一種基于小型無人機(jī)遙感輔助滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的工程勘察設(shè)計方法，具體的是一種基于小型無人機(jī)遙感輔助開展滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計是滑坡災(zāi)害防治工程中的重要內(nèi)容，一般是在滑坡災(zāi)害突發(fā)險情或部分災(zāi)情后，為避免災(zāi)害繼續(xù)發(fā)展、盡快消除災(zāi)害隱患而開展應(yīng)急治理工程的重要實(shí)施依據(jù)。因此，應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計在遵照常規(guī)的滑坡防治工程勘查設(shè)計相關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上，尤其要注重其時效性，即突出一個“快”字。同時，應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計通常需要一次性就達(dá)到施工圖設(shè)計階段的工作程度，以直接滿足治理工程施工要求，因此也要注重技術(shù)結(jié)論的準(zhǔn)確性，即突出一個“準(zhǔn)”字。而目前傳統(tǒng)應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計方法常存在以下弊端:
[0003]1、需開展應(yīng)急治理的滑坡常處于危險狀態(tài)，隨時有發(fā)生進(jìn)一步變形破壞的可能，因此對現(xiàn)場工程勘查人員的人身安全構(gòu)成極大威脅；同時，滑坡體上常存在先期破壞造成的諸如陡壁深壑等人類無法涉足的區(qū)域。這些客觀環(huán)境均嚴(yán)重制約了在滑坡體上開展以大比例尺地形圖測量和工程地質(zhì)測繪為代表的詳細(xì)現(xiàn)場工作時間和程度。
[0004]2、傳統(tǒng)的大比例尺地形圖現(xiàn)場測量工作效率較低，免棱鏡全站儀或GPS-RTK測量技術(shù)又常受到滑坡環(huán)境制約而無法實(shí)施，此外這些基于離散“點(diǎn)”式測量插值生成地形圖的整體成圖精度也不高。同時，單一的線劃地形圖無法直觀反映滑坡地表現(xiàn)狀的綜合特征(包括地形地貌、植被、構(gòu)筑物等)，嚴(yán)重影響了工程勘查效率，如無法滿足勘探剖面、勘探點(diǎn)的一次性準(zhǔn)確布設(shè)；同時也影響了工程勘查及設(shè)計的成果精度，如造成地質(zhì)測繪邊界、地質(zhì)特征點(diǎn)、設(shè)計方案布設(shè)等坐標(biāo)不準(zhǔn)確。
[0005]3、傳統(tǒng)的滑坡應(yīng)急治理勘查設(shè)計以線劃地形圖為基礎(chǔ)，開展后續(xù)工作并進(jìn)行成圖展示，直觀可視化效果差，也影響工作效率和精度。
[0006]因此，傳統(tǒng)的滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計方法難以實(shí)現(xiàn)又“快”又“準(zhǔn)”的實(shí)施目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對傳統(tǒng)滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計方法存在的弊端，本發(fā)明推出一種基于小型無人機(jī)遙感輔助滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計方法，其目的在于，利用小型無人機(jī)遙感系統(tǒng)，快速獲取并生成滑坡工程區(qū)的高精度大比例尺地形圖、高清正射影像圖(DigitalOrthophoto Map,DOM)以及三維模型等基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)，再基于高清正射影像等成果進(jìn)行可視化輔助工程地質(zhì)勘查，并快速編制可視化以及傳統(tǒng)的工程地質(zhì)平面圖件，最后以工程地質(zhì)平面圖件為基礎(chǔ)進(jìn)行可視化輔助治理工程設(shè)計，并編制可視化以及傳統(tǒng)的設(shè)計平面圖件。
