无人机低空航测在环境地质调查中的应用

来源:用户上传      作者:黄勤 周鹏 张啸翼

　　摘要：针对无人机低空航测在环境地质调查中的应用，采取实例分析的方法，做了简单的论述，总结了无人机低空航测技术的应用优势和策略。首先，分析了无人机低空航测技术原理和优势;其次，结合实例分析了无人机低空航测技术的具体应用;最后，对技术的应用进行了总结。
　　关键词：无人机低空航测;环境地质调查;实例分析法
　　中图分类号：X141 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）08-0-02
　　DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.058
　　Application of low altitude aerial survey of UAV in environmental geological survey
　　Huang Qin， Zhou Peng， Zhang Xiaoyi
　　（Chongqing Geological Hazard Automation Monitoring Engineering Technology Research Center Chongqing Huadi Resources Technology Co.， Ltd.， Chongqing 400000，China）
　　Abstract： In view of the application of low-altitude aerial survey of UAV in environmental geological survey， a case analysis method is adopted， and the application advantages and strategies of low-altitude aerial survey technology of drone are summarized. Firstly， the principle and advantages of low-altitude aerial survey technology for drones are analyzed. Secondly， the specific application of low-altitude aerial survey technology for drones is analyzed with examples. Finally， the application of the technology is summarized.
　　Key words： low-altitude aerial survey of drone; environmental geological survey; example analysis
　　近年来，无人机低空航测技术快速发展，技术水平不断提高，带动着技术的多领域应用。在环境地质调查中采用此方法，能够克服复杂的测绘环境，降低环境地质调查的难度，提高地质调查工作的效率和质量水平，具有推广应用的价值。
　　1 无人机低空航测技术原理分析
　　从当前低空航测实际来说，采用的无人机技术，主要是利用无人飞行器作为载体，应用CNSS导航技术和IMU定姿模块，结合使用高性能的数字相机设备，实现空中测量，获得地面的情况系列和信息。利用计算机软件，对获得的数据进行处理，生成测量数据。基于无人机航测系统，开展环境地质调查工作，能够提高工作效率，降低飞行成本。应用的无人机，主要组成包括GNSS定位和固定翼以及高分传感器等。技术应用优势如下：（1）地理信息数据更新速度很快。采用无人机技术，组织开展低空航测，对天气环境要求不高，相比传统测量方法制约因素很少，可以实现对各类数据的高效采集。（2）采用无人机低空航测技术，获得的测量结果分辨率很高。究其原因，使用多光谱传感器和高分数码相机等，实现对数据信息采集质量的把控。（3）成本交底。低空航测作业实践中借助GNSS定位，利用各类软件，对采集的影像自动化拼接，后期成本降低，保证了影像处理的效率。
　　2 无人机低空航测在环境地质调查中的应用实例
　　2.1 案例概述
　　以某环境地质调查项目为例，航测区域总面积大约为80km2，区域内海拔范围为850～1250m，主要为丘陵和低山。航测作业前，发生了山体塌方和滑坡。区域内存在着很多煤矿，极易引发地质灾害隐患，因此组织环境地质调查，意在明确塌陷区域内土地和房屋建筑等的破坏情况，掌握地面塌陷发育规律，提出相应的土地恢复治理模式以及整治对策。现结合具体实践，进行如下分析。
　　2.2 无人机低空航测
　　2.2.1 控制测量
　　开展航測作业前，在测区开展了E级GNSS控制测量。测量平面选择的是1980西安坐标系;高程选择的是1985国家高程基准，为下步测量作业的开展提供基准数据。设置的像控点，全部设置在单架次飞行区域的四角以及中心，为平高控制点。设置的像控点标志是边长1m以上的两个对顶点三角形，能够在航拍影像资料上清晰判读，在水泥和其他硬化地面上设置的像控点，使用白色油漆进行喷涂标;对于土质地面，使用白灰标记。像控点运用RTK方法实施测量，各个点都运用重新初始化仪器的方法，进行2次独立观测，选择平均值作为测量最终结果。经过计算全部像控点都可以达到要求，平面位置中误差的结果为±0.028，能够满足平面精度0.24m的要求;高程中误差的结果为±0.037m，达到了高程精度0.20m的基本要求。除此之外，选择具有代表性的地物标志，组织开展检查点测量作业，实现对内业数据处理精度的全面把握。
