基于無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)的應(yīng)急測繪研究

（江西省測繪應(yīng)急保障服務(wù)中心 江西南昌 330046）

1 引言

應(yīng)急測繪是指當(dāng)發(fā)生突發(fā)應(yīng)急事件時，為滿足事件處置需要而實(shí)施的貫穿于應(yīng)急管理各個環(huán)節(jié)的測繪地理信息服務(wù)。我國是一個自然災(zāi)害多發(fā)國家，每年發(fā)生的自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生和社會安全等突發(fā)事件，給我國造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至成為影響社會穩(wěn)定的重要因素。民政部門的數(shù)據(jù)顯示，在一般年份，因自然災(zāi)害全國受災(zāi)人口約2億，因?yàn)?zāi)死亡數(shù)千人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2000億元。快速獲取突發(fā)應(yīng)急事件現(xiàn)場影像等應(yīng)急測繪地理信息成果，供各級政府機(jī)構(gòu)和救援機(jī)構(gòu)開展應(yīng)急決策、救援處置、災(zāi)害評估等工作，是國家賦予測繪地理信息部門的職責(zé)。無人機(jī)測繪在應(yīng)對突發(fā)事件、服務(wù)重大工程中，快速獲取了大量急需的測繪成果資料等，滿足了黨和政府以及社會公眾等多方面的需要，受到各方好評，被譽(yù)為 “災(zāi)區(qū)上空的眼睛”。2011年5月23日，李克強(qiáng)副總理視察中國測繪創(chuàng)新基地時指出∶“要繼續(xù)做好應(yīng)急測繪保障服務(wù)工作”，“要增加測繪高新裝備的投入，特別是要搞好測繪應(yīng)急裝備能力建設(shè)”。充分利用各種高精裝備，構(gòu)建健全、科學(xué)的應(yīng)急測繪技術(shù)體系，充分挖掘測繪地理信息的豐富內(nèi)涵，為突發(fā)應(yīng)急事件處置提供及時、得力、高效的測繪地理信息保障尤其重要。無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)以其輕便靈活、機(jī)動高效的特點(diǎn)，在應(yīng)對突發(fā)應(yīng)急事件中發(fā)揮著巨大的作用。

2 無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)

無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)將無人機(jī)技術(shù)、航空攝影技術(shù)、全球定位技術(shù)及通訊技術(shù)結(jié)合起來，以無人駕駛飛行器為飛行平臺，搭載高分辨率數(shù)字航攝儀，獲取低空高分辨率影像數(shù)據(jù)，是近幾年才發(fā)展起來的一種新型的低空高分辨率影像數(shù)據(jù)快速獲取系統(tǒng)。

無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)一般由飛行平臺、動力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、傳感器及航攝規(guī)劃系統(tǒng)、影像數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)等組成，見圖1。動力系統(tǒng)可采用燃油系統(tǒng)或電動裝置。飛行控制系統(tǒng)是飛機(jī)安全飛行以及將任務(wù)設(shè)備從地面升空至定點(diǎn)高度和空域、確保預(yù)定任務(wù)使命完成的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，由地面遙控和機(jī)載自主控制兩大部分組成。傳感器可以是一個或者一組，但必須要輕小型化，且要有特寬角。航攝規(guī)劃系統(tǒng)是規(guī)劃實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的技術(shù)指標(biāo)并實(shí)現(xiàn)完整覆蓋的關(guān)鍵因素，必須符合相關(guān)規(guī)范要求。無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)的發(fā)射一般有彈射架輔助彈射、車載彈射和滑跑助力等幾種方式，降落時可采用傘降或滑降，因機(jī)型而異。無人機(jī)低空航攝影像數(shù)據(jù)處理過程和傳統(tǒng)航空攝影測量數(shù)據(jù)處理過程基本一致，但由于無人機(jī)遙感系統(tǒng)在載重和飛行控制等方面的一些特殊情況，需要對其特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析并制定出相應(yīng)的解決方案，且在航攝和后處理時需符合其相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。

圖1 無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)構(gòu)成

無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)具有體積小、重量輕、探測精度高、受天氣的影響較小、機(jī)動快速、低空飛行等技術(shù)特點(diǎn)。采集的影像分辨率一般在0.05～0.2米，可滿足1∶500～1∶2000 比例尺的基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品制作或更新。采取無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)來獲取影像數(shù)據(jù)，每架飛機(jī)每天可采集和處理超過60 平方公里影像數(shù)據(jù)，在較短時間內(nèi)完成大面積連續(xù)區(qū)域的高分辨率遙感影像采集。由于飛行平臺在云層下方飛行，受云層的影響很小，獲取的影像基本沒有云覆蓋。無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)已成為衛(wèi)星遙感、傳統(tǒng)航空遙感的有效補(bǔ)充，提高了遙感技術(shù)在小范圍、零星區(qū)域獲取水平和能力。

