無(wú)人機(jī)低空航拍遙感在應(yīng)急測(cè)繪保障中的應(yīng)用

趙波濤

（華北地質(zhì)勘查局五一九大隊(duì)，河北 保定 071027）

關(guān)鍵字：無(wú)人機(jī)；低空航拍；遙感技術(shù)；應(yīng)急測(cè)繪保障

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活質(zhì)量得到了大幅度提升，各行各業(yè)發(fā)展十分迅速，但是經(jīng)濟(jì)水平的提升卻造成了自然環(huán)境的惡化，各類自然災(zāi)害事故頻發(fā)，不僅給生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)造成影響，也在很大程度上阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。為了有效加強(qiáng)自然災(zāi)害事故的應(yīng)急保障和救援管理，必須要通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)，對(duì)災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，以獲取高精度的影像數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)的救援和處理提供保障。當(dāng)前無(wú)人機(jī)低空航拍遙感技術(shù)得到了進(jìn)一步的完善，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感和載人航測(cè)的缺陷，具有靈活便利、時(shí)效性高以及成本低等優(yōu)勢(shì)，在災(zāi)害應(yīng)急保障管理中得到廣泛應(yīng)用。

1 無(wú)人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成及功能

對(duì)于無(wú)人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其通常由以下幾部分構(gòu)成：第一，飛行平臺(tái)。相對(duì)比載人飛行系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中機(jī)身材料比較特殊，一般由玻璃鋼、碳纖維以及金屬等材質(zhì)制作而成，機(jī)身前端安置有發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，機(jī)翼旁連接碳纖維圓管插接，外形構(gòu)成了接進(jìn)式后三點(diǎn)布局結(jié)構(gòu)。正是因?yàn)槿绱?，無(wú)人機(jī)起落具有輕巧、便利以及強(qiáng)度大等優(yōu)勢(shì)，這為其在野外特殊測(cè)繪作業(yè)中應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；第二，飛行控制系統(tǒng)。通常情況下，無(wú)人機(jī)航拍遙感飛行控制系統(tǒng)包括三部分，即機(jī)載飛行控制、地面控制中心以及通訊設(shè)備等，這三部分的協(xié)調(diào)控制，使得飛行系統(tǒng)在開(kāi)展野外測(cè)繪時(shí)更加的高效便利，并且測(cè)繪精準(zhǔn)度較高；第三，遙感系統(tǒng)，其中主要包括高分辨率數(shù)碼單反相機(jī)，由于其具有輕巧、便利以及處理功能強(qiáng)大等優(yōu)勢(shì)，所以將其作為無(wú)人機(jī)遙感攝影的傳感器比較合理；第四，軟件系統(tǒng)。對(duì)于無(wú)人機(jī)航拍遙感軟件系統(tǒng)而言，主要包括監(jiān)控軟件、航線規(guī)劃軟件以及影像處理軟件三部分，其中監(jiān)控軟件主要是對(duì)無(wú)人機(jī)飛行區(qū)域、軌跡以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)督管理，以便于做出進(jìn)一步參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化；航線規(guī)劃軟件主要對(duì)飛行器飛行軌跡參數(shù)進(jìn)行規(guī)劃，然后進(jìn)一步控制固定翼、旋翼機(jī)等裝置；影像處理軟件則主要是對(duì)獲取的影像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行進(jìn)一步處理，得到更加直觀立體的圖像數(shù)據(jù)信息。

1.2 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

相對(duì)比其它遙感測(cè)繪系統(tǒng)而言，無(wú)人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)如下：第一，系統(tǒng)本身比較輕巧靈活，飛行操作相對(duì)便利，且不受環(huán)境及區(qū)域地形的干擾，特別是一些野外復(fù)雜區(qū)域的測(cè)繪，可以直接利用該系統(tǒng)獲取影像數(shù)據(jù)，這比傳統(tǒng)的載人飛行測(cè)繪具有更高的安全性和可靠性，同時(shí)也有效確保了測(cè)繪結(jié)果的精準(zhǔn)度；第二，該系統(tǒng)屬于低空航拍測(cè)繪，所以實(shí)際當(dāng)中不會(huì)受到云層的遮擋和干擾，這是傳統(tǒng)的航空攝影所不具備的特點(diǎn)。在實(shí)際進(jìn)行城市應(yīng)急保障測(cè)繪管理時(shí)，該系統(tǒng)可以有效避開(kāi)城市高層建筑物的干擾，提升測(cè)繪結(jié)果的精準(zhǔn)度；第三，相對(duì)比載人飛行器，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)起落不需要特定的機(jī)場(chǎng)，而且對(duì)于操作人員的素質(zhì)要求相對(duì)較低，同時(shí)無(wú)人機(jī)測(cè)繪成本投入也相對(duì)較低，后續(xù)的維修和保養(yǎng)相對(duì)簡(jiǎn)便，這使得其在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。

