中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)多面廣，滑坡、崩塌、泥石流等致災(zāi)因素眾多，大多地處高位且被植被覆蓋。2022 年中國(guó)降水“南北多，中間少”，區(qū)域性、階段性旱澇災(zāi)害明顯，根據(jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治形勢(shì)依然嚴(yán)峻，且呈現(xiàn)出隱蔽性強(qiáng)、突發(fā)性高、破壞力大、災(zāi)害鏈長(zhǎng)等特點(diǎn)。地災(zāi)詳查技術(shù)是能有效減少危害的手段之一，也是事前監(jiān)測(cè)預(yù)警、精準(zhǔn)防治的基礎(chǔ)。采用傳統(tǒng)的人工排查和群測(cè)群防方式效率低下，易危及調(diào)查人員人身安全，且不易早期發(fā)現(xiàn)問題和有效排查。通過遙感衛(wèi)星影像進(jìn)行調(diào)查，又受時(shí)間分辨率、天氣環(huán)境及成本等因素的制約。近些年發(fā)展起來的無人機(jī)低空遙感具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)精度高、時(shí)效性高、可搭載多種類型傳感器等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可有效降低人員實(shí)地調(diào)查的危險(xiǎn)度，在復(fù)雜地形地貌中也可獲取到優(yōu)秀的數(shù)據(jù)反饋，極大減輕人員工作量。為地質(zhì)災(zāi)害的提前排查與圈定提供科學(xué)依據(jù)，可在高位、隱蔽性地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別工作中發(fā)揮重要作用。

無人機(jī)低空遙感技術(shù)介紹

近年來隨著傳感、遙感、飛控、云臺(tái)、計(jì)算式視覺、圖像傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)的快速進(jìn)步與完善，無人機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用也進(jìn)入了快車道。按照外形結(jié)構(gòu)劃分，無人機(jī)主要包括固定翼、多旋翼、無人直升機(jī)3 大類，此外還有飛艇等。其中，多旋翼無人機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，且能垂直起降活動(dòng)方便，因而在民用領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。

無人機(jī)遙感(UAV Remote Sensing，UAVRS)是利用先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、通信技術(shù)、POS(Position and Orientation System)定位定姿技術(shù)、GPS 差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，具有自動(dòng)化、智能化、專業(yè)化快速獲取國(guó)土、資源、環(huán)境、事件等空間遙感信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、建模和分析的先進(jìn)新興航空遙感技術(shù)解決方案。無人機(jī)遙感系統(tǒng)(UAV Remote Sensing System，UAVRSS)是一種以UAV 為平臺(tái)，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(nèi)，能夠獲取遙感影像、視頻、點(diǎn)云等多種類型數(shù)據(jù)的無人航空遙感測(cè)量系統(tǒng)。目前，成熟完備的民用UAVRSS 主要由飛行平臺(tái)系統(tǒng)、輕小型多功能對(duì)地觀測(cè)傳感系統(tǒng)、遙感空基交互控制系統(tǒng)、地面數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸鏈路、綜合保障系統(tǒng)與裝置、地面后勤人員等組成[1]。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)不同的任務(wù)需求，選擇合適的無人機(jī)平臺(tái)及搭載任務(wù)設(shè)備，如SAR(Synthetic Aperture Radar)以及其擴(kuò)展技術(shù)設(shè)備、機(jī)載LiDAR(Light Detection and Ranging)、傾斜航拍、正射航拍等設(shè)備。

在地質(zhì)災(zāi)害詳查中的應(yīng)用

地質(zhì)災(zāi)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(guó)地質(zhì)災(zāi)害最為嚴(yán)重的省份之一，截至2021 年底，四川省已排查發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流等各類地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)30 861 處，分布在全省21 個(gè)市(州)、176 個(gè)縣(市、區(qū))，對(duì)123 萬余名群眾生命和近800 億元財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成不同程度的威脅。搞清楚“隱患在哪里”是中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的核心問題之一，只有在有效識(shí)別的基礎(chǔ)上才能通過地表地物的異常現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)警，有效防治。

為保證人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，相關(guān)單位必須定期開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作。傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查方法大多采用工作人員地表踏勘巡查方式，基于點(diǎn)觀測(cè)進(jìn)行致災(zāi)地質(zhì)因素排查工作，在廣域范圍內(nèi)識(shí)別費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下、周期長(zhǎng)、不能全區(qū)覆蓋，排查區(qū)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(jié)果不能及時(shí)有效地指導(dǎo)人民安全生產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)