[0008]本發(fā)明涉及的一種基于小型無人機(jī)遙感輔助滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計方法，技術(shù)步驟包括:S1:利用小型無人機(jī)遙感系統(tǒng)現(xiàn)場快速采集滑坡工程區(qū)的高清照片;S2:通過數(shù)字?jǐn)z影測量軟件處理生成滑坡工程區(qū)的正射遙感成果；S3:利用正射遙感成果數(shù)據(jù)制作大比例尺線劃地形圖；S4:基于正射影像及三維模型開展室內(nèi)可視化輔助工程地質(zhì)勘查；S5:根據(jù)實(shí)地工程地質(zhì)勘查成果編制可視化及傳統(tǒng)工程地質(zhì)平面圖件;S6:基于可視化工程地質(zhì)平面圖開展輔助治理工程設(shè)計；S7:編制可視化及傳統(tǒng)的滑坡應(yīng)急治理工程設(shè)計平面圖件。
[0009]所述步驟S1中適于單體滑坡高清照片采集的小型無人機(jī)遙感系統(tǒng)由多旋翼小型無人機(jī)、地面控制站以及終端監(jiān)視器構(gòu)成，小型無人機(jī)機(jī)體采用多旋翼機(jī)身，無人機(jī)配備飛行控制系統(tǒng)以及高精度GPS模塊，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)按照事先設(shè)定的航線進(jìn)行自主飛行，也可以按照事先設(shè)定的速度或距離自主拍照;無人機(jī)上掛載1800萬像素分辨率以上的普通數(shù)碼相機(jī)或單反相機(jī)，為減少拍照時的抖動加裝穩(wěn)定云臺；地面監(jiān)控站安裝飛行控制軟件，起飛前可進(jìn)行無人機(jī)各模塊的調(diào)試以及參數(shù)設(shè)置，還能夠進(jìn)行航線規(guī)劃設(shè)定，飛行過程中可以實(shí)時監(jiān)控?zé)o人機(jī)的飛行位置以及各類飛行參數(shù)。
[0010]所述步驟S1中針對滑坡工程區(qū)進(jìn)行航線規(guī)劃包括室內(nèi)和現(xiàn)場兩部分，室內(nèi)是在谷歌地球軟件上圈定滑坡工程區(qū)范圍，將該范圍導(dǎo)入到飛行控制軟件中的航線規(guī)劃模塊，自動生成初步航線規(guī)劃文件并保存;滑坡現(xiàn)場根據(jù)無人機(jī)系統(tǒng)自帶GPS獲得的實(shí)際位置對飛行范圍進(jìn)行校正，基于校正的飛行范圍規(guī)劃飛行航線，航線在平面上采用規(guī)則的由水平和垂直航線組成的網(wǎng)格模式，航線要保證影像的航向重疊率至少在75 %以上，旁向重疊率在60%以上，航線在高度上動態(tài)調(diào)整以適應(yīng)滑坡高程變化特征，在工程區(qū)坡腳附近位置設(shè)置起始航線，逐漸向上直到工程區(qū)坡頂附近位置設(shè)置結(jié)束航線，高程變化均在橫向航線結(jié)束、縱向航線開始位置一次性上升調(diào)整到位，高程調(diào)整應(yīng)根據(jù)滑坡具體的地形變化進(jìn)行設(shè)置，原則上始終保持無人機(jī)距離地表高度值相對固定為宜，但不強(qiáng)求該高度值必須完全一致，飛行高度必須保證地面采樣距離不小于5cm，有必要對自動規(guī)劃航線進(jìn)行仔細(xì)檢查，同時設(shè)置飛行速率以及相應(yīng)地相機(jī)拍攝速率等參數(shù)，確認(rèn)無誤后導(dǎo)入到小型無人機(jī)系統(tǒng)中的飛行控制系統(tǒng)。
[0011]所述步驟S1中滑坡現(xiàn)場標(biāo)識像控點(diǎn)要求均勻分布在整個工程區(qū)，一般3?5處，標(biāo)識明顯醒目，保證在無人機(jī)拍攝照片上清晰可辨;采用GPS靜態(tài)控制測量技術(shù)獲得所有像控點(diǎn)的毫米級高精度三維坐標(biāo)。
[0012]所述步驟S1中小型無人機(jī)采集的滑坡工程區(qū)照片應(yīng)保證清晰、覆蓋范圍完整、滿足重疊率要求。
[0013]所述S2中包括以下步驟:利用數(shù)字?jǐn)z影測量軟件，通過自動空三測量、區(qū)域網(wǎng)平差處理生成三維點(diǎn)云，將三維點(diǎn)云坐標(biāo)設(shè)置為所需的工程區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)，加入像控點(diǎn)，利用其三維坐標(biāo)對三維點(diǎn)云進(jìn)行校正及優(yōu)化處理，校正坐標(biāo)和提高精度，基于三維點(diǎn)云生成統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)字表面模型DSM、數(shù)字正射影像圖D0M以及三維模型。
