无人机低空遥感影像处理在汶川地震地质灾害信息快速勘测中的应用.doc

第 11 卷 第 2 期2012 年 6 月宁 夏 工 程 技 术Ningxia Engineering TechnologyVol11 NoJun 2012文章编号：16717244（2012）02013304无人机遥感技术在地质灾害调查中的应用吴振宇， 马彦山（宁夏遥感测绘勘查院，宁夏 银川 750021）摘 要：基于无人机的特点、性能，阐述了无人机在地质灾害调查中的作业步骤.以宁夏回族自治区彭阳县古城镇为研究区，证明了无人机在地质灾害调查中的可行性和优越性.通过介绍无人机在地质灾害调查中的应用特 点、意义和关键技术，展望了无人机在地质灾害调查中的应用前景.关键词：无人机遥感技术；地质灾害；解译中图分类号：X43；V19文献标志码：A近些年，随着遥感技术的飞速发展，无人机遥感技术这一新手段广泛运用于各种地质灾害调查和监 测.在国外，日本利用遥感图像编制了全国 150 000 地质灾害分布图；欧盟各国在大量有关滑坡、泥石流 遥感调查的基础上，对遥感技术方法进行了系统总 结，指出了识别不同规模、不同亮度或对比度的滑坡和泥石流所需的遥感图像的空间分辨率，并利用 GPS 测量及雷达数据监测地质灾害可能达到的程度1. 目前，我国遥感技术在地质灾害中的应用也有了较 大的发展，遥感解译在各个领域开始广泛应用.利用 无人机遥感平台是遥感技术在地质灾害监测应用中 的必然发展趋势.本次研究的目的是利用无人机航空摄影系统完 成研究区航拍任务，获取高分辨率航空影像.以航空影像为底图，利用 GIS 技术提取研究区相关地质灾害信息，结合外业实地调查，对宁夏回族自治区彭阳 县倪家沟地区地质灾害进行分析，从而推进无人机 遥感技术在地质灾害调查中的应用.研究内容及路线地质灾害作为一种特殊的不良地质现象，无 是在滑坡、崩塌、泥石流等灾害个体，还是由他们2合形成的灾害群体，遥感图像呈现的形态、色调影纹结构等均与周围背景存在一定的区别2.利用人机航空摄影系统对工作区获取高分辨率影像，立地质灾害遥感解译标志.通过 GIS 提取技术对究区的地质灾害进行遥感解译，并提取信息.通过 译遥感图像可以系统、全面地调查研究区域内已发生的地质灾害和地质灾害隐患点，查明其类型、模、发育特点、发展趋势以及危害性和影响因素，此基础上对后期地质灾害防治工作进行指导.2.1 无人机航空摄影本次研究利用 Quick eye（快眼）无人机系统 展航拍工作.该系统搭载高分辨 CCD 相机，可随随地获取急需的遥感影像；同时，可以实现飞行航 的规划与监控、信息数据的快速获取等功能，是一 具有高智能化程度、稳定可靠、具有较强作业能力 低空航摄平台（图 1）.2.2 航空影像处理本次研究采用航测处理软件 DPGrid 对航片 据进行处理，获取正射影像图，并采用专业遥感图 处理软件 Erdas Imagine 对研究区正射影像进行 接，应用 ArcGIS 软件将处理好的航拍影像进行整研究区概况彭阳县地处宁夏回族自治区南部，位于六盘山 东麓，属半湿润、半干旱气候，海拔 1 4001 900 m， 年平均气温 6.3 ，降雨量为 400500 mm.该研究区 地处黄土高原中部丘陵沟壑区，地貌类型复杂多样，属于典型的黄土丘陵沟壑区以及重水土流失区域. 研究区的第四纪黄土沉积较厚，不但地质结构疏松 而且水土流失严重，沟壑纵横，从而导致研究区滑 坡、崩塌等地质灾害现象频发.1输出2（图 2）.空中三角测量是在立体摄影测量中，根据少的野外控制点在室内进行控制点加密，求得加密收稿日期：20120123基金项目：宁夏地矿局科研基金资助项目（NDKY201106）作者简介：吴振宇（1968），男，工程师，主要从事测绘、无人机航飞、遥感技术应用研究.图 1 无人机航空摄影流程图图 3 地质灾害遥感解译流程图常在建立遥感解译标志时，主要从颜色、阴影、形状、大小、位置以及纹理几个方面来考虑.