近几年来，随着我国土建、矿业、水利等工程的蓬勃发展，形成了各种规模的道路边坡、矿山边坡、大坝坝肩边坡、水库库岸边坡，经常出现落石、滑坡等地质灾害，并且边坡出现多处断裂带，严重威胁着人们的生活、生产和生命安全^[1]。基于以上情况，迫切需要对存在病害的边坡开展及时而有效的地质灾害巡查。但各种高危边坡分布广，地形险峻且缺少防护，传统人工巡查方法工作量大且条件艰险，存在上坡难、隐患多、雨后不易发现险情的问题，特别在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜间巡查时，信息反馈不及时、成本高、距离远、困难大。

目前，国内道路边坡特别是高危边坡都是采用人工巡查方法，通过现场逐一检查、拍照，纸质记录病害。人工巡检工作效率低，巡查结果易受巡查人员主观因素及复杂地形影响，存在较多巡查遗漏，难以全面覆盖和形成长时间序列的完整数据资料^[2]。广东省高速公路边坡达2 000多座，人工巡检也难以满足边坡定检要求。

无人机技术巡查可以连续检出锚头漏水等各类病害，并根据地形地貌与病害之间的关系进行辅助分析，以更广的视角数字化边坡的各项信息，解译出多种病害类型并标记位置，与历史病害进行对比分析，深入挖掘病害分布及演化规律。无人机巡检技术提高了工作效率，适用于各种人工巡检不能到达的区域。但无人机存在的拍摄死角和不能直观感受病害危害性，人机协同巡检弥补了各自缺陷，快速实现线路边坡病害信息的采集和处理。

为提高高危边坡地质灾害巡查效率，保障高危边坡周边人们的生命和财产安全，本文基于具体工程实例阐述了采用无人机巡查技术配合人工检查进行高危边坡病害巡查及监控，并取得了显著成效。

1 无人机巡查技术 1.1 六旋翼无人机及巡查技术

无人机航拍信息采集系统包含无人机遥感平台、飞行控制系统和地面控制系统^[3]。无人机遥感平台利用6旋翼无人机，可携带可见光相机、热红外相机、近红外相机、多光谱相机等设备，结合惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)和全球定位系统(global positioning system，GPS)导航技术，对高危边坡病害进行高精度多源数据360°全面巡查。该无人机由上下共轴放置的3组共6个电机提供升力，通过改变旋翼转速来调整姿态实现位置控制，具有定点悬停检测、弱光环境视觉、抗电磁干扰等功能，克服了人工巡查因距离太远、观测视角太小和面积记录空白区较大的难题(图 1)。6旋翼相对于4旋翼无人机，即使某个旋翼出现阻碍也能正常工作，更加合适在恶劣的环境下工作。

无人机飞行控制系统针对定位导航开展高危边坡航线线路规划、全自动数据采集、自动记录照相机姿态仪数据和POS数据，同时无线传输图像信息至数据库或地面监控系统中。地面监控系统包括全向天线、监控软件、供电系统及计算机等，实现了在飞行中接收采集信息^[4]。

1.2 无人机信息处理

6旋翼无人机的软件可处理带有GPS的图像，并对多个数据集进行简易的管理，进行模块设计^[5]。

1) 进行影像比例纠正(电荷耦合器件(charge coupled device, CCD)畸变系数)。不同于影像坐标，相机坐标测量要求预先针对影像进行畸变差的纠正^[6]。纠正工作的相关参数包括主点坐标、对称畸变参数、非对称畸变参数、CCD非正方形比例系数及CCD非正交性畸变系数^[7]。

2) 生成数字正射影像图(digital orthophoto map，DOM)，使用Pixel Grid软件能够自动采集、匹配具有多模型多重叠特征的数字高程模型(digital elevation model，DEM)栅格数据，以单个边坡或者一个测区创建像对正射影像，为整个测区相片生成正射影像，建立起病害点影像数据对比数据库。

