基于無人機低空遙感的地質災害詳查技術

中國地質災害點多面廣，滑坡、崩塌、泥石流等致災因素眾多，大多地處高位且被植被覆蓋。2022 年中國降水“南北多，中間少”，區域性、階段性旱澇災害明顯，根據預測，中國地質災害防治形勢依然嚴峻，且呈現出隱蔽性強、突發性高、破壞力大、災害鏈長等特點。地災詳查技術是能有效減少危害的手段之一，也是事前監測預警、精準防治的基礎。采用傳統的人工排查和群測群防方式效率低下，易危及調查人員人身安全，且不易早期發現問題和有效排查。通過遙感衛星影像進行調查，又受時間分辨率、天氣環境及成本等因素的制約。近些年發展起來的無人機低空遙感具有機動性強、自動化程度高、數據精度高、時效性高、可搭載多種類型傳感器等技術優勢，可有效降低人員實地調查的危險度，在復雜地形地貌中也可獲取到優秀的數據反饋，極大減輕人員工作量。為地質災害的提前排查與圈定提供科學依據，可在高位、隱蔽性地質災害早期識別工作中發揮重要作用。

無人機低空遙感技術介紹

近年來隨著傳感、遙感、飛控、云臺、計算式視覺、圖像傳輸等相關技術的快速進步與完善，無人機的發展與應用也進入了快車道。按照外形結構劃分，無人機主要包括固定翼、多旋翼、無人直升機3 大類，此外還有飛艇等。其中，多旋翼無人機由于結構簡單、成本低，且能垂直起降活動方便，因而在民用領域應用最為廣泛。

無人機遙感(UAV Remote Sensing，UAVRS)是利用先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通信技術、POS(Position and Orientation System)定位定姿技術、GPS 差分定位技術和遙感應用技術，具有自動化、智能化、專業化快速獲取國土、資源、環境、事件等空間遙感信息，并進行實時處理、建模和分析的先進新興航空遙感技術解決方案。無人機遙感系統(UAV Remote Sensing System，UAVRSS)是一種以UAV 為平臺，以各種成像與非成像傳感器為主要載荷，飛行高度一般在幾千米內，能夠獲取遙感影像、視頻、點云等多種類型數據的無人航空遙感測量系統。目前，成熟完備的民用UAVRSS 主要由飛行平臺系統、輕小型多功能對地觀測傳感系統、遙感空基交互控制系統、地面數據快速處理系統、數據傳輸鏈路、綜合保障系統與裝置、地面后勤人員等組成[1]。在實際應用中，可根據不同的任務需求，選擇合適的無人機平臺及搭載任務設備，如SAR(Synthetic Aperture Radar)以及其擴展技術設備、機載LiDAR(Light Detection and Ranging)、傾斜航拍、正射航拍等設備。

在地質災害詳查中的應用

地質災害主要包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降6 大類型。四川是全國地質災害最為嚴重的省份之一，截至2021 年底，四川省已排查發現崩塌、滑坡、泥石流等各類地質災害隱患點30 861 處，分布在全省21 個市(州)、176 個縣(市、區)，對123 萬余名群眾生命和近800 億元財產安全構成不同程度的威脅。搞清楚“隱患在哪里”是中國地質災害防治工作的核心問題之一，只有在有效識別的基礎上才能通過地表地物的異?，F象來實現精準預警，有效防治。

為保證人民生命和財產安全，相關單位必須定期開展地質災害調查工作。傳統地質災害調查方法大多采用工作人員地表踏勘巡查方式，基于點觀測進行致災地質因素排查工作，在廣域范圍內識別費時費力、效率低下、周期長、不能全區覆蓋，排查區域受地形影響，可能給巡邏人員帶來人身安全隱患等問題，使排查結果不能及時有效地指導人民安全生產和防災減災

隨著小型化、輕型化傳感器及遙感設備的研制，無人機遙感的數據獲取范圍越來越廣。依靠無人機遙感技術，通過變更無人機上搭載的任務設備，可獲取多時相、多光譜、多分辨率的不同類型遙感數據。如搭載高精度合成孔徑雷達干涉測量設備，可以發現正在“活動”的隱患，特別是一些微小緩慢、人不易察覺的地表變形;搭載高分光學遙感影像設備，可直觀反映地表覆蓋、地物類型等要素，揭示與隱患相關的地表特征，如裂縫、鼓丘、滑塌等現象;搭載激光雷達設備，可穿透植被，清晰看到斜坡結構、斷層裂縫等地表信息;對獲取到的相關數據進行分析，可以構建目標區域的三維模型。將不同種類的原數據進行聯合使用，可有助于識別災害體的位置、范圍、朝向、坡向等形態信息，從而為專業人員結合孕災規律和地質條件靶向核查提供充分的信息和依據，完成傳統航空遙感與衛星遙感無法完成的工作。

快速高效獲取高精度、高分辨率的影像，提高監測效率、監測范圍、監測能力，實現了對“人不易至”的隱蔽、高位遠程地質災害點的識別與監測。既能較好地應用于面域較廣的災后調查及災情評估，又能滿足各監管部門對災情的動態需求，為各級應急管理部門決策需求、災害現場作業等提供了及時、高效、精準的無人機救援力量保障和信息支撐。

