飛馬D200無人機(jī)在華北某環(huán)境地調(diào)項(xiàng)目中的應(yīng)用案例

一、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查簡(jiǎn)介

環(huán)境地質(zhì)調(diào)查是通過對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件和由自然地質(zhì)作用及人類活動(dòng)引起的環(huán)境地質(zhì)問題的調(diào)查研究，評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)資源開發(fā)與國(guó)土整治的環(huán)境地質(zhì)條件,論證重大區(qū)域性環(huán)境地質(zhì)問題和有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)環(huán)境背景,擬定地質(zhì)環(huán)境保護(hù)對(duì)策，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設(shè)與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的具體任務(wù)是:查明區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件;調(diào)查主要環(huán)境地質(zhì)問題和地質(zhì)災(zāi)害的類型與特征、成因機(jī)制、分布規(guī)律及其危害;分析地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)演變的基本規(guī)律,評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)其對(duì)人類生存環(huán)境的影響;評(píng)價(jià)人類活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響,預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì);編制環(huán)境地質(zhì)圖系,開展環(huán)境地質(zhì)區(qū)劃:研究重大環(huán)境地質(zhì)問題和有關(guān)災(zāi)害的地質(zhì)環(huán)境背景,論證地質(zhì)環(huán)境綜合整治與保護(hù)對(duì)策。

無人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)是以無人機(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。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)、獲取高分辨率影象像圖方面得到廣泛應(yīng)用。

本文以飛馬D200無人機(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)作為參考。

二、項(xiàng)目介紹

無人機(jī)航測(cè)區(qū)域總面積16平方公里，位于四川省綿陽市平武縣區(qū)域內(nèi)，平武縣境內(nèi)山地主要由近南北走向的岷山山脈、近東西走向的摩天嶺山脈和近北東至南西走向的龍門山脈組成，海拔1000米以上的山地占幅員面積的94.33%。地勢(shì)西北高、東南低，西北部為極高山、高山，向東南漸次過度為中山、低中山和低山。西北部最高處岷山主峰雪寶頂海拔5588米，東南部最低處涪江二郎峽椒園子河谷海拔600米，兩地高差近5000米。

（一）工作流程

前期通過對(duì)平武縣進(jìn)行實(shí)地考察發(fā)下如下問題：

1. 項(xiàng)目區(qū)處于山區(qū)，平坦地區(qū)較少，無人機(jī)起飛場(chǎng)地選取難；

2. 周圍山體較高，需要在山上尋找起飛點(diǎn)；

3. 山體上架空輸電線較多，容易發(fā)生碰撞。

（二）航線規(guī)劃

結(jié)合平武縣具體地形特點(diǎn)，由于航測(cè)區(qū)域高低落差較大，因此在飛行過程中我們采用了變高飛行來確保建筑物的精度。航測(cè)范圍飛行分為兩個(gè)個(gè)測(cè)區(qū)，東側(cè)區(qū)域飛行19個(gè)架次，西側(cè)區(qū)域飛行11個(gè)架次，共計(jì)飛行30架次。

航線參數(shù)：

1. 航高：319m

2. 航向重疊度：75%；

3. 旁向重疊度：75%；

航線示意圖

變高航線示意圖

航飛設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)表

三、現(xiàn)場(chǎng)飛行

基準(zhǔn)站架設(shè)在任意點(diǎn)位上，通過網(wǎng)絡(luò)連接用戶單位的CORS站，采集基站準(zhǔn)確坐標(biāo)，飛機(jī)具備RTK/PPK融合差分作業(yè)模式，可獲取高精度POS數(shù)據(jù)。

D200搭載D-OP300傾斜模塊模塊仿地形飛行，保持對(duì)地高度319米，采集數(shù)據(jù)。飛行完畢后，連接飛機(jī)，下載飛機(jī)記錄數(shù)據(jù)、照片數(shù)據(jù)等，以備內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。

四、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

該項(xiàng)目使用Smart3D軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由于它具有無需人工干預(yù)地從簡(jiǎn)單連續(xù)影像中生成最逼真的真三維場(chǎng)景模型，具有高效、快捷、智能，Smart3D能接受各種硬件采集的各種原始數(shù)據(jù)，并通過模擬系統(tǒng)對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，依靠其超高技術(shù)的建模功能為用戶創(chuàng)建高質(zhì)量的三維模型的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量三維建模。

