無人機智能航測系統快速測繪技術在地質災害調查監測、應急搶險中的應用研究

進行測量和制圖作業任務時，應該注意確認地形圖的尺寸數據與實際的現狀地形值一一對應相符。另外，因我們國家的幅員廣闊，各地區之間的地形特征也存在差異，我們外業施測大片地物或地貌、地類時不能過于簡單地使用自動文件符號來描述標識，應該用不同類型的地形地貌地類相應匹配的符號展現。野外測繪作業時，要確保所作業范圍內采集的地理信息數據的精準度，且在后期各種用途使用數據結尾的最后兩位數字進行相應的識別。在野外測繪復雜的丘陵區域和特殊的巖石、滑坡體、危險性沖溝、懸崖等重點區域時，專業測繪作業員應測量清楚整個區域的地理信息數據資料，且確保采集的數據與實際現狀地形的數據相符一一對應，以確保測繪技術實施的正確進行，現在的測量手段的提高，生產效率也大大提高，客戶對數據的質量和全面性也不斷提高，外業測繪時一定要避免最終生產的數據圖件錯漏資料不合格等情形發生，特別是外業要多加檢查核實，內業成果出來做自檢外業調查核實后提交，避開所有因外業數據的質量問題引起的二次返工和不必要的經濟投入和損失。此外，項目實施過程中配置的技術負責的測繪工程師在野外測繪作業或指導把控過程中，應該不斷去反復研究、思考和多次檢查核實最終提交之前的地形圖和相關報告資料，以發現存在的問題和缺陷，使測量的方法適應當地環境，滿足客戶的相關使用要求，確保項目測繪工作高質量運行。

1.2進行地形圖的數據采集

開展地形圖數據采集作業時，配置的專業測繪作業人員不僅要繪制標準規范要求的等高線，還要全面的完成較為完整的地形圖數據的相應標識標注。并且在測區野外測繪過程中，作業人員必須專業很熟練完成地形圖中包含的各個高度線的所有相關信息，從而可以確保野外整個測繪工作的高質量運行，并在項目實施的測繪技術中發揮高度線的優勢。目標為了獲取完整全要素的應用型現狀地形圖，野外完成在室內進行計算機軟件數據處理和圖件編制時，內業測繪工作人員應精細的標記測區的地形地貌地物地類特征及其對應的數值，同時把所有編制的內業數據處理成果資料和完整的地形圖提交給相關項目研究人員，項目研究人員將不同的位置和特征用線段和控制點進行標記。工作完成后，再次進行核實檢查，以確保地形圖上的所有點和線段均滿足規范要求精準無誤。

02、無人機智能航測系統的系統構成

以D2000型無人機智能航測系統為例，應用在地質災害監測調查項目中時，D2000型無人機智能航測系統的性能完全可以在外業監測調查高精度影像數據獲取中發揮重要的作用。D2000型無人機智能航測系統的構成其實很直觀簡單，從其性能總結就是三個關鍵因素，主要是飛行無人機管家平臺、無人機機載數字采集的相機和飛行的控制系統。

2.1飛行平臺

一般來說，輕型無人機的重量約為6-8 kg，到測區找到起降不錯的場地，將無人機進行正確安裝并做檢查后，依據測區環境不同高度和氣象條件下進行地質災害點的航線設計區劃時，也要要考慮無人機的負載能力和總重量都要隨之增加。如果在海拔較為特殊的高原地帶高度超過3800米，應該使用增加無人機的起始重量，野外空中數據獲取時以確保無人機航測中能更平穩的飛行采集。從而可以有效地保證無人機在空中飛行數據獲取過程中的精準定位，使無人機航測技術更高效安全地應用于地質災害調查監測工作中，無人機的機身通常需要采用輕便的泡沫、木質或碳纖維材質，可以使無人機有效地適應地質災害測區的各個復雜環境，順利的完成地質災害點的監測調查中的影像數據獲取任務。

2.2無人機航測系統的機載數字采集設備

地質災害應急搶險需要輕型無人機具有極大的測繪覆蓋范圍，同時也需要有較高的分辨率，以此全面地提取地質數據，以有效地滿足地質災害調查工作的要求。此外，圖像土壤分辨率也是影響無人機測繪技術在地質災害調查工作中準確性的原因。因此，也有必要提高無人機測繪的分辨率，這對采集數據的精度有很大影響。

