無(wú)人機(jī)低空航測(cè)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的運(yùn)用范文

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《礦山測(cè)量》2017年第5期

摘要:在某環(huán)境地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目中使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空航測(cè)，獲取數(shù)字高程模型DEM和數(shù)字正射影像DOM數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上解譯地質(zhì)災(zāi)害信息，經(jīng)實(shí)地檢查，航測(cè)數(shù)據(jù)平面及高程數(shù)據(jù)精度可靠，解譯準(zhǔn)確率高，該技術(shù)方法可在此類工作中推廣。

關(guān)鍵詞:環(huán)境地質(zhì)調(diào)查;無(wú)人機(jī);數(shù)字正射影像;數(shù)字高程模型

本世紀(jì)初以來(lái)，受人類活動(dòng)以及全球化的影響，世界各地地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)頻繁，其發(fā)生的規(guī)模、數(shù)量和分布均呈上升趨勢(shì)［1］。隨著煤礦、鐵礦等各類礦山開(kāi)采規(guī)模不斷加大，地面沉陷、塌方、滑坡等地災(zāi)現(xiàn)象發(fā)生頻率變快，給當(dāng)?shù)厝嗣裾Ｉ顜?lái)很大不便，阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也給政府管理部門(mén)帶來(lái)很大困擾。為了研究地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征、發(fā)生原因、并進(jìn)行危險(xiǎn)評(píng)估，最終加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警和防治，則需要對(duì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域進(jìn)行認(rèn)真、深入的環(huán)境地質(zhì)調(diào)查研究。過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)一直是工作人員親赴現(xiàn)場(chǎng)采用常規(guī)技術(shù)手段進(jìn)行調(diào)查勘測(cè)，但面對(duì)著廣闊的調(diào)查區(qū)域和復(fù)雜的環(huán)境地質(zhì)，需要投入足夠數(shù)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(dá)的區(qū)域，無(wú)法取得調(diào)查數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)是以無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái)搭載傳感器設(shè)備獲取地面遙感信息的遙感測(cè)量方式［2］。該技術(shù)與傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感和大飛機(jī)航測(cè)相比，具有成本低廉、起降方便靈活、作業(yè)周期短、時(shí)效性強(qiáng)、影像分辨率高等優(yōu)勢(shì)，在小區(qū)域大比例尺地形圖測(cè)繪、應(yīng)急救災(zāi)、國(guó)土監(jiān)測(cè)、獲取高分辨率正射影像圖方面得到廣泛應(yīng)用［3］。本文以天寶UX5無(wú)人機(jī)在華北某環(huán)境地調(diào)項(xiàng)目中的應(yīng)用為例，探討無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)航飛、影像數(shù)據(jù)處理、及成果應(yīng)用，以期在今后此類工作中更好地發(fā)揮其作用，為環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作提供一種可行的技術(shù)方法和實(shí)踐參考。

1天寶UX5無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)

美國(guó)天寶UX5無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)包括:配有電子控制裝置的無(wú)人飛機(jī)、POS系統(tǒng)、彈射架、TrimbleTablet地面控制器、無(wú)線通訊器、Sony高清數(shù)碼相機(jī)、天寶InphoUASMasters數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量處理軟件等。可得到測(cè)區(qū)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(jié)合DSM和DOM可得到真實(shí)的三維場(chǎng)景圖、利用生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以快速獲取不同方向不同深度的斷面圖，精度可達(dá)厘米級(jí)。POS系統(tǒng)(PositionOrientationSystem)是高精度定位定向系統(tǒng)，采用動(dòng)態(tài)差分GPS技術(shù)和慣性測(cè)量裝置IMU，可直接在航測(cè)飛行中測(cè)定傳感器的位置和姿態(tài)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)據(jù)處理后獲得6個(gè)外方位元素的高精度值。

