無人機技術在地質災害調查工作中的應用分析

魏慧

深圳地質建設工程公司 廣東 深圳 518023

無人機（Unmanned Aerial Vehicle/Drones）即無人駕駛飛機，無人機技術則是指無人機系統、無人機工程及無人機相關的應用技術。目前無人機大致分為軍用級、民用級兩類，出于經濟、社會等方面的考慮，無人機也開始應用于其他社會工作中，包括地質災害調查在內。地質災害的特點在于發生具有突發性，破壞性強，有可能導致人員傷亡和較大的經濟損失，其預防、控制、救援工作則依賴必要的調查管理，以數據信息為支撐組織防控，這為無人機技術的運用提供了空間[1]。就無人機技術在地質災害調查工作中的應用優勢、方法等進行分析，具有一定的現實意義。

1 地質災害與其調查工作的基本要求

1.1 地質災害概述

地質災害（Geological disasters）是指在自然、人為因素或二者共同作用下形成的、對人類生命財產造成損失的地質作用或地質現象，地質災害也同步威脅自然環境，在時間和空間上的分布具有一定規律，既受制于自然環境，又與人類活動有關，因其破壞性高，往往被各地作為管理重點之一。2021、2022年，我國各地因各類地質災害帶來的直接經濟損失，分別達到2477、1303億元。一些嚴重的地質災害可能造成人員死亡、受傷，如泥石流、山體滑坡等，部分嚴重的地質災害可能導致多人死亡，值得警惕和關注[2]。

1.2 實時性

地質災害調查工作的基本要求為實時性，即所有調查工作應獲取實時性較高的信息，尤其是基于救援需要進行的調查。以山體滑坡為例，在該類災害發生后，如果存在人員被埋問題或隱患，為最大限度保證救援效率，需要通過調查了解周邊環境情況，分析可行的救援思路、方案，信息的實時性越高，救援工作的質量和效率越有保障[3]。

1.3 全面性

全面性，是指地質災害調查工作應強調信息收集廣泛、仔細，以深入有效的提供與災害有關的各類信息，包括災害的規模、發生地點、周邊環境、是否存在二次災害隱患或其他災害隱患等。全面性較高的調查，可以為救援工作提供足夠豐富客觀的信息，也能為災害預防提供必要輔助，是地質災害調查工作的基本要求之一[4]。

1.4 準確性

準確性，是指地質災害調查工作應提供準確信息，尤其是一些影響救援工作和預防工作的關鍵信息，應充分保證精細準確，作為后續工作的依據。如預防性的地質災害調查，針對調查區域、目標組織信息收集時，需要充分了解目標特點。如針對火山活躍程度組織的調查，可用于服務火山噴發預防性管理，在調查過程中應充分收集火山口附近溫度信息、地下巖漿的流動信息、附近地殼活動信息等，做好火山噴發風險分析，以最大限度做好預防管理，減少、避免經濟損失和人員傷亡[5]。

1.5 預防性

預防性是地質災害調查的基本要求，是指通過地質災害調查了解災害的發生風險，做好分析評估，在其發生前擬定合理、科學的應對方法，控制地質災害阻止其發生，或降低其破壞性。如在山體附近施工時，面臨山體滑坡風險，應通過地質災害調查了解巖體風蝕破壞情況、水位信息、植被信息、降水信息等，以上述信息為基礎，分析山體滑坡的發生風險，預先通過邊坡支護等方式加以控制，以減少地質災害發生率，削減其破壞力。

2 無人機技術在地質災害調查工作中的應用優勢

2.1 適用性理想

地質災害調查工作中，無人機技術的應用優勢之一在于適用性理想。大部分無人機滿足遠程管理的要求，可以在多種氣候條件、地質條件下完成信息采集作業，這使其能夠服務復雜地形和天氣條件下的地質災害調查。如針對山區進行的山洪風險、山體滑坡風險調查，即便山區條件復雜、人員難以進入，也可以利用無人機通過高空飛行完成信息采集，再由人員在遠程端組織信息加工和篩選、形成航拍模型或圖像，用于分析山洪風險、山體滑坡風險發生率，并針對性予以預防和控制。