但是在进行解译判读时，尽可能将其他因素考虑在内，这样有利于 解译更加详细，以免产生漏判.总之，需对各种解译标志进行影像特征综合分析后确立解译标志.遥感影像解译是利用图像的影像特征和空间特 征与多种非遥感信息资料相组合，运用生物地学相关规律进行由此及彼、由表及里、去伪存真的综合分 析和逻辑推理的思维过程6.本次解译对研究区区域地质资料进行详细分析和野外实地踏勘，根据遥 感影像反映异常确定其初步解译标志.根据解译标志对地质灾害个体在遥感影像图上进行观察和分 析，在确定解译点后，建立解译卡片，最后进行野外复核.3.2研究区典型地质灾害解译图 2 航片内业处理流程图的高程和平面位置的测量方法.其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制 点3-4.本次研究中无人机的航片处理采用 DPGrid 软 件，该软件解析了运用光束法平差计算进行的空中三 角测量，此次研究区解析空中三角测量成果的精度 符合规范要求（表 1）.表 1 倪家沟研究区解析空中三角测量成果地质灾害个体在遥感影像图上所呈现的形态、色调等因素均与周边环境的遥感影像特征有一定的区别. 通过地质灾害个体在遥感影像图上的异常反 映，参照建立解译标志对研究区进行初步解译，对解 译出的灾害点详细排查，去伪存真，并结合外业复核 对灾害点作出详细解译（表 2）.3.2.1 滑坡 滑坡是黄土地区最为常见的地质现 象，通过遥感影像进行遥感地质灾害解译时，可解译出崩塌灾害个体的物理影像特征，如位置、规模等.其主要解译依据是根据遥感影像上滑坡表现出的形 态、色调、阴影、纹理.在对研究区内的黄土滑坡进行解译时发现，滑坡灾害具有一定的规律性，主要分布在 3060的斜坡上.从影像上可判读出滑坡体下滑 产生的滑坡壁形态特征主要呈圆弧形，而且灾害体 两侧常用冲沟发育,很容易确定其边界.滑坡壁在影 像上多表现出纹理、色调异常现象，包括陡坎、地形控制点中误差解析空中三角测量成果平面/m高程/m加密限差（1:2 000）平差结果2.51.372.00.922.3地质灾害遥感解译遥感解译是利用遥感影像结合研究区地形、地质 等相关资料，通过研究分析对地质灾害个体进行解译 的工作.本次解译采用的是宁夏遥感测绘勘查院无 人机航拍生成的正射影像图，通过室内人机互交式解译和野外验证等手段完成对研究区的地质灾害解译（图 3）.无人机高分辨率影像在地质灾害调3查中的研究方法数据准备空三加密立体模型建立核线影像生成、匹配预处理、匹配结果编辑DEM 生成DOM 生成成果检查、验收质灾害资料航片预处理地形图可解释航片项目区有关地分析资料 建立解译标志目视人机交互结合进行遥感图像初步解译外业复核详细解译修正初步解译成果综合分析研究、成果输出工作任务的确定航摄影像分 辨率的确定工作区相关地理资料收集现场踏勘航空摄影线的确定执行航飞数据检查下载、移交内业第 2 期吴振宇等：无人机遥感技术在地质灾害调查中的应用135表 2 研究区地质灾害解译标志说明表解译标志解译对象颜色阴影形状大小位置纹理淡绿色、绿色黑色、浅灰色 灰白色、浅灰色 浅灰色无有 无 无弧形、扁圆形、条状、带状 块状、月牙状 环状、月牙状大小不一长短不一 小小多发育于陡坡、河谷地段，两侧多冲沟梁顶两侧较多 河流、公路陡峭处 坡脚、梁顶附近斑状、粗糙带状、粗糙 粗糙 粗糙滑坡裂缝 崩塌 切破a 滑坡遥感影像图图 4b 滑坡体前侧方照片（镜像角度 307）滑坡遥感影像图及滑坡体前侧方照片a 裂缝遥感影像图b 裂缝照片（镜像角度 134）图 5 裂缝遥感影像图及裂缝照片3.2.2 裂缝 利用遥感影像解译裂缝，可以确定其位置、大小、稳定状况.裂缝的解译是通过形态、色 调、阴影、纹理等进行的，裂缝较小，目视解译困难较 大，配合地形图进行目视人机互交结合进行解译，阴 影和纹理是判读解译裂缝的主要因素.