3) 基于即时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)算法进行数据处理，生成时间序列完整的边坡病害数据资料，进行数据分析和灾害评估，建立病害追溯病害演化，进而实现排查隐患的目的。

2 高危边坡人机协同巡查技术

应用案例为跨越珠三角1 150 km重要资源输送管道评估工程，目的是对管道工程项目及周边影响区域进行综合地质灾害调查与评估。

2.1 巡查流程

针对本案例工程高危边坡巡检的具体内容，本文研究采用6旋翼无人机和人工复查相结合的巡检方案，通过机载影像设备对数据进行实时采集。人机协同巡查工作流程如图 2所示。

2.2 病害分析

一级边坡的人工巡查工作包括人工拍摄近地面病害信息，确定里程、位置(经纬度)及边坡基本特征(地质、坡度、坡高、坡宽)。重点巡查坡脚渗水、地面隆起、坡脚剪切裂缝等无人机航拍无法获取的信息。

对于一级边坡，无人机航拍图分为全景图、详细图和多角度细部图(图 3)。全景图分为用于记录边坡周边环境的远全景图和用于标记病害的位置近远景图；详细图由无人机靠近边坡逐层拍照，并保证一定的重叠度，用于病害的精准检测。为了得到信息度饱满的边坡航片，需综合考虑边坡倾角、走向、障碍物、病害类型对航拍路线、拍摄位、拍摄角等参数的影响。

高危边坡病害类型多样，背景环境复杂，通过其特殊性的影像特征分析，建立各种病害的模型数据库，研究病害信息提取方法。病害检测技术通过影像数据特征智能识别功能进行病害初查、智能分类病害点和预判灾害等级，提出待复查边坡名单。严重等级或重点边坡要进行人工复查，地面复查可以观察到很多细节，如边墙倒塌、踏步脱落等，对图片空洞问题有实际细致的观察。

边坡病害详查包括病害空间参数(位置和尺寸)。在全景图上标注病害点位置(图 4)，并在细部图上勾勒形状读取尺寸，并根据边坡病害状态提出养护建议。

2.3 现状评估结果和应用意义

根据边坡地质资料及人机协同完成的病害巡查结果进行稳定性及危害性分析。评估区共发现大小边坡186个，其中，已有21处发生崩塌地质灾害，对管道危害的危险等级为中等的有4处，危险性小的有17处；评估区内巡查发现28处滑坡，地质灾害的发育程度相对较弱，其中对管道工程危害性和危险性较大的有4处，中等的有11处，危险性小的有13处。根据病害巡查资料及边坡的基本特征综合预测，管道工程沿线的自然边坡、挖方边坡、堤岸边坡基本处于基本稳定和稳定状态，预测发生地质灾害可能性小，对管道工程潜在的危害和危险性小。但顺德飞鹅油库PK39+050附近的边坡为古滑坡，坡高为4~6 m，坡度为30°，坡向为35°，滑坡体宽为12~15 m，顺坡长度为8 m，厚为1.5 m，已滑部分堆积物冲毁围墙，压毁路边一辆小车。滑坡仍在发育中，在降水作用影响下，很有可能再次发生滑坡。输油管线距离边坡坡脚最近距离为5 m。该地区发生滑坡地质灾害的可能性较大，管道工程存在较大的潜在危险性。

对于人机协同巡查得到危险性大的滑坡地质灾害工程，应及时采用GPS和测量机器人进行持续或周期性监测^{[8, 9]}，并及时获取高危边坡高精度变形数据，建立地质灾害防治体系, 远程传输并进行高危边坡的实时监控，找出其变化规律^[10]。

3 结束语

利用6旋翼无人机进行人机协同进行道路边坡病害巡查，能准确定位边坡的病害分布，凸显病害空间联系，可快速实现采集和处理线路边坡病害信息，为采用GPS和测量机器人等技术进行持续或周期性监测提供依据。工程实例证明，将人机协同巡查技术用于线路工程高危边坡病害巡查具有实用意义和推广价值。