2無(wú)人機(jī)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

2．1工作區(qū)概況

無(wú)人機(jī)航測(cè)工作區(qū)總面積80km2，位于山西省境內(nèi)太行山區(qū)中段，區(qū)內(nèi)海拔850～1250m之間，地貌以丘陵和低山為主。在開(kāi)始航測(cè)工作前遭遇了暴雨侵襲，山體塌方、滑坡較多。區(qū)內(nèi)煤礦眾多，存在較多地質(zhì)災(zāi)害隱患，在該區(qū)域進(jìn)行環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的目的就是為了查清塌陷區(qū)土地、房屋建筑、基礎(chǔ)設(shè)施等破壞情況，研究分析采礦地面塌陷發(fā)育規(guī)律，總結(jié)土地恢復(fù)治理模式及綜合整治對(duì)策。為此需要進(jìn)行無(wú)人機(jī)航測(cè)工作，以取得滿足要求的DEM(數(shù)字高程模型)和DOM(數(shù)字正射影像)，并在DOM上對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體進(jìn)行解譯，獲取地質(zhì)災(zāi)害的空間屬性數(shù)據(jù)。

2．2無(wú)人機(jī)低空航測(cè)

航測(cè)前首先在測(cè)區(qū)進(jìn)行了E級(jí)GNSS控制測(cè)量，平面采用1980西安坐標(biāo)系、高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，目的是為下一步像控點(diǎn)測(cè)量提供基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。像控點(diǎn)均布設(shè)在單架次飛行區(qū)域的四角和中心，均為平高控制點(diǎn)。像控點(diǎn)標(biāo)志為邊長(zhǎng)1m以上的兩個(gè)對(duì)頂點(diǎn)三角形，可在航拍照片上清晰判讀，在水泥等硬化地面布設(shè)的像控點(diǎn)標(biāo)志采用白色油漆噴涂，在土質(zhì)地面使用白灰制作。

2．3航測(cè)數(shù)據(jù)處理

無(wú)人機(jī)航飛影像處理采用InphoUASMaster軟件完成。空三數(shù)據(jù)處理后，基本定向點(diǎn)平面中誤差為0.126m、高程中誤差為0．093m，均符合《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)》規(guī)范規(guī)定。進(jìn)行DEM加工生產(chǎn)時(shí)注意使用特征數(shù)據(jù)、等高線、高程注記點(diǎn)數(shù)據(jù)等參與DEM的生成，并將DEM套合到立體模型上，檢查點(diǎn)位是否切準(zhǔn)地面、另外檢查面狀水域的格網(wǎng)高程是否符合水面高程特征規(guī)律。不同圖幅DEM接邊不少于2排同名格網(wǎng)點(diǎn)，并檢查有無(wú)漏洞，確保無(wú)縫拼接。當(dāng)同名格網(wǎng)點(diǎn)高程差小于2倍高程中誤差時(shí)，取平均值作為同名格網(wǎng)點(diǎn)最終高程。經(jīng)空三加密提取連接點(diǎn)進(jìn)行匹配后的像片疊加DEM，UASMaster軟件對(duì)其進(jìn)行正射糾正后生成數(shù)字正射影像DOM并進(jìn)行檢查，對(duì)高架橋、立交橋、大壩等引起的影像拉伸和扭曲應(yīng)進(jìn)行了相應(yīng)處理。利用實(shí)測(cè)的檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)DOM平面精度進(jìn)行檢核，其平面位置中誤差為±0．12m，滿足地物點(diǎn)平面位置中誤差不大于1．2m的規(guī)范要求［6］。對(duì)生成的相鄰單幅DOM需進(jìn)行拼接鑲嵌，鑲嵌時(shí)避開(kāi)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(wú)明顯拼接痕跡，過(guò)渡自然，紋理清晰。最后對(duì)鑲嵌影像進(jìn)行色彩、亮度和對(duì)比度的調(diào)整，通過(guò)勻色處理縮小影像間的色調(diào)差異，使色調(diào)均勻、反差適中、層次分明，保持地物色彩不失真。

3結(jié)論

開(kāi)展環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作需要大量的數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字正射影像圖DOM、數(shù)字線劃圖DLG等數(shù)字地理信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)技術(shù)手段則周期長(zhǎng)、成本高［7］，而無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)具有“三高一低”的特點(diǎn)，即高機(jī)動(dòng)性、高分辨率、高度集成和低成本［8］，可以很好地彌補(bǔ)前者不足，本文實(shí)例已成功對(duì)其進(jìn)行印證，因此建議在今后的環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作中大力推廣無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)。

參考文獻(xiàn):

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作者：王玉龍；王建忠；李錦 單位：河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊(duì)