2.2 使用靈活性高

無人機技術的應用靈活性高，可以滿足各類地質災害調查工作需要。地質災害的類別多樣，包括地殼活動災害、斜破巖土體運動災害、地面變形災害、礦山與地下工程災害等。這些災害的調查、預防各有不同，無人機可以滿足大部分工作需要，靈活性較理想。如針對火山噴發等地殼活動災害組織的調查，要求無人機在高空飛行的情況下收集信息，而地面塌陷、地面沉降等調查，需要無人機低空采集信息，性能理想的無人機保證了信息采集的效率和質量，能夠充分服務地質災害調查。

2.3 工作能力較強

一些現代化的高端無人機，具有較強的工作能力，可以完成復雜工作任務，也能完成一些應急處理工作。如在礦山與地下工程災害調查工作中，無人機即可完成常規的數據采集工作，也能應急處理一些特殊情況，以某救援用無人機為例，其擁有應急滅火的能力，工作參數如下：

表1 某救援無人機的工作參數

該無人機可在10min內撲滅面積100m3以下火災，當出現瓦斯爆炸等礦山與地下工程有關地質災害時，應急救援能力較強，能夠在完成信息調查收集的同時參與應急救援工作。

3 無人機技術在地質災害調查工作中的應用方式

3.1 工作系統搭建

無人機技術在地質災害調查工作中的應用已經比較廣泛，其工作的基礎在于搭建完整的作業系統，該系統的建設框架通常比較明確，以若干核心結構構成，拓撲結構見圖1。

圖1 地質災害調查中無人機作業系統基本架構

該架構下，無人機作業系統主要分為四個部分，即執行部分、通信部分、數據庫以及遠程管理端。執行部分即參與地質災害調查的無人機，可以包括N個執行端，所有無人機均實時分析各類地質災害有關信息，再通過實時傳輸的方式將其提供給衛星作業系統，衛星作業系統、無線通信信道以及接收陣元等共同溝通架構中的通信部分，負責信息的處理和傳遞。遠程管理端包括地面站以及站內的工作人員，來自衛星的信息通過通信線路提供給地面站，地面站再根據有關信息進行分析和建模。模型可用于分析地質災害調查結果、作為災害救援和預防工作的參考。數據庫負責收集、存儲無人機提供的各類信息，以滿足后續信息復用的要求。整個系統以無人機收集的信息為中心，通過清晰的邏輯框架完成作業。

3.2 現場作業環節控制

結合圖1所示模式，可知系統工作的關鍵在于無人機是否能夠有效完成現場信息收集，該工作的重點在于工作人員是否為無人機設定了合理的工作程序、參數，以及無人機是否滿足工作條件要求。原則上各地應直接采買性能較優越的無人機用于地質災害調查，其工作程序則應強調以智能化模式為中心，利用內置軟件完成現場工作的自適應調整。以障礙規避為例，無人機可通過內置的感知設備實時對周邊環境進行感知，通過聲波定位的方式，了解前進方向上障礙物與自身的距離，根據回波強度調整飛行的參數、方向，實現障礙規避。同樣，其對溫度、風速等一般參數的感知也采用此模式，以智能化系統完成信息的采集和分析，根據分析結果確定下一階段的工作內容。

3.3 信息采集和處理

信息采集和處理是無人機作業的核心環節，在地質災害調查過程中，無人機對各類信息的采集和處理也以智能化模式為中心，強調根據調查工作需要，設定若干工作程序，針對調查需求收集關鍵信息。以航拍模式為例，在地質災害發生后、救援工作開始前，需要通過無人機對災害現場情況進行分析，無人機起飛后的高度參考一般包括三類：