測繪級無人機航測系統的核心部分就是控制系統，它在空中進行地質災害調查數據獲取中的應用效果中有較大的作用。直接的說，無人機航測系統的最終應用效果直接取決于其配置的飛行控制系統能否良好發揮數據采集性能。測繪級無人機飛行的控制系統包含諸多的子系統，比如無人機的驅動系統、無人機的監控系統、無人機的飛控平臺和主機之間的通信系統等。在測區進行地質災害監測調查工作時考究的就是無人機的各項功能的綜合應用，以便實現對災害區數據的實時數據采集、上傳、分析、研究、使用。

2.3 D2000全系列各飛行平臺參數

03、無人機航測技術優勢

近年來隨著無人機航測技術的不斷更新和普及應用發展，基于無人機的快速測繪技術優勢也越來越明顯。與傳統的測量方法相比，無人機的測量和測繪不僅可以有效地擴大測繪范圍，而且有助于提高測繪的準確性和效率，大大的降低了測繪各個項目的人工投入成本，降低了勞動力強度，避開了很多外業測繪時的人不可到達點的測區危險且可以輕松獲取所需的數據信息，有著較高的應用價值和意義，從而提高了項目運行的效益。

3.1降低測繪成本投入

工程測繪本身屬于一個各項投入加大的工程項目，需要投入大量人力物力財力。過去測繪作業人員需要購買許多專業設備和儀器來進行工程測繪，且為了野外采集和記錄草圖、相應數據資料，測繪作業人員需要將大量的繁重的測量設備帶到測區的固定架設地點，這樣就會導致測繪工作的巨大投入，運行測繪項目帶來了大量的負擔和阻力，與此同時也給測繪作業人員的人身安全帶來了一定的威脅和風險。而使用無人機航測技術應用于各個測繪項目，派遣項目運行的測繪作業人員就可以很輕松很安全的控制無人機從測區獲取數據資料成果，不需要在前往測區現場各個點進行實地勘察測繪。不需要再購買不同規格的測量設備和儀器附件，一方面降低了項目投入成本，不需要對多種測量設備和儀器進行維護和維修工作。因此，把無人機航測技術應用于各個測繪項目中，既降低了測繪技術投入的成本，從而以較低的成本獲得較高的收益，又可以減少對測繪工程資金的占用。

3.2擴大測量范圍

在過去傳統的地質災害類測繪作業的過程中，測繪作業人員必須得到達測量現場的位置上進行采集，且攜帶繁重的儀器設備進行數據采集工作。最后實際采集的范圍相對較小，數據采集的準確性也較低，且沒有可參照的搞清現狀三維高清影像資料，這樣成果使用起來相當不方便，反過來影響測繪工程的質量評價。現在有了無人機航測系統的普及，在各個測繪項目的實施和應用改變了很多傳統的測繪技術手段和方法，從而更加有效地擴大了數據采集的范圍，大大提高了測繪項目的效益和高質量運行。無人機航測技術在各個項目中的應用使得能夠快速輕松的獲取到難以到達的區域影像數據信息，且從無人機航測系統獲得的外業信息數據具有極高的準確度。因此，使用無人機航測系統進行項目測繪應用，一方面可以有效的提高測繪項目的質量和效益，其次可以大大有效提高外業數據采集的全面性、準確性和可靠性。

3.3提高野外測繪作業時的安全性

在傳統的測繪項目中，測繪作業人員必須前往測繪現場進行實地勘查，地質災害搶險地區危險度較高，如果工作人員不充分了解周圍的地形條件，盲目開展測繪工作，很容易危及工作人員的安全。與此同時，若出現突發性的特殊地質災害情況，測繪作業人員使用傳統測量儀器和現場傳統的制圖方法進行測繪工作，很有可能對周圍人員的生命安全產生負面影響。無人機航測系統的技術應用，使測繪作業人員不再需要前往各個現場點進行測量，完全可以直接通過無人機航測系統接收有關地質災害區域的現場信息，并將該區域采集的數據信息直接傳送給應急指揮部門。這樣就可以迅速采取相應的措施和行動，從而確保人民的生命和財產安全。因此，加強無人機航測技術在各個領域測繪技術中的應用，可以大大提高外業精致地形測量數據采集的安全性，促進中國地形測繪科學技術的進步和發展。

