飞马D200无人机在华北某环境地调项目中的应用案例

一、环境地质调查简介

环境地质调查是通过对区域地质环境条件和由自然地质作用及人类活动引起的环境地质问题的调查研究，评价预测资源开发与国土整治的环境地质条件,论证重大区域性环境地质问题和有关地质灾害的地质环境背景,拟定地质环境保护对策，为区域经济与社会可持续发展、生态环境建设与地质环境保护提供科学依据。

环境地质调查的具体任务是:查明区域地质环境条件;调查主要环境地质问题和地质灾害的类型与特征、成因机制、分布规律及其危害;分析地质环境系统演变的基本规律,评价预测其对人类生存环境的影响;评价人类活动对地质环境的影响,预测其发展趋势;编制环境地质图系,开展环境地质区划:研究重大环境地质问题和有关灾害的地质环境背景,论证地质环境综合整治与保护对策。

无人机低空摄影测量系统是以无人机为飞行平台搭载传感器设备获取地面遥感信息的遥感测量方式。该技术与传统卫星遥感和大飞机航测相比，具有成本低廉、起降方便灵活、作业周期短、时效性强、影像分辨率高等优势，在小区域大比例尺地形图测绘、应急救灾、国土监测、获取高分辨率影象像图方面得到广泛应用。

本文以飞马D200无人机在华北某环境地调项目中的应用为例，探讨无人机航测外业航飞、影像数据处理、及成果应用，以期在今后此类工作中更好地发挥其作用，为环境地质调查工作提供一种可行的技术作为参考。

二、项目介绍

无人机航测区域总面积16平方公里，位于四川省绵阳市平武县区域内，平武县境内山地主要由近南北走向的岷山山脉、近东西走向的摩天岭山脉和近北东至南西走向的龙门山脉组成，海拔1000米以上的山地占幅员面积的94.33%。地势西北高、东南低，西北部为极高山、高山，向东南渐次过度为中山、低中山和低山。西北部最高处岷山主峰雪宝顶海拔5588米，东南部最低处涪江二郎峡椒园子河谷海拔600米，两地高差近5000米。

（一）工作流程

前期通过对平武县进行实地考察发下如下问题：

1. 项目区处于山区，平坦地区较少，无人机起飞场地选取难；

2. 周围山体较高，需要在山上寻找起飞点；

3. 山体上架空输电线较多，容易发生碰撞。

（二）航线规划

结合平武县具体地形特点，由于航测区域高低落差较大，因此在飞行过程中我们采用了变高飞行来确保建筑物的精度。航测范围飞行分为两个个测区，东侧区域飞行19个架次，西侧区域飞行11个架次，共计飞行30架次。

航线参数：

1. 航高：319m

2. 航向重叠度：75%；

3. 旁向重叠度：75%；

航线示意图

变高航线示意图

航飞设计技术参数表

三、现场飞行

基准站架设在任意点位上，通过网络连接用户单位的CORS站，采集基站准确坐标，飞机具备RTK/PPK融合差分作业模式，可获取高精度POS数据。

D200搭载D-OP300倾斜模块模块仿地形飞行，保持对地高度319米，采集数据。飞行完毕后，连接飞机，下载飞机记录数据、照片数据等，以备内业数据处理。

四、内业数据处理

该项目使用Smart3D软件进行数据处理，由于它具有无需人工干预地从简单连续影像中生成最逼真的真三维场景模型，具有高效、快捷、智能，Smart3D能接受各种硬件采集的各种原始数据，并通过模拟系统对该产品进行相应的数据处理，依靠其超高技术的建模功能为用户创建高质量的三维模型的特点，被广泛应用于无人机倾斜摄影测量三维建模。

4.1 数据整理

Pos数据如图3-5（坐标系：WGS-84）：

影像数据如图4-6：

4.2 空中三角测量

空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点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。因此，在空中三角测量之前需要将少量RTK所测得的控制点标记在影像上，即刺点，刺点完成之后即可进行空中三角测量，具体结果如图：

空三报告如下如图：

4.3 三维重构

三维重构，指的是通过摄像机获取场景物体的数据图像，并对此图像进行分析处理，再结合计算机视觉知识推导出现实环境中物体的三维信息。在Smart3D中具体的操作包括，区域分片，选择当前坐标系以及输出坐标系等操作，最后提交任务，计算机完成重构任务后的结果也就是我们所要获取的最终成果—项目区域三维模型，如图4-3，图4-4。

4.4 成果图展示

空三数据处理后，基本定向点平面中误差为0. 126 m、高程中误差为0 3 93 m ，均符合《低空数字航空摄影测量内业》规范规定。进行 DEM加工生产时注意使用特征数据、等高线、高程注记点数据等参与D EM 的生成，并 将 DEM套合到立体模型上，检查点位是否切准地面、另外检面状水域的格网高程是否符合水面高程特征规律。

利用无人机低空航测得到的影像数据、数字高程模型、数字线划形图、可为地址调查提供详细的地面解译信息，如：塌陷、陡坎、裂缝、地形变化、建筑物、地类植被等。除此之外还可以利用DEM制作剖面图进行坡度、坡向的数据分析。

无人机航测在环境地质调查中的应用可概括为三个方面：

1. 使用无人机航测获取的影像承载信息丰富、对灾害体表面信息完全覆盖，通过影像解译，可以迅速地调查清楚地质灾害体的孕灾环境和承灾体，为灾害应对方式（治理、避让、进一步观测）的选择提供依据。

2. 高分辨率的无人机航测成果可以对土地利用情况、灾害体上的工程设施建设等进行判读，结合受灾环境可以综合评判其利用与建设的可行性和合理性，对在滑坡、塌陷等地质灾害区域进行的如边坡开挖、道路、房屋建设等不合理的利用方式进行纠正。

3. 可以对缓动地质灾害，如软性基质上的滑坡体的后壁滑动、滑坡前沿鼓胀区表土跨塌、地下水突出、地表植被破坏等情况进行一定的监测。结合地质物探、地下水观测等手段，可实现在环境地质调查工作中对地质灾害体立体式的全面观测。

五、总结

开展环境地质调查工作需要大量的数字高程模型DEM、数字正摄影像图DOM、数字线划图DLG、等数字地理信息数据作为基础数据，采用传统的技术手段则周期长、成本高。而采用无人机低空航测系统则具有高机动性、高分辨率、高度集成和低成本的特点。可以很好的弥足传统测绘的不足。