一种基于小型无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改进的工程勘察设计方法，具体的是一种基于小型无人机遥感辅助开展滑坡应急治理工程勘查设计方法。
【背景技术】
[0002]应急治理工程勘查设计是滑坡灾害防治工程中的重要内容，一般是在滑坡灾害突发险情或部分灾情后，为避免灾害继续发展、尽快消除灾害隐患而开展应急治理工程的重要实施依据。因此，应急治理工程勘查设计在遵照常规的滑坡防治工程勘查设计相关规范基础上，尤其要注重其时效性，即突出一个“快”字。同时，应急治理工程勘查设计通常需要一次性就达到施工图设计阶段的工作程度，以直接满足治理工程施工要求，因此也要注重技术结论的准确性，即突出一个“准”字。而目前传统应急治理工程勘查设计方法常存在以下弊端:
[0003]1、需开展应急治理的滑坡常处于危险状态，随时有发生进一步变形破坏的可能，因此对现场工程勘查人员的人身安全构成极大威胁；同时，滑坡体上常存在先期破坏造成的诸如陡壁深壑等人类无法涉足的区域。这些客观环境均严重制约了在滑坡体上开展以大比例尺地形图测量和工程地质测绘为代表的详细现场工作时间和程度。
[0004]2、传统的大比例尺地形图现场测量工作效率较低，免棱镜全站仪或GPS-RTK测量技术又常受到滑坡环境制约而无法实施，此外这些基于离散“点”式测量插值生成地形图的整体成图精度也不高。同时，单一的线划地形图无法直观反映滑坡地表现状的综合特征(包括地形地貌、植被、构筑物等)，严重影响了工程勘查效率，如无法满足勘探剖面、勘探点的一次性准确布设；同时也影响了工程勘查及设计的成果精度，如造成地质测绘边界、地质特征点、设计方案布设等坐标不准确。
[0005]3、传统的滑坡应急治理勘查设计以线划地形图为基础，开展后续工作并进行成图展示，直观可视化效果差，也影响工作效率和精度。
[0006]因此，传统的滑坡应急治理工程勘查设计方法难以实现又“快”又“准”的实施目标。
【发明内容】
[0007]针对传统滑坡应急治理工程勘查设计方法存在的弊端，本发明推出一种基于小型无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，其目的在于，利用小型无人机遥感系统，快速获取并生成滑坡工程区的高精度大比例尺地形图、高清正射影像图(DigitalOrthophoto Map,DOM)以及三维模型等基础底图数据，再基于高清正射影像等成果进行可视化辅助工程地质勘查，并快速编制可视化以及传统的工程地质平面图件，最后以工程地质平面图件为基础进行可视化辅助治理工程设计，并编制可视化以及传统的设计平面图件。
[0008]本发明涉及的一种基于小型无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法，技术步骤包括:S1:利用小型无人机遥感系统现场快速采集滑坡工程区的高清照片;S2:通过数字摄影测量软件处理生成滑坡工程区的正射遥感成果；S3:利用正射遥感成果数据制作大比例尺线划地形图；S4:基于正射影像及三维模型开展室内可视化辅助工程地质勘查；S5:根据实地工程地质勘查成果编制可视化及传统工程地质平面图件;S6:基于可视化工程地质平面图开展辅助治理工程设计；S7:编制可视化及传统的滑坡应急治理工程设计平面图件。
[0009]所述步骤S1中适于单体滑坡高清照片采集的小型无人机遥感系统由多旋翼小型无人机、地面控制站以及终端监视器构成，小型无人机机体采用多旋翼机身，无人机配备飞行控制系统以及高精度GPS模块，可以实现无人机按照事先设定的航线进行自主飞行，也可以按照事先设定的速度或距离自主拍照;无人机上挂载1800万像素分辨率以上的普通数码相机或单反相机，为减少拍照时的抖动加装稳定云台；地面监控站安装飞行控制软件，起飞前可进行无人机各模块的调试以及参数设置，还能够进行航线规划设定，飞行过程中可以实时监控无人机的飞行位置以及各类飞行参数。