應用無人機低空遙感在地災詳查方面的優勢

相比于常規環境下的遙感應用，地質災害環境下的遙感有更高的要求，基于某種特定災害的地學原理、形態特征來對災害體實施有效識別，而無法直接以色彩、紋理或色調等，對災害體進行明確的標注;還需要在一定程度上熟悉次生地質災害，只有這樣才能夠很好滿足災害防治的相關要求。相較于傳統航天遙感技術、航空遙感技術等，無人機低空遙感技術具備以下優勢：無人機航行高度為云層高度以下，規避了云層針對數據采集可能造成的干擾效果，從而使獲取遙感數據更加可靠易用，具有更加優秀的空間數據質量;無人機體積小，輕便易攜帶，且對起飛和降落場地要求低，具備在任何時間開展監測和及時傳輸的優勢;無人機可以針對興趣區域進行高頻次監測，補充了航空航天遙感技術只能周期性采集遙感數據的缺陷，可以實現動態監測。

相較于傳統人工排查和群測群防，利用無人機低空遙感技術可顯著減少人員工作量、擴大工作范圍、減少實地調查的危險性、降低工作成本。在災害預報、監測與評估中，災害勘查與救援人員往往受制于災區環境風險，導致一時無法安全抵近，而遙感無疑是一種快速部署、零傷亡的災情獲取技術手段。UAV 災害遙感監測作為遙感監測的一部分，很好地彌補了衛星遙感、航空遙感等對地觀測精度、時效和頻度上的不足，完善了對地觀測技術在災害中的應用。

現在擁有的眾多地質災害監測儀器，如裂縫報警器、滑坡伸縮儀、高精度GPS 等，在地災預警中具有重要價值和地位，可以實現無人值守長期自動監測報警。但專業監測儀器的高費用也限制了其大范圍推廣利用，而且由于地質災害的突發性與難以預知性、分布呈小規模、數量多等特點，導致儀器監測缺乏目的性。但無人機可根據需求搭載不同類型的探測儀，從而獲取不同類型的數據。獲得的成果地面分辨率高、數據質量好，具備垂直和傾斜成像的技術能力，可直觀清晰定位滑坡和裂縫，為地災防治提供依據。

此外，在地質災害詳查的各個階段，如提前調查評價、事前監測預警、事中應急指揮決策、事后災害評估中，均可使用無人機低空遙感技術參與數據獲取。

總之，傳統的衛星遙感和人工排查在復雜氣候條件和地形條件下難以發揮作用。而無人機因為具有較強的靈活性，并且對氣候條件有較強的適應性，所以在這方面有顯著應用優勢;再加上無人機可以無懼污染、輻射，所以在高風險地形條件下，同樣可以發揮應有的監測和評估功能。

應用無人機低空遙感在地災詳查方面的未來展望

各類實踐表明，通過應用無人機航拍測繪技術，可以有效滿足相關人員對于地質災害動態監測的需求，對于后續應對工作的開展與落實具有積極的意義。同時，對無人機搜集的相關數據進行分析，相關人員可以進一步建立災區三維模型，從而提升應對措施的科學性。以無人機作為遙感平臺獲取實時高分辨率各類所需數據，既能克服傳統依靠人工現場調查受制于惡劣氣象條件、危險環境、效率低等的影響，又能彌補衛星遙感因天氣和時間無法獲取感興趣區遙感信息的空缺，提供多角度、高分辨率的遙感成果，還能避免地面遙感工作范圍小、視野窄、工作量大等因素。在實際工作過程中，通過與其他技術相結合，構建“空-天-地”一體化的應急網絡。應用衛星遙感技術開展廣域普查，對普查出的可能疑似隱患點使用無人機低空遙感技術，開展更有針對性的局部詳查，專業人員根據局部詳查得到的數據反饋情況，再進行有重點的調查復核及地面勘察和監測，形成優勢互補，為地災詳查人員提供更加便捷、詳實與安全的數據來源。

利用無人機遙感技術可以多次拍攝不同角度不同層面的同一個地區，對這些拍攝照片進行數據分析就可以得知完整準確的現場現狀。在沒有發生地質災害的區域，使用無人機遙感技術，可及時監測危險情況，分析出不穩定的地殼運動，從而可以及時對該地區進行策略調整。如果實在無法避免災害的發生，也可以及時疏散人群，努力將災害的損失程度和傷害程度降到最低。

于此同時，無人機遙感技術還可以被應用于災后應急指揮決策及事后災害評估等方面?？梢詫σ寻l生災害的地區地質進行二次分析，分析土壤情況，排查受傷人員，并對一些不穩定、易發生次生災害的區域進行劃分，對下次災害進行預測，這些都對后續救援工作的有序開展提供了很大的幫助。

總之，無人機低空遙感技術在地質災害詳查的提前調查評價、事前監測預警、事中應急指揮決策、事后災害評估等多方面均可提供可靠的數據支持與協助。在全域綜合整治、隱患風險排查、綜合監測預警、避讓管控、應急處置及聯防聯控協同方面，都可以擁有不錯的表現與應用。