無人機(jī)遙感系統(tǒng)航拍重點(diǎn)大氣污染源與實(shí)地校驗(yàn)對比分析

佟敬軍

摘 要：本次研究以撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司為研究對象，利用無人機(jī)航拍技術(shù)獲取了廠區(qū)的航拍影像，在解譯的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用實(shí)地踏勘采集GPS數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行校驗(yàn)。通過對航拍影像的解譯結(jié)果進(jìn)行了信度分析，最后在校正結(jié)果的基礎(chǔ)上，給出了航拍結(jié)果是可信的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：航拍影像；實(shí)地校驗(yàn)；對比分析；可信度

中圖分類號：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

無人機(jī)遙感適合于小范圍的高分辨率遙感數(shù)據(jù)的即時(shí)獲取，僅在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用就有建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境應(yīng)急、生態(tài)保護(hù)、環(huán)境監(jiān)察等。

1 無人機(jī)遙感系統(tǒng)概述

無人機(jī)遙感系統(tǒng)（UAV remote sensing system，UAVRSS）即是一種以UAV為平臺，以各種成像與非成像傳感器為主要載荷，飛行高度一般在幾千米以內(nèi)（軍用可達(dá)10km之上），能夠獲取遙感影像、視頻等數(shù)據(jù)的無人航空遙感與攝影測量系統(tǒng)。目前，成熟完備的民用UAVRSS主要由飛行平臺系統(tǒng)、輕小型多功能對地觀測傳感系統(tǒng)、遙感空基交互控制系統(tǒng)、地面數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸鏈路、綜合保障系統(tǒng)與裝置、地面后勤人員等組成。

2 無人機(jī)遙感航拍撫順新鋼鐵廠區(qū)及解譯分析

為取得撫順新鋼鐵廠區(qū)真實(shí)遙感情況，我們利用低空微型固定翼無人機(jī)遙感技術(shù)，對新鋼廠區(qū)航空遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集與處理，主要工作流程如下：

2.1 前期調(diào)研，制定飛行方案

根據(jù)測區(qū)經(jīng)緯度坐標(biāo)及廠區(qū)平面規(guī)劃圖確定航拍飛行區(qū)域，并在Google地圖等常見衛(wèi)星影像上查看航拍區(qū)域及周邊地物分布情況，調(diào)查測區(qū)路線情況以及氣象信息，制定安全合理的航拍工作方案。

2.2 航拍區(qū)域、航路航線規(guī)劃

確定航拍區(qū)域后，在無人機(jī)飛行控制軟件eMotion 2上進(jìn)行航路航線的規(guī)劃，完整設(shè)置飛行參數(shù)，軟件根據(jù)設(shè)置自動(dòng)計(jì)算出航路航線，并根據(jù)規(guī)劃好的航路航線進(jìn)行模擬飛行。

2.3 現(xiàn)場踏勘，選取起降點(diǎn)

前往作業(yè)現(xiàn)場，實(shí)地調(diào)查作業(yè)現(xiàn)場及周邊地面、空中物體分布情況，選取開闊場地作為臨時(shí)起降點(diǎn)，搭建地面站平臺，準(zhǔn)備飛行。

2.4 無人機(jī)航拍，采集數(shù)據(jù)

在臨時(shí)起降點(diǎn)組裝無人機(jī)硬件，檢查無人機(jī)工作參數(shù)，載入之前設(shè)置完畢的航路航線，手拋式起飛，進(jìn)行實(shí)際飛行，采集航空遙感影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集完畢后，采用機(jī)腹著陸方式定點(diǎn)直線降落，回收并整理數(shù)據(jù)。

2.5 航空影像數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集完畢后，將航拍影像照片及飛行記錄文件導(dǎo)入工作站計(jì)算機(jī)，利用Postflight Terra 3D軟件進(jìn)行無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)的后期處理，軟件自動(dòng)對航拍影像進(jìn)行拼接鑲嵌，經(jīng)人工簡單修正后，得到撫順新鋼鐵廠區(qū)航拍影像圖。

2.6 專題圖（集）制作

根據(jù)廠區(qū)裝置信息及平面規(guī)劃圖等資料，在得到的航拍影像圖上進(jìn)行標(biāo)注，并根據(jù)需求進(jìn)行圖像的分幅，制作航拍圖集。

3 航拍影像與實(shí)地踏勘對比分析

3.1 航拍影像與實(shí)地校驗(yàn)成果

為了驗(yàn)證航拍影像識別的效果，對撫順新鋼鐵廠區(qū)進(jìn)行了實(shí)地考察，考察過程中，采用GPS采集設(shè)備，設(shè)備型號為集思寶G510，對現(xiàn)場進(jìn)行了地理信息數(shù)據(jù)收集。分析現(xiàn)有資料與實(shí)地踏勘及影像分析獲取的資料的差距。成果差異對比分析（見表1），內(nèi)容如下：

