无人机航摄技术在地质灾害中的应用——以乐平市鸬鹚乡为例

聂 飞，徐贵兴

（江西省地质局地理信息工程大队，江西 南昌 330001）

2021年1月～8月，江西省共接到地质灾害灾（险）情报告191起，造成直接经济损失549.62万元。灾害类型包括，滑坡、泥石流、崩塌和地面塌陷等，灾害规模分中型和小型［1］。其中大部分是由于不规范煤矿开采、随意土方开挖、生态植被破坏等行为导致的地质生态环境变异，造成采空坍塌、山体开裂、水土流失，继而发生滑坡等地质灾害［2］。地质灾害普遍存在爆发周期短、破坏性强、成因复杂等特点，传统测绘和监测方法无法做到时效性和直观性的有效统一，在地质灾害突发时难以为灾情动态监测和提供有效保障［3］。

无人机依靠其非接触特性和灵活性，可以深入受灾区域，利用倾斜摄影技术为地灾应急提供快速、可靠、直观的三维模型数据［4］，实现地质灾害应急管理、地质灾害评估等任务，为灾后重建提供基础地理信息依据。无人机航摄综合运用了无人机飞行器、遥感、数据传输、GPS定位等技术，凭借这些技术使无人机遥感可实现全自动获取大量的空间地理信息，并对这些信息进行数据处理、建模和应用分析。无人机遥感以无人机作为空中平台，使用遥感传感器获取信息，使用计算机对图像信息进行分析处理，并按一定精度要求制作成图像［5］。目前，无人机根据空中平台搭载的数据传感器不同，可将无人机航摄分为普通摄影测量、倾斜摄影测量和激光雷达测量。地灾点一般发生在山区,传统的航空摄影技术对机场和天气等条件的依赖性很大,因此作业成本较高,且航摄周期也较长。无人驾驶飞行器尺寸小巧,携带方便,机动性强，且作业时对起飞场地依赖性小。无人机机动迅速、飞行准备时间短、飞行速度快并能迅速抵达监控范围,运用倾斜拍摄技术,在短距离内为救援人员提供了迅速、安全、直观的三维实景数据模型。传统的地质灾害解译是利用遥感影像简历遥感解译标志，进行人工判读解译，影像质量对解译精度有直接的影响；
三维实景数据模型能直观重现地质点原貌，为地质灾害解译提供三维实景数据模型。

1.1 无人机航摄流程

图1 无人机航摄流程

（1）准备工作

收集航测区域的相关资料，研判影响飞行的主要要素的情况；
进行实地踏勘，收集现场地理环境及地貌特征；
野外踏勘后，利用航测区域的高分辨影像，结合野外踏勘获取的正射影像，对于航测区域进行分区、分块讨论，明确飞行基本参数和制定轨迹航线，绘制分区测量的线划图。航摄分区尽可能为矩形，航线沿矩形区域长边方向敷设，实际飞行范围应超出任务范围外一个航带。

（2）像控点测量

根据测区影像和踏勘结果，内业就可以将像控点的数量和图上分布位置进行布设，并优化像控点分布。野外像控点布设后，使用RTK进行像控点测量，保证RTK的坐标系统与无人机坐标系统一致，像控点布设和像控点测量可以同步进行。

（3）航空摄影

内业必须根据成图精度要求、航测区域特征等因素，对航向重叠率，旁向重叠率，飞行具体区域等进行设计，其中分区内地形高差小于1/2航高，航向重叠度大于75%，旁向重叠度大于40%。在充分考虑航测区域地理位置、气象气候等因素影响的前提下，进行外业进行航摄测量。

（4）内业成图

航摄相片在现场初步整理和检查的基础上，需进行预处理校正。利用处理软件ContextCapture Center Master进行空三加密。包括添加点云数据，添加连接点和控制点,根据需求可生产DOM、DSM、DEM和三维数据模型数据。

（5）图像解译

根据项目需要，对三维数据模型中的数据进行图像解译，从三维数据模型上可识别目标，定性、定量地提取出目标的分布、结构、功能等有关信息，也可进行包括坐标、高程、高度、长度、面积、体积、角度等的参数量测。

1.2 应用实例

（1）项目区概况

乐平市鸬鹚乡位于乐平市东南腹地，山地众多，饶河水系乐安河穿境而过，煤炭等矿产资源丰富，由此引发的不稳定地质因素长期存在，汛期极易引发滑坡、泥石流、崩岸等地质灾害，属地质灾害多发区。2021年6月，由于连续降雨，鸬鹚乡政府组织相关部门对辖区内相关山区、陡坡等重点地质灾害易发地段进行了排查，共查明10余处地质灾害点，并现场竖立警示牌及划定避灾点。为研究鸬鹚乡倪家坞村大唐坞组地灾点对附近房屋及村庄的影响，乡政府决定对倪家坞村大唐坞组进行无人机航摄。

（2）无人机航摄情况

受当地政府委托，航摄作业团队采用倾斜摄影测量无人机开展受灾区域的灾情测量工作。六旋翼无人机系统采用折叠式结构设计，搭配一个垂直和四个倾斜镜头的五镜头组合，倾斜相机的角度在20°～30°之间，相机型号为SONY ILCE-QX1。综合考虑航摄区地形起伏情况、交通条件以及植被覆盖等，规划航线18条，如图2、表1所示。本次航摄像控点共9个，均匀分布在航摄区内，随机选取检核点2个；
共飞行2架次，拍摄影像数量1 535张，航摄覆盖面积为0.29 km2。

图2 航行规划

表1 飞行参数

（3）成果及解译

图3 大唐坞组整村三维模型及内业量测分析

通过ContextCapture Center Master处理软件，可直接对地灾点三维模型进行包括坐标、高程、高度、长度、面积、体积、角度等的量测。航摄区域检测发现地灾点一处，具体参数为坡向340°，坡度约70°，坡宽45 m，坡高6 m，自然斜坡高度50 m，坡度约35°,规模为95 m3,根据相关信息，判定此处地质灾害规模为滑坡中型。同时运用遥感影像解译技术可获取地灾点位于山脚下，成因为切坡建房。地灾点植被已破坏,主要灾害类型为滑坡，局部因强降雨发生泥土滑坡，承灾体为2栋砖混民房。当前滑坡体为不稳定状态，变化趋势不稳定，在强降雨情况下，有继续发生滑坡的可能。具体地灾点信息如表2所示。

表2 地灾点信息

通常倾斜摄影三维模型的建模精度与影像分辨率直接相关，一般建模精度为影像分辨率1/3左右。为了验证模型的精度，利用GPS RTK在测区外业实地测量随机选取8组检核点，并从实景三维模型中提取对应检核点模型坐标，根据中误差计算公式分别计算其平面及高程中误差，具体误差如表3所示。

表3 误差统计

根据《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图航空摄影测量数字化测图规范》（GBT 15967-2008）要求，1∶500的平面中误差限差为0.3 m，1∶500的高程中误差限差为0.2 m，所以本项目航摄成果能够满足1∶500比例尺测图要求。

无人机航摄技术已日趋成熟，通过对乐平市鸬鹚乡倪家坞村大唐坞组地灾点进行无人机航摄应用实例研究充分证明了倾斜摄影技术在地质灾害应用中的可行性及可靠性，无人机航摄技术应用于地质灾害，提高了灾情的监测能力，提升了预警监测水平，丰富了地质灾害防治数据来源，可为突发地质灾害提供灾情的动态监测，并能为应急处置提供有效保障。

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