无人机航测技术在地质灾害应急测绘中的研究与(2)

3 实际案例

2019年6月16日，太原某村发生了山体滑坡灾害，塌方量约为30万方，3个小区约20栋楼被冲毁，死亡20人，救援部门启动应急预案，进行应急测绘，包括采集和制作灾区的正射影像图、倾斜摄影实景三维模型和拍摄相关视频等。

3.1 应急测绘

本次发生地质灾害的地区地形复杂，因此配备1架电动固定翼无人机、2架多旋翼无人机、高性能笔记本工作站和高性能台式工作站等。由于灾害地区呈面型分部，滑坡底部是主要营救地区，大量人员在作业，而滑坡山体仍有部分试块掉落，因此山体顶部属于应急航测的重点部位[6]。航线规划加大了山顶的重叠度，规划了交叉航线，尽可能获得更多顶部情况，用以估算灾害点的面积和估算土石方量。数据完成后用SMART3D软件对图像进行处理，将所有的台式工作站和笔记本工作站组成局域网来集中处理图像，用最快速度生产灾害区域的正射影像图。

3.2 测绘成果图

针对太原山体滑坡进行应急测绘，共使用固定翼的飞机起飞2架次，拍摄影像900余张，多旋翼无人机起飞6架次，拍摄影像1000余张，图像的拍摄范围对灾害影响的范围进行了良好的覆盖，也对重点区域进行乐基交叉拍摄，获得高分辨率的影像，覆盖整个区域，包括高信息量。成果为救灾指挥部提供了准确、可靠的数据，为救援工作提供了有力的支持和保障。

4 结语

通过实际6.16太原滑坡应急测绘的案例对无人机技术的应用进行了探讨，该次应急测绘良好地进行了救援，并疏散了群众，对人民的生命和财产安全进行了良好的保护，为救援救灾及时提供了数据，也得到了救援部门的肯定。但是目前无人机测绘还存在部分不足：对从业人员的要求高，容易受到恶劣环境的影响，精度容易受到环境影响等。随着现代智能化技术的不断发展，无人机航摄系统的不断完善，无人机能够更加适应复杂的环境，得到更加精确的产品。本文论述的无人机在地质灾害应急测绘中的经验，也可以推广到其余救援工作中，获得更高的社会效益。

[1]何敬,唐川,王帅永,张可可.无人机影像在地质灾害调查中的应用[J].测绘工程,2017,26(05):40-45.

[2]周磊,梁爽,李海泉,南竣祥.无人机航摄系统在复杂地形应用的关键技术试验[J].测绘通报,2017(04):85-88.

[3]谭仁春,李鹏鹏,文琳,潘澄.无人机倾斜摄影的城市三维建模方法优化[J].测绘通报,2016(11):39-42.

[4]王帅永,唐川,何敬,张卫旭,方群生,程霄.无人机在强震区地质灾害精细调查中的应用研究[J].工程地质学报,2016,24(04):713-719.

[5]林月冠.倾斜摄影技术在灾后建筑物损毁评估中的应用分析[J].地理信息世界,2016,23(01):108-114.

[6]赵星涛,胡奎,卢晓攀,杨化超.无人机低空航摄的矿山地质灾害精细探测方法[J].测绘科学,2014,39(06):49-52+64.