3 無人機(jī)應(yīng)急測繪

無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于突發(fā)事件應(yīng)急處理。它作為獲取災(zāi)害發(fā)生區(qū)地面信息的重要手段，為各部門救災(zāi)指揮提供了直觀可靠的地面數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生重大自然災(zāi)害或突發(fā)性事件時，無人機(jī)可快速獲取現(xiàn)場影像，并通過遙感影像處理系統(tǒng)生產(chǎn)用于應(yīng)急處置、調(diào)度指揮所需的測繪地理信息成果，包括正射影像地圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字線劃地圖等?；跓o人機(jī)應(yīng)急測繪成果，可制作災(zāi)區(qū)三維電子地圖、災(zāi)情影像地圖，進(jìn)行災(zāi)情解譯和災(zāi)損評估、災(zāi)后重建規(guī)劃等，具體流程見圖2。青海玉樹地震、貴州關(guān)嶺特大型滑坡、云南怒江滑坡和泥石流災(zāi)害等重大自然災(zāi)害事件中，無人機(jī)憑借其機(jī)動靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確的特點(diǎn)為應(yīng)急救災(zāi)提供了有效保障。

圖2 無人機(jī)應(yīng)急測繪流程圖

無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)獲取的飛行平臺一般較小巧，載重負(fù)荷較小，不能攜帶專業(yè)級的航攝儀，航攝儀所采用的是非專業(yè)數(shù)碼相機(jī)，因此獲取到的航片像幅和基高比較小，航片數(shù)量較傳統(tǒng)航攝增長近4 倍，也難以消除像點(diǎn)位移。同時，由于本身重量較輕，抗風(fēng)能力較弱，姿態(tài)不穩(wěn)定，相鄰影像間很可能存在較大的旋偏角和上下錯動，不能使用傳統(tǒng)的灰度影像匹配算法獲取同名點(diǎn)。拍攝的像片重疊度高，而且由于姿態(tài)不穩(wěn)定，拍攝影像間的預(yù)設(shè)重疊度無法得到嚴(yán)格保證，容易產(chǎn)生航攝漏洞。應(yīng)急測繪要求響應(yīng)速度快，數(shù)學(xué)精度可以適度降低。因此，在進(jìn)行影像數(shù)據(jù)處理時，必須盡量減少或避免上述因素的影響，縮短處理周期，提高處理效率。采用GPS 輔助航空攝影技術(shù)可在滿足現(xiàn)行航空攝影測量作業(yè)規(guī)范精度要求的前提下，盡可能地減少攝影測量加密所需的地面控制點(diǎn)，甚至完全免除野外實(shí)地測量像片控制點(diǎn)的工作，從而縮短成圖周期，提高生產(chǎn)效率。

4 基于無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)應(yīng)急測繪實(shí)踐

江西是一個自然災(zāi)害頻發(fā)、重發(fā)的省份。近年來，我省就經(jīng)歷了地震、冰雪、洪水、干旱、泥石流等各種各樣的自然災(zāi)害,煤礦事故、原油泄漏等危害公共安全的突發(fā)事件也時有發(fā)生，建設(shè)高效的應(yīng)急測繪體系、提升測繪應(yīng)急快速響應(yīng)能力迫在眉睫。無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)應(yīng)急測繪在我省的搶險救災(zāi)中發(fā)揮了重大的作用。

2011年6月份，江西連降暴雨，旱澇急轉(zhuǎn)，導(dǎo)致全省多處出現(xiàn)山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。江西省測繪地理信息局調(diào)集無人機(jī)赴災(zāi)區(qū)進(jìn)行應(yīng)急航空攝影，獲取直觀反映泥石流全貌的彩色高分辨率影像，并組織技術(shù)力量加工處理數(shù)據(jù)，利用災(zāi)前災(zāi)后遙感影像，及時對災(zāi)情進(jìn)行綜合分析研判，向各級有關(guān)部門和災(zāi)區(qū)地方政府提供及時災(zāi)情信息，為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測及時提供了測繪保障。圖3是某地泥石流災(zāi)害發(fā)生前后的影像對比。

圖3 某地泥石流災(zāi)害應(yīng)急測繪成果

5 結(jié)語

災(zāi)害的發(fā)生具有不可預(yù)料性，災(zāi)害發(fā)生后要求快速響應(yīng)。獲取到及時快捷的災(zāi)情現(xiàn)場影像，可以有效地輔助制定科學(xué)的抗災(zāi)救援方案，以便最大的減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)以其實(shí)時性強(qiáng)、機(jī)動靈活、影像分辨率高的特點(diǎn)，在突發(fā)事件應(yīng)急時具有廣闊的應(yīng)用前景。如何提高影像處理效率、進(jìn)行深度數(shù)據(jù)挖掘是今后無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)應(yīng)急測繪亟需深入研究的一個課題。

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