無人機低空航測在環境地質調查的運用范文

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《礦山測量》2017年第5期

摘要:在某環境地質調查項目中使用無人機進行低空航測，獲取數字高程模型DEM和數字正射影像DOM數據，并在此基礎上解譯地質災害信息，經實地檢查，航測數據平面及高程數據精度可靠，解譯準確率高，該技術方法可在此類工作中推廣。

關鍵詞:環境地質調查;無人機;數字正射影像;數字高程模型

本世紀初以來，受人類活動以及全球化的影響，世界各地地質災害活動頻繁，其發生的規模、數量和分布均呈上升趨勢［1］。隨著煤礦、鐵礦等各類礦山開采規模不斷加大，地面沉陷、塌方、滑坡等地災現象發生頻率變快，給當地人民正常生活帶來很大不便，阻礙了社會經濟可持續發展，同時也給政府管理部門帶來很大困擾。為了研究地質災害的空間分布特征、發生原因、并進行危險評估，最終加強地質災害的預警和防治，則需要對災害發生區域進行認真、深入的環境地質調查研究。過去很長時間以來一直是工作人員親赴現場采用常規技術手段進行調查勘測，但面對著廣闊的調查區域和復雜的環境地質，需要投入足夠數量的人員和巨大的精力，即便如此，仍然有一些人員不能到達的區域，無法取得調查數據。無人機低空攝影測量系統是以無人機為飛行平臺搭載傳感器設備獲取地面遙感信息的遙感測量方式［2］。該技術與傳統衛星遙感和大飛機航測相比，具有成本低廉、起降方便靈活、作業周期短、時效性強、影像分辨率高等優勢，在小區域大比例尺地形圖測繪、應急救災、國土監測、獲取高分辨率正射影像圖方面得到廣泛應用［3］。本文以天寶UX5無人機在華北某環境地調項目中的應用為例，探討無人機航測外業航飛、影像數據處理、及成果應用，以期在今后此類工作中更好地發揮其作用，為環境地質調查工作提供一種可行的技術方法和實踐參考。

1天寶UX5無人機航測系統

美國天寶UX5無人機航空攝影測量系統包括:配有電子控制裝置的無人飛機、POS系統、彈射架、TrimbleTablet地面控制器、無線通訊器、Sony高清數碼相機、天寶InphoUASMasters數字攝影測量處理軟件等?？傻玫綔y區高精度的DOM、DSM、等高線及植93被地物分類等豐富的地表信息，結合DSM和DOM可得到真實的三維場景圖、利用生成的點云數據可以快速獲取不同方向不同深度的斷面圖，精度可達厘米級。POS系統(PositionOrientationSystem)是高精度定位定向系統，采用動態差分GPS技術和慣性測量裝置IMU，可直接在航測飛行中測定傳感器的位置和姿態，經過嚴格的數據處理后獲得6個外方位元素的高精度值。

2無人機在環境地質調查中的應用

2．1工作區概況

無人機航測工作區總面積80km2，位于山西省境內太行山區中段，區內海拔850～1250m之間，地貌以丘陵和低山為主。在開始航測工作前遭遇了暴雨侵襲，山體塌方、滑坡較多。區內煤礦眾多，存在較多地質災害隱患，在該區域進行環境地質調查的目的就是為了查清塌陷區土地、房屋建筑、基礎設施等破壞情況，研究分析采礦地面塌陷發育規律，總結土地恢復治理模式及綜合整治對策。為此需要進行無人機航測工作，以取得滿足要求的DEM(數字高程模型)和DOM(數字正射影像)，并在DOM上對地質災害體進行解譯，獲取地質災害的空間屬性數據。

2．2無人機低空航測

航測前首先在測區進行了E級GNSS控制測量，平面采用1980西安坐標系、高程采用1985國家高程基準，目的是為下一步像控點測量提供基準數據。像控點均布設在單架次飛行區域的四角和中心，均為平高控制點。像控點標志為邊長1m以上的兩個對頂點三角形，可在航拍照片上清晰判讀，在水泥等硬化地面布設的像控點標志采用白色油漆噴涂，在土質地面使用白灰制作。

2．3航測數據處理

無人機航飛影像處理采用InphoUASMaster軟件完成?？杖龜祿幚砗?，基本定向點平面中誤差為0.126m、高程中誤差為0．093m，均符合《低空數字航空攝影測量內業》規范規定。進行DEM加工生產時注意使用特征數據、等高線、高程注記點數據等參與DEM的生成，并將DEM套合到立體模型上，檢查點位是否切準地面、另外檢查面狀水域的格網高程是否符合水面高程特征規律。不同圖幅DEM接邊不少于2排同名格網點，并檢查有無漏洞，確保無縫拼接。當同名格網點高程差小于2倍高程中誤差時，取平均值作為同名格網點最終高程。經空三加密提取連接點進行匹配后的像片疊加DEM，UASMaster軟件對其進行正射糾正后生成數字正射影像DOM并進行檢查，對高架橋、立交橋、大壩等引起的影像拉伸和扭曲應進行了相應處理。利用實測的檢查點數據對DOM平面精度進行檢核，其平面位置中誤差為±0．12m，滿足地物點平面位置中誤差不大于1．2m的規范要求［6］。對生成的相鄰單幅DOM需進行拼接鑲嵌，鑲嵌時避開大型建筑物和影像差異較大的位置，盡量選擇在河、路、溝、渠、田埂等帶狀地物的邊線，以保證鑲嵌后的影像無明顯拼接痕跡，過渡自然，紋理清晰。最后對鑲嵌影像進行色彩、亮度和對比度的調整，通過勻色處理縮小影像間的色調差異，使色調均勻、反差適中、層次分明，保持地物色彩不失真。

3結論

開展環境地質調查工作需要大量的數字高程模型DEM、數字正射影像圖DOM、數字線劃圖DLG等數字地理信息數據作為基礎數據，采用傳統技術手段則周期長、成本高［7］，而無人機低空航測技術具有“三高一低”的特點，即高機動性、高分辨率、高度集成和低成本［8］，可以很好地彌補前者不足，本文實例已成功對其進行印證，因此建議在今后的環境地質調查工作中大力推廣無人機低空航測技術。

參考文獻:

［1］陳思思，陳笑峰，劉悅，等．ArcGIS環境下的系列無人機影像災害樣本庫建設［J］．測繪，2014，37(6):268－271．

［2］王帥永，唐川，何敬，等．無人機在強震區地質災害精細調查中的應用研究［J］．工程地質學報，2016，26(4):713－719．

［3］李超．基于天寶UX5無人機攝影測量的成圖實踐［J］．地礦測繪，2016，32(2):25－27．

［4］康學凱．基于無人機航測系統的無控制測繪試驗研究［J］．礦山測量，2016，44(5):61－65．

［5］高姣姣，顏宇森，盛新蒲，等．無人機遙感在西氣東輸管道地質災害調查中的應用［J］．水文地質工程地質，2010，37(6):126－129．

［6］何碧波，倪峰，鄭明燈．無人機航測若干問題分析［J］．地理空間信息，2016，14(12):13－14．

［7］王延蓮．無人機航測技術在地質環境治理中的應用分析［J］．中國高新技術企業，2014，284(5):83－84．

［8］仇春平，盧曉攀，王平論，等．無人機低空數字攝影測量成圖精度實證研究［J］．礦山測量，2016，44(1):67－70.

作者：王玉龍；王建忠；李錦 單位：河北省地礦局秦皇島礦產水文工程地質大隊