隨著小型化、輕型化傳感器及遙感設(shè)備的研制，無人機(jī)遙感的數(shù)據(jù)獲取范圍越來越廣。依靠無人機(jī)遙感技術(shù)，通過變更無人機(jī)上搭載的任務(wù)設(shè)備，可獲取多時(shí)相、多光譜、多分辨率的不同類型遙感數(shù)據(jù)。如搭載高精度合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量設(shè)備，可以發(fā)現(xiàn)正在“活動(dòng)”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(xué)遙感影像設(shè)備，可直觀反映地表覆蓋、地物類型等要素，揭示與隱患相關(guān)的地表特征，如裂縫、鼓丘、滑塌等現(xiàn)象;搭載激光雷達(dá)設(shè)備，可穿透植被，清晰看到斜坡結(jié)構(gòu)、斷層裂縫等地表信息;對(duì)獲取到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域的三維模型。將不同種類的原數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合使用，可有助于識(shí)別災(zāi)害體的位置、范圍、朝向、坡向等形態(tài)信息，從而為專業(yè)人員結(jié)合孕災(zāi)規(guī)律和地質(zhì)條件靶向核查提供充分的信息和依據(jù)，完成傳統(tǒng)航空遙感與衛(wèi)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(jiān)測(cè)效率、監(jiān)測(cè)范圍、監(jiān)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“人不易至”的隱蔽、高位遠(yuǎn)程地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的識(shí)別與監(jiān)測(cè)。既能較好地應(yīng)用于面域較廣的災(zāi)后調(diào)查及災(zāi)情評(píng)估，又能滿足各監(jiān)管部門對(duì)災(zāi)情的動(dòng)態(tài)需求，為各級(jí)應(yīng)急管理部門決策需求、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)等提供了及時(shí)、高效、精準(zhǔn)的無人機(jī)救援力量保障和信息支撐。

應(yīng)用無人機(jī)低空遙感在地災(zāi)詳查方面的優(yōu)勢(shì)

相比于常規(guī)環(huán)境下的遙感應(yīng)用，地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境下的遙感有更高的要求，基于某種特定災(zāi)害的地學(xué)原理、形態(tài)特征來對(duì)災(zāi)害體實(shí)施有效識(shí)別，而無法直接以色彩、紋理或色調(diào)等，對(duì)災(zāi)害體進(jìn)行明確的標(biāo)注;還需要在一定程度上熟悉次生地質(zhì)災(zāi)害，只有這樣才能夠很好滿足災(zāi)害防治的相關(guān)要求。相較于傳統(tǒng)航天遙感技術(shù)、航空遙感技術(shù)等，無人機(jī)低空遙感技術(shù)具備以下優(yōu)勢(shì)：無人機(jī)航行高度為云層高度以下，規(guī)避了云層針對(duì)數(shù)據(jù)采集可能造成的干擾效果，從而使獲取遙感數(shù)據(jù)更加可靠易用，具有更加優(yōu)秀的空間數(shù)據(jù)質(zhì)量;無人機(jī)體積小，輕便易攜帶，且對(duì)起飛和降落場(chǎng)地要求低，具備在任何時(shí)間開展監(jiān)測(cè)和及時(shí)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì);無人機(jī)可以針對(duì)興趣區(qū)域進(jìn)行高頻次監(jiān)測(cè)，補(bǔ)充了航空航天遙感技術(shù)只能周期性采集遙感數(shù)據(jù)的缺陷，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

相較于傳統(tǒng)人工排查和群測(cè)群防，利用無人機(jī)低空遙感技術(shù)可顯著減少人員工作量、擴(kuò)大工作范圍、減少實(shí)地調(diào)查的危險(xiǎn)性、降低工作成本。在災(zāi)害預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)與評(píng)估中，災(zāi)害勘查與救援人員往往受制于災(zāi)區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致一時(shí)無法安全抵近，而遙感無疑是一種快速部署、零傷亡的災(zāi)情獲取技術(shù)手段。UAV 災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)作為遙感監(jiān)測(cè)的一部分，很好地彌補(bǔ)了衛(wèi)星遙感、航空遙感等對(duì)地觀測(cè)精度、時(shí)效和頻度上的不足，完善了對(duì)地觀測(cè)技術(shù)在災(zāi)害中的應(yīng)用。

現(xiàn)在擁有的眾多地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)儀器，如裂縫報(bào)警器、滑坡伸縮儀、高精度GPS 等，在地災(zāi)預(yù)警中具有重要價(jià)值和地位，可以實(shí)現(xiàn)無人值守長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警。但專業(yè)監(jiān)測(cè)儀器的高費(fèi)用也限制了其大范圍推廣利用，而且由于地質(zhì)災(zāi)害的突發(fā)性與難以預(yù)知性、分布呈小規(guī)模、數(shù)量多等特點(diǎn)，導(dǎo)致儀器監(jiān)測(cè)缺乏目的性。但無人機(jī)可根據(jù)需求搭載不同類型的探測(cè)儀，從而獲取不同類型的數(shù)據(jù)。獲得的成果地面分辨率高、數(shù)據(jù)質(zhì)量好，具備垂直和傾斜成像的技術(shù)能力，可直觀清晰定位滑坡和裂縫，為地災(zāi)防治提供依據(jù)。