3.4數據處理效率高，操作靈敏

與傳統的測繪技術相比，無人機航測系統能夠快速處理野外獲取的數據，測區獲取的圖像分辨率也能滿足規范要求。無人機航測系統本身具有操作簡單靈活度高的多個優點，這也著重體現在無人機航測技術上，無人機航測系統可以在低空連續飛行，為外業測繪作業人員留下足夠的操作空間，與此同時對起降點沒有特殊要求，野外測繪作業時工作人員能夠以各種方式自由起降。而無人機航測系統的組成也比較簡單，這使其能夠以高度的靈活性輕松地安裝和拆卸各種組件。

3.5工作效果好

無人機航測的技術優點，一方面可以提高野外測繪作業的效果，另外還可以用于不同地形的測繪工作。操控過程非常輕松自如，從而可以保質保量地完成各個測繪任務。此外，無人機航測系統還可以實時獲取特定區域的影像，為研究人員及時提供所需的數據，以確保測繪工作效率。

04、無人機航測技術的應用

4.1確定勘查區域和航線

就目前市場上的大部分測繪領域的無人機飛行性能標準，很多專業航測級無人機的飛行續航時間還是相對較短，通常約為30-45分鐘。基于此情況，很有必要對航測級無人機的機身進行些有針對性的劃分，以使野外數據采集的路線、無人機空中采集時飛行的時間和飛行架次變得更有意義和效率。如果測量區域較大，可將其劃分為多個部分，以便快速完成測量任務。另外，在進行空中記錄時，應盡可能根據記錄的實際區域確定路線，以避免重復拍攝。

4.2獲取災情詳細信息

結合基于無人機的快速測繪技術的高精度，使用特殊的數據采集設備可以實現對受災區域整體情況的構建，與此同時可以使用二維坐標進行控制點的高精度校正，最后可以進行內業數據處理構建與實際測區對應的實景三維模型，快速還原災害區域的地形地貌地質等各個概況，還可以將無人機在外業采集的的圖像與恢復的地形地貌進行詳盡分析和比對。把獲取的影像數據紋理疊加的方式用于災害區域詳細描述，再結合疊加方式的影響，可以更直觀的去分析和掌握地質災害區域的整體地質變化情況，使用符號標記災害點，并將區域災害信息進行檢索。結合新型無人機航測技術，還可以快速實現測區高精度地圖數據獲取。同時對無人機外業采集的數據內業做提取進行幾何比對，把比例尺作為北坐標垂直方向的正方向，去實現數據與坐標的靈活轉換，以匹配災害區域的數據精準性，最后，結合以信息為特征的圖像位置，根據規模大小確定災區位置。鑒于無人機航測系統在空中記錄可能出現偏離，在內業處理環節數據信息提取過程中可能出現錯誤，可以使用大數據處理技術去調試精度的偏差，再使用三維拍攝技術進行二次模擬成像，對無人機航測系統拍攝有效的進行動態監測，精準的實現地質災害區域信息數據的提取和分析比對。

4.3構建三維模型

預防性地質災害調查監測通常覆蓋奇遇記教法，實施的勘查工作比較復雜繁重，也伴隨著疏漏，會導致影響最終結論的研究。另一方面，無人機外業獲取的正射影像是利用具有幾何精度和圖像特性、高分辨率的修復方式，提供整個測量區域的真實地形圖影像覆蓋，同時滿足災害區域整體和局部細節各個要求。測繪作業人員應能夠通過配套的專業技術遙感軟件獲得正射影像上的必要數據信息，然后將其與實地勘測相結合，以確保勘測完整、客觀、真實和具體。與正射影像相比，三維實景模型利用傾斜攝影測量技術，不同的圖像數據可以從不同的角度獲取，讓無人機航測系統獲取的數據信息更加具體和精確。除此之外，傾斜攝影測量技術還允許從各個角度對勘測區域進行更客觀的觀察，區域可以局部放大，特別是高度、長度、坡度、坐標、范圍、等，豐富了地質風險研究的內容，并擴大了無人機航測系統在地質災害應急搶險中的使用。此外，三維模型的使用有助于無測量領域技術背景的技術人員或指揮官可視化地質災害現場情況，并為其決策做出數據支持。