從表1可以看出，航拍影響識別的成果與實(shí)地踏勘的工作存在一定的誤差，主要的誤差在于直徑較小的排氣筒的識別，一是轉(zhuǎn)爐排氣筒的出口，共2組，一組2用一備，另一組三用一備，排氣筒雖然是7根但是有效地是2根，二是鼓風(fēng)機(jī)安全放散排氣筒8根，三是儲(chǔ)煤場噴煤車間3根位于廠房頂部的非獨(dú)立排氣筒。因此轉(zhuǎn)爐以2組計(jì)，鼓風(fēng)機(jī)安全放散排氣筒不計(jì)入污染源管理。實(shí)際有效排氣筒為實(shí)地踏勘的51減去轉(zhuǎn)爐無效排氣筒5根再減去鼓風(fēng)機(jī)安全放散排氣筒8根，因此實(shí)際有效排氣筒為38根。

3.2 對比分析方法

SPSS（Statistical Productand Service Solutions），“統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案”軟件。SPSS是世界上最早采用圖形菜單驅(qū)動(dòng)界面的統(tǒng)計(jì)軟件，本次研究采用SPSS軟件對航拍結(jié)果與實(shí)地校驗(yàn)進(jìn)行可信度分析。

信度是指一個(gè)衡量的正確性或精確性，信度包括穩(wěn)定性以及一致性。測驗(yàn)信度越高，表示測驗(yàn)結(jié)果越可信，但也無法期望兩次結(jié)果完全一致，信度除受數(shù)據(jù)質(zhì)量影響外，也受很多其他因素影響。信度僅是一種程度上大小的差別而已。

柯能畢曲α系數(shù)（cronbachα）：1951年cronbach提出α系數(shù)，為目前社會(huì)科學(xué)研究最常使用的信度。量測一組同義或者平行總和的信度，如果尺度中的所有項(xiàng)目都在反映相同的特質(zhì)，則各項(xiàng)目之間應(yīng)具有真實(shí)的相關(guān)存在，若某一項(xiàng)目和尺度中其他項(xiàng)目之間并無相關(guān)存在，就表示該項(xiàng)目不屬于該尺度，而應(yīng)剔除。

相關(guān)性：相關(guān)系數(shù)越高，相關(guān)性越高。

內(nèi)部一致性：相關(guān)系數(shù)越高，內(nèi)部一致性越高。

信度值判別：積差相關(guān)結(jié)果達(dá)0.05顯著水平，相關(guān)系數(shù)旁以一個(gè)*表示，積差相關(guān)結(jié)果達(dá)0.01顯著水平，相關(guān)系數(shù)旁以兩個(gè)*表示，可信度高低與cronbachα系數(shù)之對照表見表2。

在SPSS中，專門用來進(jìn)行測驗(yàn)信度分析的模塊為“度量”下的“可靠性分析”，信度分析模塊主要功能是驗(yàn)證測驗(yàn)的信度，主要用來檢驗(yàn)折半信度、庫里及α系數(shù)以及Hoyt信度系數(shù)值。

研究采用cronbachα作為評價(jià)指標(biāo)確定航拍影響的解譯結(jié)果的信度分析指標(biāo)。

3.3 對比分析結(jié)論

采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對航拍影響識別的準(zhǔn)確性進(jìn)行了分析研究，采用cronbachα作為評價(jià)指標(biāo)確定航拍影響的解譯結(jié)果的信度分析指標(biāo)。識別結(jié)果的cronbachα值為0.959，說明航拍影像識別結(jié)果十分可信。

轉(zhuǎn)爐排氣筒以2組計(jì)，鼓風(fēng)機(jī)安全放散排氣筒不計(jì)入污染源管理。據(jù)此計(jì)算，航拍影像識別的排氣筒數(shù)量為29根，實(shí)地踏勘識別的排氣筒數(shù)量為38根，影像識別排氣筒占實(shí)地踏勘識別數(shù)量的76.3%，說明影像識別雖然可作為環(huán)境管理的重要手段，但仍需實(shí)地進(jìn)行驗(yàn)證。但占比結(jié)果并不能否認(rèn)航拍影響工作的效率和準(zhǔn)確性。

結(jié)論

本次研究以撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司為研究對象，利用無人機(jī)航拍技術(shù)獲取了廠區(qū)的航拍影像，在解譯的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用實(shí)地踏勘采集GPS數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行校驗(yàn)。通過對航拍影像的解譯結(jié)果進(jìn)行了信度分析，最后在校正結(jié)果的基礎(chǔ)上，給出了航拍結(jié)果是可信的但仍需校驗(yàn)的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

[1]李德仁，等.無人機(jī)遙感系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，39（05）：505-513.

[2]朱京海，徐光，劉家斌.無人機(jī)遙感系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2011（09）：45-48.

[3]蔡麗，付博.淺談環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)無人機(jī)遙感系統(tǒng)的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014（26）：55-56.

[4]周文生，吳振宇，劉海燕.無人機(jī)遙感在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用[J].地下水，2014（02）：128-129+160.

[5]謝濤，劉銳，胡秋紅，姚新.基于無人機(jī)遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測研究進(jìn)展[J].環(huán)境科技，2013（04）：55-60+64.