無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型在應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用

李能國(guó)

摘 要：國(guó)內(nèi)外地質(zhì)災(zāi)害的頻發(fā)和突發(fā)，是全球人民共同面對(duì)的問(wèn)題。應(yīng)急對(duì)應(yīng)過(guò)程中，信息高質(zhì)量、及時(shí)、方便快捷地收集成為關(guān)注焦點(diǎn)，也是之后工作的基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型因其機(jī)動(dòng)、高質(zhì)、快速和簡(jiǎn)便的特性得到了較為普遍的應(yīng)用。本文將就其基本原理和在應(yīng)急救災(zāi)中的具體應(yīng)用加以分析介紹，做一小結(jié)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；傾斜攝影；應(yīng)急救災(zāi)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P235 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型概述

隨著科技日新月異的發(fā)展，在地理信息獲取方面，傳統(tǒng)方法存在耗費(fèi)人力物力、信息滯后等缺點(diǎn)。攝影技術(shù)的發(fā)展為解放人力，節(jié)約耗時(shí)提供了極大的便利空間。其中，相對(duì)于正位攝影而言，無(wú)人機(jī)的傾斜攝影模型技術(shù)則進(jìn)一步提升影像的處理結(jié)果，提供更高質(zhì)量的地理影像信息。無(wú)人機(jī)傾斜攝影是近年來(lái)國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域新興發(fā)展，并且得到大量推廣的技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于拍攝物體，在地質(zhì)攝影中選擇以地面為基準(zhǔn)，采用垂直的角度獲得的圖像稱其為正片，形成有夾角的為斜片。正片一般反應(yīng)的是二維空間信息，即使做得再精細(xì)，由于二維的角度限制，反應(yīng)的信息有限。而傾斜攝影的內(nèi)容，不僅包括正片，而且包括4個(gè)主要角度的斜片。首先，對(duì)于拍攝對(duì)象信息的采集是多視角的，利于形成三維觀察。通過(guò)維度拓寬技術(shù)，其信息容量得到了極大的拓寬。其次，傾斜攝影模型是建立在傾斜攝影所得的影像信息基礎(chǔ)上，予以拍攝物體（在地質(zhì)拍攝中特指所觀察的地質(zhì)對(duì)象），進(jìn)行三維影像的還原，為信息內(nèi)容的把握和利用提供基礎(chǔ)。

2.應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用

2.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于傳統(tǒng)方式，無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型能夠在應(yīng)急救災(zāi)過(guò)程中發(fā)揮巨大作用，并得到更多更廣泛的應(yīng)用，離不開它具體應(yīng)用中凸顯的以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）時(shí)效性

無(wú)論是世界各國(guó)，還是國(guó)內(nèi)南北東西各地，不同的地質(zhì)自然災(zāi)害頻頻發(fā)生，類似于山體滑坡的發(fā)生往往都會(huì)造成相應(yīng)地區(qū)人員財(cái)物的沉重?fù)p失。因此，災(zāi)害發(fā)生的及時(shí)應(yīng)對(duì)成為重中之重。這其中，災(zāi)害所在地的具體的地質(zhì)情況信息的及時(shí)采集反饋，為之后后續(xù)的應(yīng)對(duì)決策安排提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影在時(shí)效性上，相對(duì)于傳統(tǒng)作業(yè)大大提高，滿足了信息采集的要求。

（2）機(jī)動(dòng)靈活性

通常發(fā)生災(zāi)害的地區(qū)，其地形氣候都是相對(duì)復(fù)雜的，例如山體滑坡或泥石流的發(fā)生，人力只能疏散，更不用談深入其地進(jìn)行信息收集。而傳統(tǒng)的衛(wèi)星方式和載人飛機(jī)都只能滿足部分空間信息的收集，而無(wú)人機(jī)的操控能夠在復(fù)雜空氣和地形環(huán)境下完成高質(zhì)量的信息采集。

（3）信息質(zhì)量高

衛(wèi)星方式的拍攝和普通的航空飛行所進(jìn)行的空間信息的采集，很大程度上由于飛行高度底限的限制，必須保持一定的距離。那么這就導(dǎo)致了這段距離里的云層、空氣氣流、光線傳播等等復(fù)雜因素均對(duì)最終的成像已經(jīng)信息收集產(chǎn)生了一定的誤差。而無(wú)人機(jī)的低空特性在這方面大大削弱了這些因素的影響，分辨率得到了質(zhì)和量的提高。并且多角度的拍攝形成的紋理影響也避免了遮擋的問(wèn)題。加上低空飛行，距離底限降低，在圖像的精度上面也做出了很大程度上的加深。

