基于無人機的山體滑坡監測方法

　　【摘要】山體滑坡是自然災害中的一種，危害性極大，其發生與人為因素、地質作用以及長期降雨等均存在一定關系。山體滑坡的發生對于周邊農業、水利以及交通均具有較大威脅，因此，對其實施有效監測具有重要意義。論文對以往山體滑坡中的常用監測方法進行了分析，對山體滑坡的應急檢測系統進行了闡述，并提出了基于無人機的山體滑坡監測方法和有效策略，為強化無人機技術在山體滑坡監測中的應用效果提供參考。

　　【關鍵詞】無人機;山體滑坡;監測

　　1 引言

　　關于山體滑坡監測問題的研究長期以來一直深受關注，近年來已經出現了基于傳感器的山體滑坡監測方法。具體為將無線傳感器網絡所采集的數據傳輸到數據中心，數據中心若識別異常數據可聯動相關部分發布預警反饋。后期在相關技術的快速發展下，基于無人機的山體滑坡監測被提出。而下文中也將以此作為方向，提出基于無人機的山體滑坡監測方法。

　　2 山體滑坡常見監測方法

　　2.1大地精密測量方法

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

　　2.2近景攝影測量方法

　　近景攝影測量法的實現方式眾多。例如，應用常用相機或數碼相機照相，輸入計算機預先作像點的測量，后經由程序核算獲取到三維坐標，參考坐標對形變情況進行判斷[2]。同時也可應用專業量測相機對滑坡監測范圍進行拍攝，并構成立體象對，綜合坐標量測儀測定觀測點像坐標，后參考坐標法測定地面的變形情況。近景攝影測量在山體滑坡監測中應用的優勢主要為：觀測人員不必須要到現場進行觀測，觀測站點不需要絕對穩定性，僅需要選擇理想的取景便能夠完成監測任務。但是，此種監測方法也同樣容易受到天氣狀況的限制，同時位移監測的絕對精度較低[3]。

　　2.3 GPS方法

　　在過去的十余年間，GPS均是進行大地測量中的主要技術手段，被廣泛地應用到滑坡、地面沉降、地震等地質災害的監測中。與大地精密測量方法進行對比，選擇GPS技術實現山體滑坡監測的操作過程較為簡單，觀測點之間不用通視，同時也極大地降低了天氣狀況對監測工作的干擾，可進行24h作業

　　[4]。經由精準的破算，GPS監測水平位移與垂直位移的精準度能夠達到毫米級。在基線較短的條件下，GPS技術針對垂直位移形變問題的監測能夠實現幾何水準測量精準度。此種監測手段能夠完成三維大地測量，開展持續監測與測量作業的自動化，操作簡單，精準度較高，且投入成本較低。但此種監測手段所存在一定的局限性，在高山地或衛星信號被遮擋地區多路徑效應明顯，可在一定程度上影響到監測結果。

　　3 基于無人機的山體滑坡的應急監測系統

　　3.1系統組織結構

　　如圖1所示，監測系統的構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點與中繼節點。傳感節點與中繼節點以及匯聚節點架構起無線傳感網與互聯網的通信樞紐。匯聚節點傳輸上層信號分配管理整體節點工作，所發布出的監測任務經由中繼節點傳輸到傳感節點。

　　傳感模塊中，經由感知山體在垂直面內的垂直角采集山體中的傾斜角度數據。液位傳感器屬于工業生產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度。將兩種傳感器進行綜合應用，能夠采集到更為全面的信息。

　　在通信模塊中，由匯聚節點與無人機機群所構成，無人機飛行器所攜帶的移動通信設備能夠以多種方式與地面或空中設備進行通信，同時還能過實現數據運算以及存儲等。

　　在管理模塊中，控制中心借助于網絡服務器統一管理系統中各項工作。系統控制著向下層發布控制命令，對傳感模塊所獲取到的信息作劃分，協調無人機機群的分布，并匯總傳輸到的信息實現初步處理，篩選出干擾信息，后傳送到數據分析中，最終實現精準核算，判斷山體滑坡風險。

　　3.2系統的硬件架構

　　監測系統的傳感模塊與通信模塊等經由不同的硬件單元提供支持，在各單元協同工作中，完成系統監測任務。數據采集單元的主要職責是為傳感模塊提供相關服務，硬件由傳感器與數據轉換器所構成。數據傳輸單元主要職責在于向通信模塊提供服務進行相關數據的傳輸。數據處理單元所肩負的任務為管理模塊提供支持，屬于硬件架構核心，處理器是數據處理單元核算，可協調系統工作的開展。

　　4 基于無人機的山體滑坡監測方法

　　無人機機群協同工作為經由無人機平臺作為移動的臨時基站，組建起無人機協同通信網絡，同時輔助用無線傳感網完成無線信息傳輸。應用分布式控制方式，經由一個總控制無人機與多個分管無人機構成。母無人機的職責在于協調多個子無人機的移動與采集信息的位置，并對子無人機發布的數據做出初步的匯總以及存儲。子無人機參考母無人機所發布的命令到目標位置采集各項信息，將采集到的信息發送到母無人機[8]。子母無人機在區域中交互工作能夠實現無線網絡覆蓋區域的快速移動。無人機還能夠經由互動形式形成虛擬多天線陣列，構成無人機無線自治系統，其價值體現在能夠在一定程度上強化系統接收到數據的效率，為通信可靠性提供基礎保障。

　　5 結語

　　山體滑坡問題對于周圍居民與過往車輛以及基礎建設等均有著較大的危害，為此，必須要強化對山體滑坡問題的關注。受到各種自然與人為因素的影響，導致山體滑坡的出現較難進行控制。但是，可利用有效手段對山體滑坡的發生進行監測，降低其所造成的危害性。經由文章分析能夠發現的是，基于無人機的山體滑坡監測方法可經由母子無人機的相互合作，精準采集到滑坡相關信息，輔助控制中心人員進行判斷。

　　總結基于無人機的山體滑坡監測方法的應用優勢體現在，無人機的實時性較強，數據提取的有效性較高，同時還可對數據實現初期處理。同時，此種監測辦法的可控性較高，無人機的操作較為靈活，可協調整體監測區域無線通信范圍中的信號質量，實現高效的數據傳輸。另外，此種監測手段的時延性較低，能夠完成低空操作，成本投入不高，具有較高的經濟性價值。

　　參考文獻：

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