任瑞國，閆小兵,陳永前

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西 太原 030025)

0 引言

1 無人機(jī)航測技術(shù)的概念及工作流程

無人機(jī)航測技術(shù)是指通過無人機(jī)與遙感技術(shù)相結(jié)合，搭載各類傳感器，利用先進(jìn)的無人駕駛飛行技術(shù)、遙控技術(shù)及數(shù)字?jǐn)z影測量等技術(shù)，便捷地獲取地面影像和遙感數(shù)據(jù)的測繪技術(shù)[2]，是傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補(bǔ)充，具有機(jī)動靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、費(fèi)用成本低、使用范圍廣等特點(diǎn)[3]，在野外地形復(fù)雜地區(qū)的高分辨率影像快速獲取方面有著明顯優(yōu)勢[4]。無人機(jī)航測系統(tǒng)主要包括無人機(jī)飛行器、攝影系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分。

結(jié)合無人機(jī)航測系統(tǒng)的組成、野外斷裂調(diào)查研究的需要，將無人機(jī)航測技術(shù)在斷裂調(diào)查中的工作流程分為前期準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、影像數(shù)據(jù)解譯4個部分[5-6](見表1)。

表1 無人機(jī)航測技術(shù)在斷裂調(diào)查中的工作流程Table 1 Work flow of UAV aerial survey technology in fracture investigation

2 無人機(jī)航測技術(shù)在臨汾浮山斷裂調(diào)查中的應(yīng)用

2.1 浮山斷裂無人機(jī)遙感野外資料獲取

浮山斷裂位于浮山縣城東南部，該區(qū)域地形復(fù)雜、交通不便。此次調(diào)查采用大疆Phantom 4 Pro四旋翼無人機(jī)搭載2 000萬像素數(shù)碼相機(jī)對浮山斷裂多個地貌點(diǎn)進(jìn)行航測數(shù)據(jù)采集。根據(jù)浮山斷裂的具體情況，共布置了4個地面控制點(diǎn)(見第28頁圖1)，拍攝航高設(shè)定在350 m，航向重疊率為50%～70%，旁向重疊率不低于25%，共獲取了浮山斷裂20個地貌點(diǎn)的數(shù)字影像，共3 483張有效航空照片。后期基于PhotoScan軟件對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行了對齊照片、生成密集點(diǎn)云、生成網(wǎng)格、生成紋理處理，生成數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字正射影像(DOM)，真實(shí)地反映了斷裂帶的地形地貌，航測數(shù)據(jù)如第28頁表2所示。

圖1 浮山斷裂位置及無人機(jī)遙感野外航測控制點(diǎn)Fig.1 Fushan fault location and UAV remote sensing field aerial survey control point

表2 浮山斷裂無人機(jī)航測數(shù)據(jù)表Table 2 UAV aerial survey data of Fushan fault

2.2 浮山斷裂無人機(jī)遙感資料室內(nèi)處理

通過PhotoScan軟件對4個控制點(diǎn)的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行對齊照片、生成密集點(diǎn)云、生成網(wǎng)格、生成紋理處理后，生成了數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字正射影像(DOM)(見圖2至第29頁圖5)。

圖2 第一控制點(diǎn)堡子上村DEM和正射影像Fig.2 DEM and orthophoto of baozishangcun, the first control point

圖3 第二控制點(diǎn)李家安DEM和正射影像Fig.3 DEM and orthophoto of Lijiaan, the second control point

圖4 第三控制點(diǎn)花雞垣DEM和正射影像Fig.4 DEM and orthophoto of huajiyuan, the third control point

根據(jù)獲取的DEM和正射影像數(shù)據(jù)結(jié)果，分別沿第29頁圖6至第30頁圖8、圖9所示位置進(jìn)行圖切高程剖面，剖面轉(zhuǎn)折部位可基本確定浮山斷裂的位置。

圖5 第四控制點(diǎn)車家莊村DEM和正射影像Fig.5 DEM and orthophoto of chejiazhuangcun, the fourth control point

2.3 斷裂位置野外驗(yàn)證

為驗(yàn)證無人機(jī)航測數(shù)據(jù)的實(shí)用性，分別選取第一控制點(diǎn)中的A點(diǎn)和第二控制點(diǎn)中的B點(diǎn)進(jìn)行野外驗(yàn)證，通過現(xiàn)場調(diào)查分別在推測位置找到對應(yīng)斷裂(見第30頁圖10、圖11)。

3 討論及結(jié)論

通過傳統(tǒng)的野外調(diào)查方法與無人機(jī)航測野外調(diào)查對比，顯示出無人機(jī)航測技術(shù)具有諸多優(yōu)勢。

圖6 第一控制點(diǎn)堡子上村圖切高程剖面及推測斷裂位置Fig.6 Cutting elevation profile and inferred fault location of baozishangcun, the first control point

圖7 第二控制點(diǎn)李家安村圖切高程剖面及推測斷裂位置Fig.7 Cutting elevation profile and inferred fault location of Lijiaan, the second control point

(1) 高效和安全性。一般的野外調(diào)查需要人工進(jìn)行，一塊1 000 m2的調(diào)查需要專業(yè)人員3～4天才能完成。同時，還需要進(jìn)入一些山區(qū)，部分山區(qū)路途行走艱難、溝壑縱橫，未知的生命危險隨時存在。無人機(jī)航測技術(shù)則有效避免了進(jìn)入山區(qū)的危險，并且同樣面積的野外調(diào)查僅需0.5天即可完成。

(2) 全面和直觀性。無人機(jī)航測系統(tǒng)可以生成高清的數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像，每一個點(diǎn)的高程、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)都被詳細(xì)記錄下來，利用ArcMap等軟件可以衍生出更多的數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)的野外調(diào)查獲取數(shù)據(jù)有限，且不能直觀地看到調(diào)查區(qū)的地形地貌。

總之，利用無人機(jī)航測技術(shù)結(jié)合野外重點(diǎn)地段核實(shí)的方法可以安全、快速地完成野外調(diào)查，得到的數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)、全面，能滿足野外調(diào)查的需要，是研究活動斷裂的最佳方法。

圖8 第三控制點(diǎn)花雞垣村圖切高程剖面及推測斷裂位置Fig.8 Cutting elevation profile and inferred fault location of huajiyuan, the third control point

圖9 第四控制點(diǎn)車家莊村圖切高程剖面及推測斷裂位置Fig.9 Cutting elevation profile and inferred fault location of chejiazhuangcun, the fourth control point

圖10 野外調(diào)查的第一控制點(diǎn)A點(diǎn)斷裂位置Fig.10 fracture location of point A of the first control point in field investigation

圖11 野外調(diào)查的第二控制點(diǎn)B點(diǎn)斷裂位置Fig.11 fracture location of point B of the second control point in field investigation