[0014]所述步驟S3中首先必須去除DSM上非真實(shí)地形對象房屋、橋梁、植被等地表覆蓋物的高度信息，生成反映滑坡工程區(qū)真實(shí)地形的數(shù)字高程模型DEM，再利用地理信息系統(tǒng)GIS軟件處理DEM，生成符合滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計規(guī)范要求的大比例尺線劃地形圖件。
[0015]所述步驟S4中應(yīng)以GIS為平臺，以D0M高清影像為底圖，同時參考三維模型，開展包括典型地質(zhì)點(diǎn)及明顯工程地質(zhì)界線解譯預(yù)判、測繪路線設(shè)計等在內(nèi)的室內(nèi)輔助工程地質(zhì)測繪，以及進(jìn)行地質(zhì)勘探工程，包括勘探剖面、勘探點(diǎn)及試驗(yàn)選點(diǎn)等室內(nèi)一次性準(zhǔn)確布設(shè)輔助工作，并將輔助工程地質(zhì)勘查結(jié)果根據(jù)空間數(shù)據(jù)類型在GIS中分別建立圖層保存。
[0016]所述步驟S5中綜合實(shí)地工程地質(zhì)測繪、勘探工程、試驗(yàn)等相關(guān)空間數(shù)據(jù)，以GIS為平臺，基于D0M的可視化工程地質(zhì)平面圖的生成是以GIS為平臺，以D0M底圖，在其上繪制滑坡應(yīng)急治理工程地質(zhì)平面圖所要求的各類勘查專題圖層要素形成的，再將所有勘查專題圖層要素一次性導(dǎo)出轉(zhuǎn)換為CAD格式數(shù)據(jù)，并將其直接與利用正射遙感成果數(shù)據(jù)制作大比例尺線劃地形圖(S3)生成的大比例尺線劃地形圖進(jìn)行疊加和圖形整飾，生成傳統(tǒng)的基于CAD的工程地質(zhì)平面圖。
[0017]所述步驟S6中基于D0M工程地質(zhì)平面圖及三維模型，開展設(shè)計方案的可視化布設(shè)、準(zhǔn)確量算、評估比選輔助設(shè)計。
[0018]所述步驟S7中綜合治理工程設(shè)計成果，以GIS為平臺，以基于D0M的可視化工程地質(zhì)平面圖為底圖，在其上繪制設(shè)計平面圖所要求的各類專題圖層要素，繼而通過空間制圖等形成基于D0M的可視化治理工程平面布置圖；再將所有設(shè)計專題圖層要素一次性導(dǎo)出轉(zhuǎn)換為CAD格式數(shù)據(jù)，并將其直接與先前生成的基于CAD的工程地質(zhì)平面圖進(jìn)行疊加，通過圖形整飾，生成傳統(tǒng)的基于CAD的治理工程平面布置圖。
[0019]本發(fā)明有如下有益效果:
[0020]本發(fā)明能夠替代傳統(tǒng)地形測量，有效輔助工程地質(zhì)勘查及設(shè)計，同時增加成果表現(xiàn)方式，從而顯著降低現(xiàn)場工作時間、強(qiáng)度和風(fēng)險，顯著提高工作效率和成果精度，顯著提升工作過程及成果表達(dá)的直觀可視化效果，從而滿足又“快”又“準(zhǔn)”的滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計目標(biāo)。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]圖1為本發(fā)明所述的基于小型無人機(jī)遙感輔助滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計方法的流程圖；
[0023]圖2為本發(fā)明所涉及的小型無人機(jī)遙感系統(tǒng)；
[0024]圖3為本發(fā)明所涉及的小型無人機(jī)航線規(guī)劃平面示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明所涉及的小型無人機(jī)航線規(guī)劃垂向示意圖。
[0026]圖3中1為滑坡體邊界范圍，2為滑坡應(yīng)急治理工程勘查設(shè)計工程區(qū)范圍，3為規(guī)劃航線中的水平航線，4為規(guī)劃航線中的垂直航線，5為飛行過程中拍攝的單張照片范圍，6為照片的航向重疊部分，7為照片的旁向重疊部分；
[0027]圖4中1為滑坡體下部穩(wěn)定部分，2為滑坡體剖面，3為規(guī)劃垂直航線中的高程變化調(diào)整。
【具體實(shí)施方式】
[0028]結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本發(fā)明所述的一種基于小型無人機(jī)遙感輔助滑坡應(yīng)急