常见的地质灾害类型有山体滑坡、崩塌、泥石流等，均是地质环境异常变化和地质活动产生的灾害。这些灾害具有突发性，对人民的财产和生命都有着巨大的威胁。地质灾害发生后往往也会导致影响范围内的生态造成严重的损坏。灾后需要第一时间进行救援，因此指挥灾后救援工作的组织是否有序、及时直接关系着人民的存放。灾后对灾情的调查与摸底如果还是用传统的方法，不仅仅有局限性，而且效率低下，随时可能发生次生灾害[1]。因此无人机成为了保障应急测绘的先锋。无人机具有能够克服次生灾害、不受交通条件影响等特点，而且能够快速采集灾区的数据和航片，并产出灾区的正射影像、数字高程模型和三维实景模型，能够为救援组织提供灾区的范围和实情。本文通过6.16太原山体滑坡的应急测绘，对无人机航测在地质灾害应急测绘中的应用进行了介绍。1 无人机航测技术的应用1.1 无人机的组成无人机组成主要是两大部分，分为地面的控制系统和飞机的航摄平台。飞机的航摄平台的组成主要是有照相机、摄像仪、控制系统和辅助设施；地面控制系统的组成有数据监控系统、航线和无人机地面的控制系统[2]。无人机具有飞行方便、受到外界干扰因素少、成本低廉、灵活性高的特点，还能够对地形地貌进行多角度采集，非常适合灾区的测绘工作 无人机航测的成果无人机的应急测绘能够生成的成果主要有：数字正射影像、数字地表模型、全景影像、实景三维模型和监控视频等。在实际的救援操作中，数字正射影响和三维模型是非常直观有效的。因为数字正射影像和实景三维模型是具备能够进行量测的功能的，因此根据实际发生灾害的状况，不仅仅能够对灾情的影响面积进行分析和量测，还能够对可能发生的次生灾害时间和规模进行预测、对发生的概率和范围进行估计。无人机的数字正射影像生成的方式通常是使用固定翼无人机进行相片的获取，然后进行空三加密和微分纠正，最后用影像处理软件进行影像处理。而实景三维模型是采用五镜头的多旋翼无人机进行拍摄，再用倾斜摄影三维软件进行空三加密和模型重构，精修处理后生成，处理的流程见图1。图1 实景三维模型建模流程2 无人机应急测绘方法无人机影像的数据量很大，因此采用常规的方法进行处理需要的时间长，效率慢。对于发生灾害的灾区来说，时间就是生命，因此必须抓紧时间对工作流程进行改进，使用现有的有限资源对不同的情况进行应对，以最快的速度出具应急测绘的结果，保证救援工作的数据支持[3]。无人机的测绘方案可以优化的部分有应急预案、处理分析数据和航拍作业，不同的环节可以采用科学的手段进行优化和改进，这样才能够保证测绘的时间满足救援需求 应急预案的制定应急预案是保证应急测绘工作顺利高效开展的前提，需要结合人员、仪器设备和环境因素进行综合考虑。应急预案的制定需要包括应急人员的操作手册、无人机紧急处理方案和岗位职责等，应急预案需要根据实际情况不断完善，并定期进行应急模拟训练，保证参加应急预案的人员和设施都能够满足相关救援工作的要求 应急拍摄作业应急拍摄需要有针对性，在确保受灾地区数据精确的情况下，以灾害区域为中心影响范围的规划和计算，通常地质灾害会发生在山地或者丘陵等地质情况较差的地区，在这些地区，无人机的飞行高度和飞行线路可能会受到干扰，造成拍摄的照片范围较小，而且影像的边缘拍摄质量也较差，容易引起失真。因此设计这些地区无人机的航线时不能考虑在两条航线之间设置，而是要对重点灾害影响地区尤其是拍摄质量较差的地区进行加密[4]。由于采用五镜头相机的重量较重，因此续航时间较短，需要多次起飞，而且五镜头相机的采集数据冗余也较大，实际需要作业人员采用“刷面”的方式进行数据收集，如图2。图2 多旋翼无人机航线示意2.3 数据的应急处理图3 分割建模示意图无人机的数据处理需要先进行航片的质量检查，保证重点区域的数据覆盖，因为受灾地区的电力往往已中断，电力供应不稳定，无法安装数据处理设备，因此提高作业效率需要降低数据的量[5]。使用快速拼接的软件对航片进行自动化拼接，然后利用现场采集相片的控制点和基础地理信息数据对影像进行坐标纠正，然后制作出数字影射图。对于倾斜摄影应急建模，由于实景三维模型的构建时间太长，因此可以对重点区域的航片进行单独处理。整个灾区的数据可以分块进行，然后拼接。如果面积过大可以降低不重要的灾区的分辨率，加快建模的速度，见图3。3 实际案例2019年6月16日，太原某村发生了山体滑坡灾害，塌方量约为30万方，3个小区约20栋楼被冲毁，死亡20人，救援部门启动应急预案，进行应急测绘，包括采集和制作灾区的正射影像图、倾斜摄影实景三维模型和拍摄相关视频等 应急测绘本次发生地质灾害的地区地形复杂，因此配备1架电动固定翼无人机、2架多旋翼无人机、高性能笔记本工作站和高性能台式工作站等。由于灾害地区呈面型分部，滑坡底部是主要营救地区，大量人员在作业，而滑坡山体仍有部分试块掉落，因此山体顶部属于应急航测的重点部位[6]。航线规划加大了山顶的重叠度，规划了交叉航线，尽可能获得更多顶部情况，用以估算灾害点的面积和估算土石方量。数据完成后用SMART3D软件对图像进行处理，将所有的台式工作站和笔记本工作站组成局域网来集中处理图像，用最快速度生产灾害区域的正射影像?测绘成果图针对太原山体滑坡进行应急测绘，共使用固定翼的飞机起飞2架次，拍摄影像900余张，多旋翼无人机起飞6架次，拍摄影像1000余张，图像的拍摄范围对灾害影响的范围进行了良好的覆盖，也对重点区域进行乐基交叉拍摄，获得高分辨率的影像，覆盖整个区域，包括高信息量。成果为救灾指挥部提供了准确、可靠的数据，为救援工作提供了有力的支持和保障。4 结语通过实际6.16太原滑坡应急测绘的案例对无人机技术的应用进行了探讨，该次应急测绘良好地进行了救援，并疏散了群众，对人民的生命和财产安全进行了良好的保护，为救援救灾及时提供了数据，也得到了救援部门的肯定。但是目前无人机测绘还存在部分不足：对从业人员的要求高，容易受到恶劣环境的影响，精度容易受到环境影响等。随着现代智能化技术的不断发展，无人机航摄系统的不断完善，无人机能够更加适应复杂的环境，得到更加精确的产品。本文论述的无人机在地质灾害应急测绘中的经验，也可以推广到其余救援工作中，获得更高的社会效益。参考文献[1]何敬,唐川,王帅永,张可可.无人机影像在地质灾害调查中的应用[J].测绘工程,2017,26(05):40-45.[2]周磊,梁爽,李海泉,南竣祥.无人机航摄系统在复杂地形应用的关键技术试验[J].测绘通报,2017(04):85-88.[3]谭仁春,李鹏鹏,文琳,潘澄.无人机倾斜摄影的城市三维建模方法优化[J].测绘通报,2016(11):39-42.[4]王帅永,唐川,何敬,张卫旭,方群生,程霄.无人机在强震区地质灾害精细调查中的应用研究[J].工程地质学报,2016,24(04):713-719.[5]林月冠.倾斜摄影技术在灾后建筑物损毁评估中的应用分析[J].地理信息世界,2016,23(01):108-114.[6]赵星涛,胡奎,卢晓攀,杨化超.无人机低空航摄的矿山地质灾害精细探测方法[J].测绘科学,2014,39(06):49-52+64.

文章来源：《中国地质灾害与防治学报》 网址: http://www.zgdzzhyfzxb.cn/qikandaodu/2021/0126/474.html