　　2.2.2 飞行方案
　　飞行方案内容如下：（1）航摄参数的设定。焦距设定为15mm定焦;低空测量比例尺设定为1：2000;飞行相对航高度设定为500mm;地面分辨率设定为20cm;旁向重叠度设定为80%;单架无人机飞行时间小于35min。（2）航测时间在9：00-15：00内选择，进而保证航摄的效果。航测作业前，需要对飞机以及搭载的相机进行检查，掌握电池电量和相关设备的基本情况，保证没有异常情况。采取弹射架逆风起飞的方法飞行，风力小于3级，同时起飞方向直线100m内没有大于12m的障碍物。（3）低空航测作业中，航线的方向要和风向保持垂直，区域内不存在相对高差大于400m障碍物，控制飞行速度控制为80km/h，相对于地面速度处于70～90km/h范围内，地面操控站和无人机间距不超过4km，同时保证操控站和无人机正常通讯。（4）飞机降落时选择的是机腹着陆方式，所以对建设的降落场地环境条件，有着很高的要求，要选择规格为50m×30m（长×宽）的平整软质地面。当飞机降落后，做好飞机情况的检查，传输数据信息，同时填写飞行记录表。（5）数据检查。经过检查明确，数据都可以达到标准，比如像片倾角平均不超过5°，因为重叠度比较高，没有相对漏洞以及绝对漏洞[1]。 　　2.3 航测数据的处理
　　从无人机航飞影像的处理实际来说，选用InphoUASMaster软件进行处理，执行流程如下：（1）数据准备。基于实际需求，准备检验报告和摄站坐标以及航线定义等。（2）建立工程。在执行中主要内容为相机定义、导入影响和控制点坐标、建立航线。（3）空三加密。按照标定控制点-自动匹配、点删除、调整匹配的流程，做好空三加密的把控。（4）DEM生成。按照定义输出参数、生成DSM/DEM流程，开展相应的作业。（5）DOM生成。按照引入DSM、设置参数、正射纠正的流程，进行相应的作业。（6）拼接匀光。按照添加影像、拼接镶嵌、匀光处理的流程，执行处理作业。空三数据处理后，高程中误差结果为0.093m、基本定向点平面中误差结果为0.126m，能够达到规范规定[2]。
　　3 无人机低空航测在环境地质调查中的应用总结
　　3.1 应用效果
　　从环境地质调查实践来说，无人机低空航测技术的应用，获得了以下效果：（1）采用无人机航测作业手段，采集的影像资料，包含着丰富的信息，实现了灾害体表面信息的全面覆盖，经过影像解译后，能够明确地质灾害体的孕灾环境以及承灾提，为灾害治理和避让以及观测等，提供有力的依据。（2）运用无人机低空航测手段，获得的航测结果具有高分辨率优势，能够实现对土地利用情况以及灾害体上各类工程设施的建设等高效判读，同时结合孕灾环境，能够综合评判利用以及建设的可行性以及合理性，对于地质灾害区域，比如滑坡等的不合理利用，采取纠正措施进行处理。（3）基于无人机低空航测技术，能够对缓动地质灾害，例如软性基质上的滑坡体变化，实施动态化监测，结合运用地质物探方法和地下水观测方法等，实现对地质灾害立体式的综合观测[3]。
　　3.2 应用策略
　　从无人机低空航测在环境地质调查中应用实际来说，若想发挥技术的作用，要做好全面的把控。在具体实践中采取以下策略：（1）制定完善的技术应用方案。按照环境地质调查的要求和目标，设计无人机低空航测作业方案，加大对航测结果质量的把控，为后续工作的开展提供相应的支持，保证工作的质量。（2）做好无人机低空航测作业环节的把控。在航测作业中严格按照作业的规范和要求，组织开展测量作业，保证环境地质调查结果的精准性和质量，保障各项工作的有效开展。（3）做好数据处理质量的把控。在无人机低空航测实践中，若想保证环境地质调查结果的真实性和有效性，要做好数据处理质量的把控，做好数据误差的严格把控，避免因为数据不准确或者其他问题的出现，影响着环境地质调查工作质量和效率。除此之外，要做好数据信息的合理利用。基于环境地质调查结果，组织开展各项工作，提高数据利用率[4]。
　　4 结束语
　　綜上所述，无人机低空航测在环境地质调查中应用，发挥着重要的作用。若想保证技术的合理应用，发挥无人机低空航测的积极作用，要做好全过程的把控。在具体实践中采取以下策略：定完善的技术应用方案;做好无人机低空航测作业环节的把控;做好数据处理质量的把控。
　　参考文献
　　[1]毛建华.低空轻型无人机航测技术在矿山地形测绘中的应用探究[J].世界有色金属，2018（21）：16+18.
　　[2]程文宇，冯潇.低空多旋翼无人机航测在风景园林规划设计前期现场观测中的应用[J].中国园林，2018，34（11）：97-101.
　　[3]刘万松，严玉奎，刘沉香，于晖，张广利，赵栋.低空轻型无人机航测技术在水泥矿山地形测绘中的应用[J].中国非金属矿工业导刊，2018（02）：53-54+56.
　　[4]赵培，王光彦，王之顺，郑亚运.消费型无人机在低空航测中的可行性应用研究[J].矿山测量，2018，46（03）：20-22.
　　收稿日期：2019-05-02
　　作者简介：黄勤（1985-），男，汉族，硕士学历，工程师，研究方向为地质灾害工程地质勘查信息处理系统设计与开发。
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