一是低空飛行，高度在50m到200m之間，二是中高層飛行，高度在200m到2000m之間，三是高空飛行，飛行高度在2000m以上，少數無人機也可進行超高空飛行，但一般不能妥善用于現場信息收集。

在高度2000m以下的飛行模式下，無人機利用內置航拍設備，快速進行地面各處信息的實時采集，攝像頭的清晰度應達到480p以上，以保證圖像清晰。通?？煞胖?個以上采集設備，以統一的管理系統組織設備方向管理，保證信息采集全面精細。采集完成的信息，直接通過發射器提供衛星，再由衛星反饋給地面，以規避復雜地形對直接通信的影響。少數無人機可以利用內置設備完成建模，大部分無人機只負責信息采集，再由地面站進行模型建設和分析。

3.4 數據復用與分析

完成建模后，由地面站工作人員根據模型信息，進行地質災害分析，了解災害的破壞情況，分析災害的發生可能，據此確定救援方案和災害預防計劃。如上文所述的山體滑坡救援，可以根據無人機提供的數據，確定目標地帶的基本情況，包括滑坡范圍、具體發生地點、受災情況、是否有人員受困等等。相關信息被收集并用于建模后，管理者可以根據建模結果確定救援方案，選取尚未破壞的道路進行人員、物資調運，組織藥品食品的輸配，并提醒救援人員注意二次滑坡風險預防。無人機收集的信息除用于災害直接處理、救援外，還可以生成數字化資源，錄入信息庫，用于后續本地滑坡問題的預防性管理，進一步提升本地地質災害調查工作的綜合效應。

4 無人機技術在地質災害調查工作中的應用展望

4.1 智能化

未來無人機技術在地質災害調查工作中的應用將更趨智能化，主要強調提升無人機現場作業能力，尤其是災害的臨時處理、救援。如上文所述礦山與地下工程災害，鼓底、巖爆、瓦斯爆炸等災害均有可能導致人員傷亡和經濟損失。利用無人機進行調查。發現瓦斯爆炸隱患后，應由內置設備針對此問題發出警報，提示現場工作人員及時進行處理，或快速車里工作區域，再由安全管理人員進行瓦斯爆炸隱患的排除，以最大限度提升地質災害調查工作的延伸效益，發揮無人機技術的優勢。

4.2 綜合化

綜合化，是指地質災害調查中綜合使用多種技術，使無人機的作用能夠得到進一步發揮。如無人機技術與遙感技術的聯用，可在無人機內搭建遙感接受設備，在組織地面部分的地質災害預防調查時，同步利用遙感技術收集地面區域的其他信息，包括水文信息、地形地貌、地勢差等等，這些信息即可服務地質災害有關的分析管理，也可以用于分析本地自然條件、建立自然地理有關資料圖，實現地質災害調查和其他工作的一體化開展，提升無人機工作的綜合效果。

4.3 區域一體化

無人機技術在地質災害調查工作中的應用價值突出，且適用性廣泛，這為其在區域內的一體化應用提供了空間。未來各地在組織地質災害調查時，可以統一作業標準，在本地范圍內使用統一的設備和工作參數，使無人機產生的各類數據可以在生成后快速在本地范圍內共享，也能根據此前收集的數據，一體化完成區域內地質災害調查圖、資源庫，服務上一級管理部門地質災害管理活動，減少下一級部門反復進行信息采集的麻煩。

5 結論

綜上所述，無人機技術在地質災害調查工作中的應用價值突出，應在未來工作中予以更多重視。地質災害調查工作要求特點，要求做到實時、全面、準確，且保證一定的災害預防能力。無人機在此工作中的優勢在于適用性高、使用靈活，且工作能力較強，可服務綜合管理。具體工作中，主要強調為無人機搭建工作系統，做好現場作業環節控制、信息采集處理，最后還應組織數據復用，保證地質災害調查成果。未來無人機在該工作中將更趨智能化、綜合化，以進一步發揮技術優勢，提升地質災害調查、管理能力和質量。