基于無人機(jī)的山體滑坡監(jiān)測方法

　　【摘要】山體滑坡是自然災(zāi)害中的一種，危害性極大，其發(fā)生與人為因素、地質(zhì)作用以及長期降雨等均存在一定關(guān)系。山體滑坡的發(fā)生對于周邊農(nóng)業(yè)、水利以及交通均具有較大威脅，因此，對其實(shí)施有效監(jiān)測具有重要意義。論文對以往山體滑坡中的常用監(jiān)測方法進(jìn)行了分析，對山體滑坡的應(yīng)急檢測系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，并提出了基于無人機(jī)的山體滑坡監(jiān)測方法和有效策略，為強(qiáng)化無人機(jī)技術(shù)在山體滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用效果提供參考。

　　【關(guān)鍵詞】無人機(jī);山體滑坡;監(jiān)測

　　1 引言

　　關(guān)于山體滑坡監(jiān)測問題的研究長期以來一直深受關(guān)注，近年來已經(jīng)出現(xiàn)了基于傳感器的山體滑坡監(jiān)測方法。具體為將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心若識別異常數(shù)據(jù)可聯(lián)動相關(guān)部分發(fā)布預(yù)警反饋。后期在相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展下，基于無人機(jī)的山體滑坡監(jiān)測被提出。而下文中也將以此作為方向，提出基于無人機(jī)的山體滑坡監(jiān)測方法。

　　2 山體滑坡常見監(jiān)測方法

　　2.1大地精密測量方法

　　以往對于山體滑坡的監(jiān)測主要采用大地精密測量法。此種辦法具體為應(yīng)用精密水準(zhǔn)儀借助于幾何水測量獲取到垂直位移量[1]。同時(shí)，應(yīng)用精密全站儀經(jīng)由交會法與導(dǎo)線法等獲取到水平位移量。經(jīng)由以上辦法的應(yīng)用能夠掌握滑坡體的三維位移量、位移趨勢、地表形變范圍。基于此種監(jiān)測辦法的便捷性以及監(jiān)測結(jié)果的精準(zhǔn)度優(yōu)勢，廣泛受到了滑坡工程監(jiān)測人員的認(rèn)可。但是，此種監(jiān)測辦法也具有一定缺陷，例如，在作業(yè)進(jìn)行中比較容易受到地形通視條件與天氣狀況的限制，促使監(jiān)測周期被延長，持續(xù)觀測能力較差。

　　2.2近景攝影測量方法

　　近景攝影測量法的實(shí)現(xiàn)方式眾多。例如，應(yīng)用常用相機(jī)或數(shù)碼相機(jī)照相，輸入計(jì)算機(jī)預(yù)先作像點(diǎn)的測量，后經(jīng)由程序核算獲取到三維坐標(biāo)，參考坐標(biāo)對形變情況進(jìn)行判斷[2]。同時(shí)也可應(yīng)用專業(yè)量測相機(jī)對滑坡監(jiān)測范圍進(jìn)行拍攝，并構(gòu)成立體象對，綜合坐標(biāo)量測儀測定觀測點(diǎn)像坐標(biāo)，后參考坐標(biāo)法測定地面的變形情況。近景攝影測量在山體滑坡監(jiān)測中應(yīng)用的優(yōu)勢主要為：觀測人員不必須要到現(xiàn)場進(jìn)行觀測，觀測站點(diǎn)不需要絕對穩(wěn)定性，僅需要選擇理想的取景便能夠完成監(jiān)測任務(wù)。但是，此種監(jiān)測方法也同樣容易受到天氣狀況的限制，同時(shí)位移監(jiān)測的絕對精度較低[3]。

　　2.3 GPS方法

　　在過去的十余年間，GPS均是進(jìn)行大地測量中的主要技術(shù)手段，被廣泛地應(yīng)用到滑坡、地面沉降、地震等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測中。與大地精密測量方法進(jìn)行對比，選擇GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)山體滑坡監(jiān)測的操作過程較為簡單，觀測點(diǎn)之間不用通視，同時(shí)也極大地降低了天氣狀況對監(jiān)測工作的干擾，可進(jìn)行24h作業(yè)

　　[4]。經(jīng)由精準(zhǔn)的破算，GPS監(jiān)測水平位移與垂直位移的精準(zhǔn)度能夠達(dá)到毫米級。在基線較短的條件下，GPS技術(shù)針對垂直位移形變問題的監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)幾何水準(zhǔn)測量精準(zhǔn)度。此種監(jiān)測手段能夠完成三維大地測量，開展持續(xù)監(jiān)測與測量作業(yè)的自動化，操作簡單，精準(zhǔn)度較高，且投入成本較低。但此種監(jiān)測手段所存在一定的局限性，在高山地或衛(wèi)星信號被遮擋地區(qū)多路徑效應(yīng)明顯，可在一定程度上影響到監(jiān)測結(jié)果。

　　3 基于無人機(jī)的山體滑坡的應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)

　　3.1系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)