4.4進行地質物理勘探

高密度電阻法實際上是一種物理方法，主要基于礦區巖石和土壤中電導率值的差異，以呈現垂直方向和水平方向的電性變化以便測量人員對相關數據進行差異分析，然后針對巖石和土壤中的結構進行測量工作，以便更清楚、更全面地了解礦區的真實情況，找出地區潛在地質災害的位置。使礦山操作員能夠避免這些危險，降低發生安全事故的概率。近地表地震法是通過模擬地震波來看查作業，通過技術激發地震波，以觀察其在基巖中的傳播規律，并確定礦井斷層和空洞的情況。

05、無人機技術的缺陷及提高應用質量的思考

5.1無人機測繪技術的限制

無人機測繪技術在實際應用中受到了這幾個方面的限制：首先，山區的大多數地質災害發生地區都遠離機場，但是在無人機測繪之前應當通過當地地圖或遙感圖像確認，測繪地點最近飛機場的距離，以確保無人機安全落地。其次，距地面120米以下是我國目前公認的安全飛行高度，地質災害應急搶險的測繪通常需要低于120米的飛行高度。第三，如果地質災害發生在峽谷或對飛行器定位有強烈干擾的地點，應在飛行前上傳當地的影像圖片，并在起落位置保證信號強度。第四，無人機測繪結果受植被的影響較大，測繪結果應結合現場條件進行研究和評估。另外，就地質災害研究而言，無人機智能航測系統的工作要求與一般無人機的要求不同。在地質災害調查監測項目研究中，無人機智能航測系統需要修正能見度的測量值，去快速實現獲得精準全面的影像數據。有三種方法目前常用于校正無人機智能航測系統的數值，三種方法都各有特點，針對不同的地質災害需要使用不同的校正取景側邊差的方法，目前沒有一種校正取景側邊差的方法可以針對多種地質災害進行迭代計算，這會增加額外的計算并影響取景側邊差校正的速度。除這些除外，利用無人機智能航測系統作業時，設置空中進行數據獲取飛行期間的旋偏角不應超過15度，設置的航向應超過50%，設置的旁向應超過15%。

5.2提升無人機技術應用質量的思考

5.2.1校正無人機智能航測系統的參數

在地質風險研究過程中，無人機智能航測系統進行校正時，可以通過了解獨立三維空間坐標系統來校正參數，參數的校正會影響著無人機智能航測系統的應用效率。在檢查測繪無人機的參數時，應充分考慮多向坐標的影響，并使用完整的測量模型校正系統中的三維坐標誤差，有效地完成參數校正。例如：基于垂直山脈確定坐標，第一步先移動垂直山脈的原點，讓三維坐標的原點和02一致。第二步將兩個三維坐標系以直角旋轉到同一原點的方式以進行變換。第三步也是最后一步是用x和z標記坐標，其中x是正向，z是向上方向，然后創建單獨的坐標系。

5.2.2 改進曝光系統

對于地質災害的測量，無人機智能航測系統在野外的測區內數據采集時，優先提倡使用等效曝光模式，把無人機智能航測系統固定在預定位置，用等距離控制曝光模式。為了使無人機在曝光過程中達到均勻曝光，以更好實現一定頻率控制無人機智能航測系統發送信號，需要使用無人機智能航測系統中的定點曝光系統，再依據信號頻率去計算時間，結合無人機智能航測系統的空中作業飛行速度，可以有效精致的計算出距離，最后根據一定的距離控制無人機智能航測系統的數據采集設備進行保皇。通過控制曝光冗余，有效保證無人機智能航測系統。

06、結語

無人機技術目前在地質災害應急搶險中發揮著其及時、靈活、可視化高的優點，未來在保留無人機技術優點的基礎上，技術人員應改進無人機的缺點，實現技術創新，在地質災害搶險中更廣泛地應用無人機技術，以提高工作效率，降低工作強度，提高工作質量，更快、更靈活、更高效地開展地質災害搶險工作。