4.1 數(shù)據(jù)整理

Pos數(shù)據(jù)如圖3-5（坐標(biāo)系：WGS-84）：

影像數(shù)據(jù)如圖4-6：

4.2 空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量是立體攝影測(cè)量中，根據(jù)少量的野外控制點(diǎn)，在室內(nèi)進(jìn)行控制點(diǎn)加密，求得加密點(diǎn)的高程和平面位置的測(cè)量方法。其主要目的是為缺少野外控制點(diǎn)的地區(qū)測(cè)圖提供絕對(duì)定向的控制點(diǎn)。因此，在空中三角測(cè)量之前需要將少量RTK所測(cè)得的控制點(diǎn)標(biāo)記在影像上，即刺點(diǎn)，刺點(diǎn)完成之后即可進(jìn)行空中三角測(cè)量，具體結(jié)果如圖：

空三報(bào)告如下如圖：

4.3 三維重構(gòu)

三維重構(gòu)，指的是通過攝像機(jī)獲取場(chǎng)景物體的數(shù)據(jù)圖像，并對(duì)此圖像進(jìn)行分析處理，再結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺知識(shí)推導(dǎo)出現(xiàn)實(shí)環(huán)境中物體的三維信息。在Smart3D中具體的操作包括，區(qū)域分片，選擇當(dāng)前坐標(biāo)系以及輸出坐標(biāo)系等操作，最后提交任務(wù)，計(jì)算機(jī)完成重構(gòu)任務(wù)后的結(jié)果也就是我們所要獲取的最終成果—項(xiàng)目區(qū)域三維模型，如圖4-3，圖4-4。

4.4 成果圖展示

空三數(shù)據(jù)處理后，基本定向點(diǎn)平面中誤差為0. 126 m、高程中誤差為0 3 93 m ，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D EM 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、另外檢面狀水域的格網(wǎng)高程是否符合水面高程特征規(guī)律。

利用無人機(jī)低空航測(cè)得到的影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型、數(shù)字線劃形圖、可為地址調(diào)查提供詳細(xì)的地面解譯信息，如：塌陷、陡坎、裂縫、地形變化、建筑物、地類植被等。除此之外還可以利用DEM制作剖面圖進(jìn)行坡度、坡向的數(shù)據(jù)分析。

無人機(jī)航測(cè)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用可概括為三個(gè)方面：

1. 使用無人機(jī)航測(cè)獲取的影像承載信息豐富、對(duì)災(zāi)害體表面信息完全覆蓋，通過影像解譯，可以迅速地調(diào)查清楚地質(zhì)災(zāi)害體的孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體，為災(zāi)害應(yīng)對(duì)方式（治理、避讓、進(jìn)一步觀測(cè)）的選擇提供依據(jù)。

2. 高分辨率的無人機(jī)航測(cè)成果可以對(duì)土地利用情況、災(zāi)害體上的工程設(shè)施建設(shè)等進(jìn)行判讀，結(jié)合受災(zāi)環(huán)境可以綜合評(píng)判其利用與建設(shè)的可行性和合理性，對(duì)在滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域進(jìn)行的如邊坡開挖、道路、房屋建設(shè)等不合理的利用方式進(jìn)行糾正。

3. 可以對(duì)緩動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害，如軟性基質(zhì)上的滑坡體的后壁滑動(dòng)、滑坡前沿鼓脹區(qū)表土跨塌、地下水突出、地表植被破壞等情況進(jìn)行一定的監(jiān)測(cè)。結(jié)合地質(zhì)物探、地下水觀測(cè)等手段，可實(shí)現(xiàn)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作中對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體立體式的全面觀測(cè)。

五、總結(jié)

開展環(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)字正攝影像圖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)的技術(shù)手段則周期長(zhǎng)、成本高。而采用無人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)則具有高機(jī)動(dòng)性、高分辨率、高度集成和低成本的特點(diǎn)。可以很好的彌足傳統(tǒng)測(cè)繪的不足。