　　如圖1所示，監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成部分包括傳感模塊、通信模塊、管理模塊，其中，傳感模塊又涵蓋著傳感節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)。傳感節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)以及匯聚節(jié)點(diǎn)架構(gòu)起無線傳感網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的通信樞紐。匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸上層信號分配管理整體節(jié)點(diǎn)工作，所發(fā)布出的監(jiān)測任務(wù)經(jīng)由中繼節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絺鞲泄?jié)點(diǎn)。

　　傳感模塊中，經(jīng)由感知山體在垂直面內(nèi)的垂直角采集山體中的傾斜角度數(shù)據(jù)。液位傳感器屬于工業(yè)生產(chǎn)中常用的壓力傳感器，其作用在于感知測量山體中地下水與強(qiáng)度。將兩種傳感器進(jìn)行綜合應(yīng)用，能夠采集到更為全面的信息。

　　在通信模塊中，由匯聚節(jié)點(diǎn)與無人機(jī)機(jī)群所構(gòu)成，無人機(jī)飛行器所攜帶的移動通信設(shè)備能夠以多種方式與地面或空中設(shè)備進(jìn)行通信，同時(shí)還能過實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算以及存儲等。

　　在管理模塊中，控制中心借助于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器統(tǒng)一管理系統(tǒng)中各項(xiàng)工作。系統(tǒng)控制著向下層發(fā)布控制命令，對傳感模塊所獲取到的信息作劃分，協(xié)調(diào)無人機(jī)機(jī)群的分布，并匯總傳輸?shù)降男畔?shí)現(xiàn)初步處理，篩選出干擾信息，后傳送到數(shù)據(jù)分析中，最終實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)核算，判斷山體滑坡風(fēng)險(xiǎn)。

　　3.2系統(tǒng)的硬件架構(gòu)

　　監(jiān)測系統(tǒng)的傳感模塊與通信模塊等經(jīng)由不同的硬件單元提供支持，在各單元協(xié)同工作中，完成系統(tǒng)監(jiān)測任務(wù)。數(shù)據(jù)采集單元的主要職責(zé)是為傳感模塊提供相關(guān)服務(wù)，硬件由傳感器與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器所構(gòu)成。數(shù)據(jù)傳輸單元主要職責(zé)在于向通信模塊提供服務(wù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)處理單元所肩負(fù)的任務(wù)為管理模塊提供支持，屬于硬件架構(gòu)核心，處理器是數(shù)據(jù)處理單元核算，可協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的開展。

　　4 基于無人機(jī)的山體滑坡監(jiān)測方法

　　無人機(jī)機(jī)群協(xié)同工作為經(jīng)由無人機(jī)平臺作為移動的臨時(shí)基站，組建起無人機(jī)協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)輔助用無線傳感網(wǎng)完成無線信息傳輸。應(yīng)用分布式控制方式，經(jīng)由一個(gè)總控制無人機(jī)與多個(gè)分管無人機(jī)構(gòu)成。母無人機(jī)的職責(zé)在于協(xié)調(diào)多個(gè)子無人機(jī)的移動與采集信息的位置，并對子無人機(jī)發(fā)布的數(shù)據(jù)做出初步的匯總以及存儲。子無人機(jī)參考母無人機(jī)所發(fā)布的命令到目標(biāo)位置采集各項(xiàng)信息，將采集到的信息發(fā)送到母無人機(jī)[8]。子母無人機(jī)在區(qū)域中交互工作能夠?qū)崿F(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的快速移動。無人機(jī)還能夠經(jīng)由互動形式形成虛擬多天線陣列，構(gòu)成無人機(jī)無線自治系統(tǒng)，其價(jià)值體現(xiàn)在能夠在一定程度上強(qiáng)化系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)的效率，為通信可靠性提供基礎(chǔ)保障。

　　5 結(jié)語

　　山體滑坡問題對于周圍居民與過往車輛以及基礎(chǔ)建設(shè)等均有著較大的危害，為此，必須要強(qiáng)化對山體滑坡問題的關(guān)注。受到各種自然與人為因素的影響，導(dǎo)致山體滑坡的出現(xiàn)較難進(jìn)行控制。但是，可利用有效手段對山體滑坡的發(fā)生進(jìn)行監(jiān)測，降低其所造成的危害性。經(jīng)由文章分析能夠發(fā)現(xiàn)的是，基于無人機(jī)的山體滑坡監(jiān)測方法可經(jīng)由母子無人機(jī)的相互合作，精準(zhǔn)采集到滑坡相關(guān)信息，輔助控制中心人員進(jìn)行判斷。

　　總結(jié)基于無人機(jī)的山體滑坡監(jiān)測方法的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在，無人機(jī)的實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，數(shù)據(jù)提取的有效性較高，同時(shí)還可對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)初期處理。同時(shí)，此種監(jiān)測辦法的可控性較高，無人機(jī)的操作較為靈活，可協(xié)調(diào)整體監(jiān)測區(qū)域無線通信范圍中的信號質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。另外，此種監(jiān)測手段的時(shí)延性較低，能夠完成低空操作，成本投入不高，具有較高的經(jīng)濟(jì)性價(jià)值。

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