（4）簡(jiǎn)便性

無(wú)人機(jī)的拍攝應(yīng)用的機(jī)械等等機(jī)量較小，成本得到了控制，運(yùn)輸過(guò)程中也較為簡(jiǎn)便。操作的流程相對(duì)于其他方式也更加的簡(jiǎn)化。操作的門檻相對(duì)降低，因此對(duì)相關(guān)人員的技術(shù)培訓(xùn)的時(shí)間也大大縮短。

2.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型的具體應(yīng)用

2.2.1 應(yīng)用流程

在發(fā)現(xiàn)一定較為緊迫的災(zāi)害后，無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型就派上了用場(chǎng)，其具體的運(yùn)作流程為：

（1）勘察并收集影像信息

可見下圖：圖1為南寧五象嶺隧道，為南北走向，周圍新開發(fā)的小區(qū)高樓林立，此圖片獲取的是現(xiàn)場(chǎng)0.05m的影像；圖2為圖1中山體滑坡部分的放大影像，可以清楚地看到滑坡山體位于隧道的東面山坡。一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)急災(zāi)害，需要對(duì)所要采集的信息有明確的要求和預(yù)設(shè)的飛行采集路線的設(shè)計(jì)。其模型的組成中，為了應(yīng)對(duì)快速獲取信息，采用了自動(dòng)拼接的圖像處理手段。

（2）數(shù)據(jù)的處理

所收集到的數(shù)據(jù)多為圖像數(shù)據(jù)，因此對(duì)于圖像的處理極為重要。其中涉及到方方面面的問(wèn)題和關(guān)注點(diǎn)：從最初得到的影像，繼而產(chǎn)生的，因?yàn)樵诓煌R頭下圖像依靠重疊交集加以拼接的時(shí)候，其中涉及到圖像幾何變形的探究；然后在構(gòu)建三維空間模型時(shí)，三維各角度的圖像重疊，拼接，重組和結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生的幾何誤差校正，正射精校正；以及最后在完成處理之后得到的處理結(jié)果，必須經(jīng)過(guò)三維的可視化結(jié)果輸出等等。

（3）數(shù)據(jù)的提取和分析

我們采集的只是全面的，所有的信息。一開始的收集過(guò)程中，拍攝機(jī)器無(wú)法代替我們做出思考，哪些信息，哪些重點(diǎn)是我們所要關(guān)注，用以分析對(duì)策的關(guān)鍵部分。因此，在收集和處理之后，我們必須進(jìn)行目標(biāo)信息的提取和分析。

2.2.2 應(yīng)急災(zāi)害的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型所產(chǎn)生的信息資料，是以數(shù)字模型的方式，提供給分析、調(diào)查以及判別地質(zhì)方面災(zāi)害的分布、發(fā)生、發(fā)展、隱患等等。一般情況下，發(fā)現(xiàn)較為劇烈的地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)，例如高頻發(fā)的山體滑坡或者泥石流的地區(qū)，其必然山區(qū)密布，水土保持欠佳。以此類推發(fā)生地區(qū)的地形地貌很大程度上較為復(fù)雜，使得人力的調(diào)查難以企及。而無(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)操作，在遮擋相對(duì)較少的云層下飛行的巨大優(yōu)勢(shì)，給應(yīng)急救災(zāi)的前期擬定整體方案階段帶來(lái)了極大的幫助。救災(zāi)工作開始之際，突出在應(yīng)急。應(yīng)急的具體含義包含著多種層次，表現(xiàn)在及時(shí)阻止災(zāi)害的進(jìn)一步擴(kuò)大，涵蓋了人力物資的損失和侵害規(guī)模和范圍的擴(kuò)大；疏導(dǎo)災(zāi)害地區(qū)的應(yīng)對(duì)工作；為后期的賑災(zāi)和重建打下基礎(chǔ)等等。這一切的前期設(shè)計(jì)均建立在詳盡的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的第一手準(zhǔn)確、全面、詳盡的資料：包括起因，發(fā)生狀況，波及規(guī)模和范圍，受災(zāi)的人員和物資，災(zāi)區(qū)和非災(zāi)區(qū)之間的通道的數(shù)目和暢通質(zhì)量，以及可能存在的隱患，涉及再次災(zāi)害發(fā)生的可能點(diǎn)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型要求低，數(shù)據(jù)收集快速的特性，十分恰當(dāng)?shù)貪M足了這一應(yīng)急救災(zāi)的需求。