此外，在地質(zhì)災(zāi)害詳查的各個(gè)階段，如提前調(diào)查評(píng)價(jià)、事前監(jiān)測(cè)預(yù)警、事中應(yīng)急指揮決策、事后災(zāi)害評(píng)估中，均可使用無人機(jī)低空遙感技術(shù)參與數(shù)據(jù)獲取。

總之，傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感和人工排查在復(fù)雜氣候條件和地形條件下難以發(fā)揮作用。而無人機(jī)因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的靈活性，并且對(duì)氣候條件有較強(qiáng)的適應(yīng)性，所以在這方面有顯著應(yīng)用優(yōu)勢(shì);再加上無人機(jī)可以無懼污染、輻射，所以在高風(fēng)險(xiǎn)地形條件下，同樣可以發(fā)揮應(yīng)有的監(jiān)測(cè)和評(píng)估功能。

應(yīng)用無人機(jī)低空遙感在地災(zāi)詳查方面的未來展望

各類實(shí)踐表明，通過應(yīng)用無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)，可以有效滿足相關(guān)人員對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需求，對(duì)于后續(xù)應(yīng)對(duì)工作的開展與落實(shí)具有積極的意義。同時(shí)，對(duì)無人機(jī)搜集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相關(guān)人員可以進(jìn)一步建立災(zāi)區(qū)三維模型，從而提升應(yīng)對(duì)措施的科學(xué)性。以無人機(jī)作為遙感平臺(tái)獲取實(shí)時(shí)高分辨率各類所需數(shù)據(jù)，既能克服傳統(tǒng)依靠人工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查受制于惡劣氣象條件、危險(xiǎn)環(huán)境、效率低等的影響，又能彌補(bǔ)衛(wèi)星遙感因天氣和時(shí)間無法獲取感興趣區(qū)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(shí)際工作過程中，通過與其他技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建“空-天-地”一體化的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)開展廣域普查，對(duì)普查出的可能疑似隱患點(diǎn)使用無人機(jī)低空遙感技術(shù)，開展更有針對(duì)性的局部詳查，專業(yè)人員根據(jù)局部詳查得到的數(shù)據(jù)反饋情況，再進(jìn)行有重點(diǎn)的調(diào)查復(fù)核及地面勘察和監(jiān)測(cè)，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為地災(zāi)詳查人員提供更加便捷、詳實(shí)與安全的數(shù)據(jù)來源。

利用無人機(jī)遙感技術(shù)可以多次拍攝不同角度不同層面的同一個(gè)地區(qū)，對(duì)這些拍攝照片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析就可以得知完整準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀。在沒有發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域，使用無人機(jī)遙感技術(shù)，可及時(shí)監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)情況，分析出不穩(wěn)定的地殼運(yùn)動(dòng)，從而可以及時(shí)對(duì)該地區(qū)進(jìn)行策略調(diào)整。如果實(shí)在無法避免災(zāi)害的發(fā)生，也可以及時(shí)疏散人群，努力將災(zāi)害的損失程度和傷害程度降到最低。

于此同時(shí)，無人機(jī)遙感技術(shù)還可以被應(yīng)用于災(zāi)后應(yīng)急指揮決策及事后災(zāi)害評(píng)估等方面。可以對(duì)已發(fā)生災(zāi)害的地區(qū)地質(zhì)進(jìn)行二次分析，分析土壤情況，排查受傷人員，并對(duì)一些不穩(wěn)定、易發(fā)生次生災(zāi)害的區(qū)域進(jìn)行劃分，對(duì)下次災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)，這些都對(duì)后續(xù)救援工作的有序開展提供了很大的幫助。

總之，無人機(jī)低空遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害詳查的提前調(diào)查評(píng)價(jià)、事前監(jiān)測(cè)預(yù)警、事中應(yīng)急指揮決策、事后災(zāi)害評(píng)估等多方面均可提供可靠的數(shù)據(jù)支持與協(xié)助。在全域綜合整治、隱患風(fēng)險(xiǎn)排查、綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警、避讓管控、應(yīng)急處置及聯(lián)防聯(lián)控協(xié)同方面，都可以擁有不錯(cuò)的表現(xiàn)與應(yīng)用。