结合地形图解读裂缝多注意坡度较陡的梁顶两 侧，根据影像比例尺可算出裂缝的宽度和长度，裂缝已经产生且裂开判读时主要以阴影为主要判读对 象，若还没有裂开，主要判读依据是纹理.3.2.3 崩塌 遥感图像中，崩塌解译标志主要依据 崩塌形成的崩塌面的色调异常进行判读. 针对研究 区的解译，发现崩塌多分布在沟谷、河流、公路等陡 峭边坡地段.由于崩塌体面积一般较小，在进行遥感 解译时较为困难，通常在遥感图像上仅能辨识新发育的崩塌，多靠实地验证确定和发现.3.2.4 切破 在遥感影像图上，切破活动主要是窑 洞切破和道路切破.在遥感图上，色调、纹理是其最主要的解译标志，其中，严重影响人民生命安全的建窑切破，建窑破坏了坡体的稳定性，易造成崩塌 滑坡地质灾害.该研究区当地居民常在滑坡壁上 行建窑，在野外复核时，很多废弃窑洞都是建在老 坡壁上，此类活动易造成老滑坡体的再次滑动.结语无人机遥感技术是传统遥感手段的有利补充 具有明显优势，其高分辨率和高机动性是传统遥 技术所无法比拟的，因此，利用无人机遥感技术开 地质灾害调查是必要的，也是可行的.无人机遥感 术可以用于地质灾害调查、监测、预警、评估的全 程7.随着无人机遥感技术的进一步完善和科学技 的进步，各种小型传感器在无人机上应用，无人机 感技术将成为地质灾害调查及环境监测等遥感应 不可缺少的重要手段. 建立无人机高分辨率低空4a 崩塌遥感影像图b 崩塌照片(镜像角度 321）图 6 崩塌遥感影像图及崩塌照片a 切破遥感影像图b 切破照片（镜像角度 67）图 7 切破遥感影像图及切破照片感数据的快速处理系统以及灾情快速解译和定量分析技术, 可以提高无人机获取海量遥感数据的处理速 度,更进一步提高了无人机技术的实时性和应用性. 参考文献：1 谢慧芬. 遥感技术在地质灾害监测和治理中的应用J.测绘与空间地理信息，2011，34（3）：242-243.2 高姣姣，颜宇森，盛新蒲，等.无人机遥感在西气东输管道 地质灾害调查中的应用J. 水文地质工程地质, 2010，37（6）：126-129.3 马军.铁路航测生产的现状浅析J.山西建筑，2009,35（16）：359-361.方诗明，姬海莉. 航测内业空中三角测量技术的应用J. 铁道工程学报，2006（增刊）：101-106. 王燕波，罗伟，李名勇，等.基于高分辨率遥感影像的矿山 开发监测研究J. 热带地理，2011,31(4)：377-382. 杨桄，刘湘南.遥感影像解译的研究现状和发展趋势J. 国土资源遥感, 2004（, 60）2：7-10. 何磊，苗放，唐姝娅，等.无人机遥感图像及其三维可视化 在汶川地震救灾中的应用J. 物探化探计算技术, 2010,（32）2：206-210.4567Application of remote sensing technology of UAV in the investigationof the geological disasterWU Zhenyu， MA Yanshan（Ningxia Remote Sensing Surveying and Mapping Prospecting Institute, Yinchuan 750021，China）Abstract: Based on the characteristics and functions of the unmanned aerial vehicle, its operation process in the investigationof geological disasters is explained. In the meantime, taking Pengyang County, Ningxia as research area for example, the feasibility and superiority of the application of the UAV are prov