调查者可以利用专用的软件，从一个正向的视频图象中获得所需要的信息，并结合现场核实，以确保调查工作全面、真实和准确。

5.3 三维立体模型

与正射成像技术相比较，三维立体图像从多个发展的视角、竖向、斜向等角度采集图像资料，使图像的信息管理更为全面、精确。通过对地震灾情的观测，可以从多个不同的视角对其进行观测，并将其放大，测量其长度、高差、坡度、面积、坐标等。为进一步拓宽了测绘领域的范围，拓宽了测绘领域中的无人机技术。另外，利用三维建模技术，可以方便、直观地了解地质环境，为领导干部的决策和部署工作奠定基础。

5.4 线划地形图

地形线状图是地质灾难调查与分析的重要依据。地质灾害地区的地貌特征是传统地貌地貌的复杂性、交通管理不便，并且导致作业设计难度大、投资大、建设项目周期长，而且我们只能自己设定比例尺数据进行分析野外测绘，生产出小于或等于既定比例尺的地形图，严重影响制约了地质灾害情况调查的顺利发展进行。利用无人机倾斜摄影测量技术进行不同比例尺的航空摄影，工作量基本相同，可以根据大比例尺地形图测量的要求进行航空摄影。然后，根据需要，应用立体影像，可迅速产生各类不同规模的直线状地形图，以适应地质灾难的要求。

6 无人机倾斜摄影技术在地质灾害调查方面的发展前景

在监测、调查和研究分析中国地质环境灾害时，由于我国无人机倾斜摄影测量数据技术的灵活性和高精度，极大地发展了测量的效率和准确度。在硬件上，无人机运行总的来说比较平稳，抗逆性强，提高摄影频率，为获取影像的硬件支撑，尤其是在解析度和耐候性能上。有了长足的进步。另外，对硬件进行改善，可以改善图象资料的准确率，同时减少噪音。这样可以节约大量的时间和费用。此外，在软件的研制过程中，应重视对学员的抗干扰及资料资料的保密。

由于无人机的高度发展，倾斜成像技术已经被广泛地运用，而这种新技术只有在实际中才会出现。无人驾驶的倾角照相公司也正在为其自身的用途作规划。随着对海量信息的需求越来越多，以及技术的深入发展，今后的计量工作将越来越精确，越来越快捷。不过，如果对无人驾驶飞机的感测器进行更新，并对其运算法则进行进一步的改进，那么就没有人能够改进其用途了。举例来说，利用无人驾驶的倾斜照相技术能够迅速探测到山体崩塌的区域。为营救工作提供迅速反应。然而，因为中国在发展无人驾驶飞机方面仍存在一些缺陷，最主要的问题在于电池的电量不够。由于其体积小、体积小、携带方便等特点，因此其续航能力差。所以，必须发展新型的高效率的电池[4]。

7 结论

无人机倾斜摄影技术是一项全新的技术手段，它可以为地质环境监测工作的开展和应用奠定基础。目前，在开展地质灾难监测与监测的基础上，采用无人机倾斜成像技术进行了初步探索。为更好地开展地质灾难的调查，今后还需要继续改进和创新，拓展具体应用领域，提高实践运用能力。确保其创新、方便和有效。