无人机影像在地质灾害调查中的应用

无人机影像在地质灾害调查中的应用

苏红超

新疆维吾尔自治区第一测绘院新疆昌吉831100

摘要：地质灾害给给人们的生活带来了巨大的灾难，地质灾害发生后的具体信息获取、传输与处理更是有效降低灾害的重要途径。为此，提出一种测绘无人机在地质灾害调查中的应用，准确高效对灾害情况进行动态评估。仿真实验表明，测绘无人机能够显著地提高地质灾害调查的速度。

关键词：无人机影像；地质灾害调查；应用

1系统构建

1.1无人机系统

系统硬件包括八轴碳纤折叠式旋翼机，DJIWooKong-M飞行控制器，DJI900Mhz电台，IOSDMAＲKII，LIPO电池(6S，30000mAh)，地面监控系统为DJIGroudStation4.0和Futaba14SG，硬件系统主要技术指标如下:飞行器轴距1045mm，电机4114kV400，浆叶45.72cm，起飞重量9.62kg，垂直速度2m/s，水平速度12m/s，飞行高度150-500m，安全航时25min。经实际航摄工作验证该无人机系统主要具有以下优点:a成本低，结构简洁，模块化强，便于维护;b机体轻便，可折叠，便于运输携带，比较适合小面积地质灾害山高坡陡的地形条件;c旋翼机飞行稳定，机体震动小，飞行俯仰角和滚转角小，相机外方位元素较稳定;d旋翼机抗风性较优，有效避免山谷紊流影响，飞机容错力强，安全性高。

1.2数据采集系统及检校

受成本和重量限制，无人机搭载多倾斜摄影使用非量测型数码相机作为数据采集设备，其内方位元素未知，物镜畸变较大。在获取航摄影像之前，需对非量测的数据码相机进行检校，获取相机内方位元素，以提高倾斜摄影软件处理速度和成果精度。目前，采用布郎畸变模型和纯平LCD相机检校法，可快速取得稳定的检校参数。数码相机布朗畸变模型如下:

图1检校矩阵和相机拍摄效果

本次使用北京观著五拼倾斜摄影相机，图像分辨率7140×5360，像元尺寸0.0014，侧视镜头倾角40(°)。通过足够数量和精度的照片，利用agisoftlens软件多次检校比较，直到获得稳定的参数作为相机内方位元素，经计算倾斜摄影测量数码相机相关参数如下:f=7.9293，cx=3565.549，cy=2802.299，K1=0.2463，K2=－0.6632，K3=0.5334，P1=0.314E－6，P2=－0.141E－6。

1.3软件处理系统

Smart3Dcapture是一套基于图形运算单元GPU的快速三维场景运算软件，他能无需人工干预地从简单连续影像中生成实景真三维场景模型。通过摄影测量原理，可以将多种源数据、分辨率、任务数据量的照片转化为高分辨率的、带有图像纹理的三维网络模型。具体通过对获得的倾斜影像进行同名点选取、多视匹配、三角网构建、自动赋予纹理等步骤，最终得到三维模型。

2数据采集

本次针对倾斜摄影地震灾区，航摄区域内最高海拔460m，最低海拔约250m，相对高差210m，航摄范围约400m×600m，拍摄天气多云，拍摄时间上午11∶00-11∶30。航线按矩形等高设计，航高与地形最高点相对海拔200m，按相机内方位元素计算，地面分辨率35-72mm。由于高差大，地形坡度陡，为尽量获取地表信息，采用66%旁向重叠和80%航向重叠拍摄。由航线设计软件生成飞行计划文件，该文件包含飞机的航线坐标及各个相机的曝光点坐标位置，各个相机根据对应的曝光点坐标自动进行曝光拍摄。

3数据处理

航摄完成后在现场应将航摄获取的倾斜摄影原始照片数据按不同方位的相机分别整理，检查照片质量、数量，如出现漏拍应及时补拍。通过IOSD数据下载和读取，获取各拍摄时点无人机姿态参数，包括飞行坐标X、Y、Z、omega、phi、kappa，通过倾斜摄影相机与IOSD固件参考关系，可计算得到各照片拍摄时点初始姿态信息。

按Smart3Dcapture软件格式要求将数据整理好后，首先创建一个工程，将存放在不同目录中各方位相机照片导入工程，在导入的照片组中，需要输入拍此相片相机的内文位元素，包括传感器尺寸、镜头焦距、像主点、畸变参数等，所有照片组信息应按规定格工填写在BLOCKSEXCHANGE．XML文件中。设置好导入信息后，默认情况下系统重建使用ENU坐标系统，即在模型中心设置原点，重建坐标系统用来设定模型区域和切瓦片依据，而生产项目最终输出的三维模型坐标系由另外的坐标系统进行定义。要获得模型地理空间定位信息可以有两种方式:a使用照片位置属性，各照片所带方位属性决定;b参照控制点精确配准，由于无人机携带POS精度不高，初始空中姿态并不十分准确，因此要获得高精度的倾斜三维模型。建议引入实测控制点，人机交互输入后再进行空三加密。

结语

通过对老虎嘴滑坡的无人机航拍实验，验证无人机应用于高山峡谷地带进行地质灾害调查的可行性。此次应用实验中获取的影像除做常规影像参考外，最重要的是将遥感信息提取技术与地质灾害分析结合起来。利用摄影测量技术恢复地质灾害体的三维模型，改进常规的二维平面遥感影像解译方法，不仅提升解译精度，而且使得解译信息具有可量测性，这为定量研究地质灾害提供极为重要的数据，同时本文所做的应用探索也将为今后的无人机在地质灾害信息挖.掘.方面.提.供.一.些.帮.助.和启发。

参考文献：

［1］吕立蕾．无人机航摄技术在大比例尺测图中的应用研究［J］.测绘与空间地理信息，２０１６(11)：116-118．

［2］李启源，王明常，王凤艳，等．高分一号遥感影像地质灾害信息提取方法研究［J］．测绘与空间地理信息，2016(03):53-55.