地質(zhì)災(zāi)害的信息收集和一般的地質(zhì)信息收集稍有區(qū)別。在一般的信息收集中，可以根據(jù)色彩的差異，色調(diào)的明暗，以及紋理的密集稀疏等等變化性因素加以地質(zhì)屬性的鑒別和區(qū)分。然而在應(yīng)急救災(zāi)的當(dāng)下，這樣較為“粗糙”的呈現(xiàn)區(qū)別的方式不利于快速分析，并不能幫助很快地解譯出災(zāi)害體。對(duì)于災(zāi)害體的識(shí)別和確認(rèn)，必須是基于地理學(xué)原理和具體的形貌特征加以識(shí)別的。無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型采集的是關(guān)于拍攝對(duì)象的實(shí)際狀態(tài)和形貌，恰恰針對(duì)了此要求特征，并且通過(guò)解譯和判讀，可在第一步將次生地質(zhì)災(zāi)害總結(jié)歸納為：崩潰坍塌，山體滑坡，泥石流或者是堰塞湖等幾種類型：

（1）山體滑坡

在此攝影模型采集的信息中，每個(gè)鏡頭和航向，均與其旁邊的鏡頭有約近1/3的交集區(qū)域，經(jīng)過(guò)立體三維分析，可以較為迅速地對(duì)于山體滑坡產(chǎn)生的高度和厚度予以計(jì)算得出，繼而預(yù)測(cè)判別滑動(dòng)的去向，結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)資料總結(jié)得到構(gòu)成此山體的巖石成分。

（2）崩塌

與滑坡基本類似，二維和三維的維度基本信息，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)邏輯推算山體坍塌的數(shù)量信息。

（3）泥石流

不同于前兩種，主要側(cè)重于數(shù)量指標(biāo)的解譯，泥石流的判斷集中在其物質(zhì)成分的識(shí)別。當(dāng)然泥石流的發(fā)生一般在伴隨著前兩種災(zāi)害的同時(shí)，其發(fā)生所必須的地質(zhì)條件從前兩種的解譯中也可得到部分解譯。

（4）堰塞湖

它的產(chǎn)生和構(gòu)成主要是諸如前三種災(zāi)害發(fā)生后的“后遺癥”，當(dāng)它們的發(fā)生地點(diǎn)恰好是在河道區(qū)域，兩岸的滑坡阻塞了河流的暢通，形成了災(zāi)害后特殊的堰塞湖?；碌娜S維度指標(biāo)數(shù)值的計(jì)量，繼而可以推測(cè)湖區(qū)的容量體積，解讀到其平面范圍的規(guī)模，配合高度信息得到三維的解譯。并且堰塞湖因?yàn)楹年P(guān)系，相關(guān)水文和氣象的資料的結(jié)合，亦可以得到匯流以及水位的地質(zhì)信息。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影模型是目前較為創(chuàng)新，并得到普遍應(yīng)用的一種測(cè)繪及信息收集手段，因其機(jī)動(dòng)性、時(shí)效性、簡(jiǎn)便性和高質(zhì)量的信息收集，得到了普遍的應(yīng)用和研究焦點(diǎn)的關(guān)注。在應(yīng)急救災(zāi)例如地震、山體滑坡、泥石流等等的過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)一手信息的迅速掌握，繼而引導(dǎo)救災(zāi)工作科學(xué)有序并快速地開展下去，盡最大的力量避免人身安全的危害和物資財(cái)產(chǎn)的損失。新技術(shù)在此工作中得到了“得其所”般恰如其分的應(yīng)用。然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展腳步的局限，在信息收集處理和輸出過(guò)程中仍然存在著許多細(xì)節(jié)的問(wèn)題不盡如人意。因此，在今后的研究和實(shí)踐工作中，也必然將我們的重點(diǎn)和焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移至更為深入和細(xì)致的探討，完善各細(xì)節(jié)的工作上來(lái)。

參考文獻(xiàn)

[1]紅鵬微型無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)在應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用[J].安全，2015（1）：63.

[2]孫亮，夏永華.基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測(cè)繪大比例尺地形圖的可行性研究[J].價(jià)值工程，2017（8）：209-212.

[3]李瑋瑋.基于傾斜攝影三維影像的建筑物震害提取研究[D].中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，2016.

[4]汪雅婕. Pix4Dmapper在無(wú)人機(jī)航攝應(yīng)急救災(zāi)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2016（9）：202-203.

[5]劉宇，黃亮亮，趙丹妮，等.基于無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)航拍數(shù)據(jù)的突發(fā)事件應(yīng)急救援系統(tǒng)開發(fā)[J].科技視界，2015（27）：59.