[0010]所述步骤S1中针对滑坡工程区进行航线规划包括室内和现场两部分，室内是在谷歌地球软件上圈定滑坡工程区范围，将该范围导入到飞行控制软件中的航线规划模块，自动生成初步航线规划文件并保存;滑坡现场根据无人机系统自带GPS获得的实际位置对飞行范围进行校正，基于校正的飞行范围规划飞行航线，航线在平面上采用规则的由水平和垂直航线组成的网格模式，航线要保证影像的航向重叠率至少在75 %以上，旁向重叠率在60%以上，航线在高度上动态调整以适应滑坡高程变化特征，在工程区坡脚附近位置设置起始航线，逐渐向上直到工程区坡顶附近位置设置结束航线，高程变化均在横向航线结束、纵向航线开始位置一次性上升调整到位，高程调整应根据滑坡具体的地形变化进行设置，原则上始终保持无人机距离地表高度值相对固定为宜，但不强求该高度值必须完全一致，飞行高度必须保证地面采样距离不小于5cm，有必要对自动规划航线进行仔细检查，同时设置飞行速率以及相应地相机拍摄速率等参数，确认无误后导入到小型无人机系统中的飞行控制系统。
[0011]所述步骤S1中滑坡现场标识像控点要求均匀分布在整个工程区，一般3?5处，标识明显醒目，保证在无人机拍摄照片上清晰可辨;采用GPS静态控制测量技术获得所有像控点的毫米级高精度三维坐标。
[0012]所述步骤S1中小型无人机采集的滑坡工程区照片应保证清晰、覆盖范围完整、满足重叠率要求。
[0013]所述S2中包括以下步骤:利用数字摄影测量软件，通过自动空三测量、区域网平差处理生成三维点云，将三维点云坐标设置为所需的工程区坐标系统，加入像控点，利用其三维坐标对三维点云进行校正及优化处理，校正坐标和提高精度，基于三维点云生成统一坐标系统的数字表面模型DSM、数字正射影像图D0M以及三维模型。
[0014]所述步骤S3中首先必须去除DSM上非真实地形对象房屋、桥梁、植被等地表覆盖物的高度信息，生成反映滑坡工程区真实地形的数字高程模型DEM，再利用地理信息系统GIS软件处理DEM，生成符合滑坡应急治理工程勘查设计规范要求的大比例尺线划地形图件。
[0015]所述步骤S4中应以GIS为平台，以D0M高清影像为底图，同时参考三维模型，开展包括典型地质点及明显工程地质界线解译预判、测绘路线设计等在内的室内辅助工程地质测绘，以及进行地质勘探工程，包括勘探剖面、勘探点及试验选点等室内一次性准确布设辅助工作，并将辅助工程地质勘查结果根据空间数据类型在GIS中分别建立图层保存。
[0016]所述步骤S5中综合实地工程地质测绘、勘探工程、试验等相关空间数据，以GIS为平台，基于D0M的可视化工程地质平面图的生成是以GIS为平台，以D0M底图，在其上绘制滑坡应急治理工程地质平面图所要求的各类勘查专题图层要素形成的，再将所有勘查专题图层要素一次性导出转换为CAD格式数据，并将其直接与利用正射遥感成果数据制作大比例尺线划地形图(S3)生成的大比例尺线划地形图进行叠加和图形整饰，生成传统的基于CAD的工程地质平面图。
[0017]所述步骤S6中基于D0M工程地质平面图及三维模型，开展设计方案的可视化布设、准确量算、评估比选辅助设计。
[0018]所述步骤S7中综合治理工程设计成果，以GIS为平台，以基于D0M的可视化工程地质平面图为底图，在其上绘制设计平面图所要求的各类专题图层要素，继而通过空间制图等形成基于D0M的可视化治理工程平面布置图；再将所有设计专题图层要素一次性导出转换为CAD格式数据，并将其直接与先前生成的基于CAD的工程地质平面图进行叠加，通过图形整饰，生成传统的基于CAD的治理工程平面布置图。
[0019]本发明有如下有益效果:
[0020]本发明能够替代传统地形测量，有效辅助工程地质勘查及设计，同时增加成果表现方式，从而显著降低现场工作时间、强度和风险，显著提高工作效率和成果精度，显著提升工作过程及成果表达的直观可视化效果，从而满足又“快”又“准”的滑坡应急治理工程勘查设计目标。
【附图说明】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0022]图1为本发明所述的基于小型无人机遥感辅助滑坡应急治理工程勘查设计方法的流程图；
[0023]图2为本发明所涉及的小型无人机遥感系统；
[0024]图3为本发明所涉及的小型无人机航线规划平面示意图；
[0025]图4为本发明所涉及的小型无人机航线规划垂向示意图。
[0026]图3中1为滑坡体边界范围，2为滑坡应急治理工程勘查设计工程区范围，3为规划航线中的水平航线，4为规划航线中的垂直航线，5为飞行过程中拍摄的单张照片范围，6为照片的航向重叠部分，7为照片的旁向重叠部分；
[0027]图4中1为滑坡体下部稳定部分，2为滑坡体剖面，3为规划垂直航线中的高程变化调整。
【具体实施方式】
[0028]结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。如图1所示，本发明所述的一种基于小型无人机遥感辅助滑坡应急