无人机航拍影像在西部地震勘探中的应用

无人机航拍影像在西部地震勘探中的应用

周正春

中石化地球物理公司胜利分公司 山东东营 257086

摘要: 近年来，地震勘探面临的地表条件越来越复杂，施工难度越来越大。随着科技的进步，无人机航拍影像的应用越来越广泛，在西部探区以无人机航拍获取的探区正射影像DOM、数字表面模型DSM、激光雷达地表点云数据为基础，通过地理信息系统工具进行分析加工，应用坡度分析、地形障碍物提取、视域分析等技术，提取升级在地震勘探中可用的信息数据，在地形踏勘、点位预设计、路径规划、施工方案设计方面发挥了数据支持作用，在西部探区成功应用，极大提高了生产时效。

关键词：地震勘探；无人机航拍影像；点位预设计；地理信息系统；

随着地震勘探工作的不断深入，施工区域的地表情况越来越复杂，施工难度不断加大。

传统的信息获取手段主要有现场踏勘、下载卫星影像、下载卫星高程数据等。现场踏勘获取的信息真实详尽但是耗时较长，卫星影像由于分辨率不够高、现势性不够强的原因会导致室内判读困难、判读出错，在城区等更新速度快的地区适用性较差。下载的卫星高程数据精度较低，不能精细刻画地表起伏状态。随着科技的进步，无人机航拍影像以其快速、实时、高精度的优势在地震勘探中的应用效果逐渐凸显，通过无人机航拍影像分析提取的地表信息可以有效地支撑地震生产的各个环节。

1  无人机航拍影像在西部沙漠探区的应用技术

随着无人机航拍影像的精度和效率不断提高，无人机航拍在地震勘探中的作用逐步显现，通过航拍获取的高分辨率、现势性强的正射影像、高精度的高程数据，以及通过地理信息分析技术提取的障碍地形信息、坡度数据进行激发点的点位自动预设计和震源行进路径规划，目前已经成功应用在西部准噶尔盆地探区。

1.1无人机航摄影像超大数据分析提取技术

无人机航拍获取的影像数据因其高分辨率、高精度的原因，通常具备很大的数据量，超大容量的影像数据远超出地震勘探专业设计软件的运行限制，是航摄影像在地震勘探应用方面的主要瓶颈。要解决该问题，一方面需要对超大容量的航摄数据进行处理、分析、提取、转化，提取在变观设计、路径规划、生产指挥等方面可用的坡度、障碍地形等信息，将航摄影像转化为地震勘探可用的数据格式。

1.1.1基于无人机航摄数字表面模型的坡度提取与分析

坡度（slope）是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度和水平距离的比叫做坡度。坡度计算需要通过高程数据模型，如DEM和DSM，计算一般采用曲面法，需要目标栅格四周3×3的九宫格栅格来计算。

通过无人机航拍获取地表数字表面模型DSM（或数字高程模型DEM），利用地理信息系统分析中的表面分析进行坡度值计算，生成坡度栅格图。

1.1.2不同分辨率的坡度数据在点位预设计方面的适用性分析

坡度数据是通过高程数据计算得来，也就是DEM或者DSM这样的栅格数据，以离散数据表示地表高程起伏，因此高程数据分辨率越高，反映的地形越准确越精细，但是数据量也越大。由高分辨率高程模型提取的坡度数据也会更精细，但也显示得更离散，因为小的沟、坎都会反映出来。同时，高程模型分辨率越高，最大坡度值会越高，当高程模型的分辨率降低时，坡度数据随之降低，缓坡面积增大，陡坡面积减小，损失（过滤）的地形信息增多。

1.1.3基于航摄数据的特殊地形提取分析技术

无人机航摄影像属于栅格影像数据，栅格数据结构简单直观，非常适合表示沿表面连续变化的数据，如地表高程值等。在栅格数据中，点线面等地理实体采用同样的方式存储，便于快速执行叠加分析和各种空间统计分析。基于无人机航摄数据，通过地理信息系统表面分析工具，可以获取更多的反映原始栅格数据中所暗含的空间特征信息，包括沙梁顶、“沙锅”等多种地形障碍信息，用于地震勘探作业。

沙梁顶提取实现原理：坡向变率与坡形组合法提取山脊线。实现过程：利用高程数据DSM或DEM提取地面的的坡向变率和地面的正负地形，取正地形上的坡向曲率的大值即为山脊。

洼地提取实现原理：通过地理分析工具对地表进行填洼，得到填洼后地表，减去原地表得到填方量，根据填方量筛选沙坑的大小和深度。

1.2基于无人机航摄影像的超大数据自动化炮点预设计技术

无人机航摄数据为高精度栅格数据，通过上述地理信息分析、提取技术，可以在地表表面获取坡度、沙梁、“死锅”等数据，但提取的数据依然属于超大容量的栅格数据，这些数据远超出地震勘探专业设计等地震勘探软件的应用限制，所以要在无人机航摄影像基础上实现自动化点位预设计，需要实现数据类型和数据容量的转换。

1.2.1无人机航摄影像超大栅格数据的矢量转换

目前，地震勘探专业设计的变观功能是基于矢量数据的，因此需要在无人机航摄的栅格数据基础上，提取对地震勘探点位预设计有用的部分栅格数据，进而转换为矢量数据使用。

栅格数据通常是连续表面，例如提取的坡度数据。在转换为矢量数据前，需要通过栅格属性进行提取，获得目标栅格数据，例如要实现自动化点位预设计，需要排除坡度值大于14度的区域，则可以在属性提取中提取坡度栅格值大于14度的栅格。

提取后获取了坡度值大于14度的栅格区域，需要再进行重分类，将所有目标栅格值的属性值Value设置为一致然后将目标栅格区域转为矢量面区域，然后对矢量面区域进行编辑，转换为地震勘探专业设计可用的矢量障碍物数据。

1.2.2超大数据自动化炮点预设计技术

通过对无人机航摄栅格数据进行矢量格式转换，将高坡度区域、沙梁顶、沙锅底等障碍地形提取转换为矢量面文件，作为障碍物信息，结合地震勘探专业软件，实现了震源激发点位自动化预设计。该点位预设计方法在C1J三维项目中首次使用，极大提高了点位预设计的精度和效率。

点位自动化预设计需要结合坡度、地表高程栅格数据、正射影像数据综合进行。因为坡度数据只能反映地表的陡和缓，反映不出地表是高还是低，也就是不能全面反映地形信息，因此仅依据坡度进行偏移，容易把点位设计到不易到达的高处或底处。因此，点位预设计应结合坡度数据、地表高程数据、正射影像（规避障碍物）等综合进行，分析提取陡坡、沙梁顶、深坑等地形障碍，综合分析进行激发点避障偏移。

2  结论

无人机航拍影像数据的精度可以满足地震勘探应用要求。航拍数据精度与常规测量放样点位验证，95%以上点位高程误差在1m以内，平面精度为分米级，满足“室内踏勘、室内设计”的精度要求。无人机航拍影像可以大幅提高踏勘、点位预设计等工序的施工效率和质量，可以为地震勘探生产组织提供信息支撑。