2 無(wú)人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)的應(yīng)用流程

2.1 數(shù)據(jù)獲取

就目前而言，很多的無(wú)人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)都是在飛行器完成降落后，由相應(yīng)的工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的下載，接著進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析，如此的數(shù)據(jù)獲取方式僅能滿足一般工程測(cè)繪的要求，卻無(wú)法滿足應(yīng)急保障和救援管理對(duì)于時(shí)效性的需求，因此在應(yīng)急測(cè)繪保障中應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重?cái)?shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸和處理。為了滿足這一需求，將高分辨率遙感數(shù)據(jù)與無(wú)人機(jī)平臺(tái)其它傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效融合，以此達(dá)到應(yīng)急保障測(cè)繪的實(shí)際需求。對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸而言，其需要滿足在不同的環(huán)境和地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的獲取，可以通過(guò)衛(wèi)星傳輸、視距微波傳輸與超視距數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸，并且將數(shù)據(jù)通過(guò)壓縮處理，目的是進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，以滿足實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的要求，無(wú)人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取流程如圖1所示。

圖1 影像數(shù)據(jù)獲取流程

2.2 數(shù)據(jù)處理

在完成數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸后，接著要進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效處理。對(duì)于低空航拍遙感測(cè)繪系統(tǒng)而言，其數(shù)據(jù)信息處理中存在一些缺陷和不足，例如影像重疊度不夠規(guī)則、數(shù)量多、像幅較小等，這無(wú)法實(shí)現(xiàn)影像匹配的全自動(dòng)連接點(diǎn)選取及配準(zhǔn)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，影像匹配技術(shù)、自動(dòng)空三技術(shù)以及信息化數(shù)據(jù)處理技術(shù)由此誕生，使得無(wú)人機(jī)低空航拍影像數(shù)據(jù)處理變得更加的有效，并且大體上實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理。對(duì)于該系統(tǒng)影像處理而言，其主要是在獲取數(shù)據(jù)后對(duì)影像進(jìn)行參數(shù)精化與DEM/DOM制作，詳細(xì)流程如圖2。

圖2 影像數(shù)據(jù)處理流程

3 無(wú)人機(jī)低空航拍遙感在應(yīng)急測(cè)繪保障中的應(yīng)用

3.1 地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對(duì)

在對(duì)地質(zhì)災(zāi)害分布調(diào)查中，應(yīng)用無(wú)人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)，可以直接獲取多光譜的影像數(shù)據(jù)，在對(duì)影像進(jìn)行校正及相應(yīng)處理后，得到數(shù)字高程模型和正射影像，這可以作為地質(zhì)災(zāi)害分布調(diào)查和判斷的主要依據(jù)，為后續(xù)的災(zāi)害應(yīng)對(duì)提供指導(dǎo)。在一些地形和環(huán)境比較特殊的區(qū)域，實(shí)施地質(zhì)災(zāi)害測(cè)繪相對(duì)困難，無(wú)法滿足其對(duì)于數(shù)據(jù)獲取時(shí)效性的要求，但是應(yīng)用無(wú)人機(jī)卻相對(duì)靈活便利，低空航拍優(yōu)勢(shì)使其可以更加有效的應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害測(cè)繪管理中。對(duì)于某一區(qū)域發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害來(lái)說(shuō)，應(yīng)急保障及救援最為關(guān)鍵的就是掌握災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析了解災(zāi)害發(fā)生的情況、波及的范圍以及受困人員的數(shù)量等，根據(jù)這些分析資料制定應(yīng)急和救援的措施方法。無(wú)人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)起落便利，數(shù)據(jù)獲取方便，所以將其應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取中可以滿足是時(shí)效性的要求，并且影像數(shù)據(jù)信息獲取后經(jīng)過(guò)拼接和校正處理，可以得到DOM、DEM以及熱紅外等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都可以作為分析災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)情況的主要資源。此外，影像數(shù)據(jù)的解譯可以幫助判別災(zāi)害體形狀與位置、造成地面破壞的面積、地形的變化、植被的破壞、河道和道路等的破壞與潛在次生災(zāi)害體，形成相應(yīng)的解譯結(jié)果圖及數(shù)據(jù)的初步統(tǒng)計(jì)[1]。

3.2 森林防火

近年來(lái)，森林火災(zāi)時(shí)常發(fā)生，對(duì)于生態(tài)建設(shè)造成巨大的影響，也在很大程度上阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提升。為了滿足森林的防火要求，需要運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)管理，以確保火災(zāi)發(fā)生第一時(shí)間得到有效控制。而無(wú)人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)在森林防火中應(yīng)用效果顯著，其主要通過(guò)配備彩色CCD任務(wù)載荷和紅外探測(cè)任務(wù)載荷對(duì)森林目標(biāo)區(qū)域火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行地面?zhèn)鬏敚孛婵刂浦行目梢噪S時(shí)隨地獲取目標(biāo)區(qū)域的影像數(shù)據(jù)，掌握森林火災(zāi)情況，以便于做出進(jìn)一步的救援和處理。

3.3 堰塞湖災(zāi)害評(píng)估

堰塞湖是在一定的地質(zhì)和地貌條件下，由于河谷岸坡在動(dòng)力地質(zhì)作用下迅速產(chǎn)生崩塌、滑坡、泥石流以及冰川、融雪活動(dòng)所產(chǎn)生的堆積物或火山噴發(fā)物等形成的自然堤壩橫向阻塞山谷、河谷或河床，導(dǎo)致上游段壅水而形成的湖泊。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)通過(guò)搭載的傳感器獲取高分辨率影像，建立三維動(dòng)態(tài)影像；再根據(jù)堰塞湖體的回水位置確定其高程，結(jié)合地形圖數(shù)據(jù)，計(jì)算壩體位置水深；然后通過(guò)壩體前后的有水和無(wú)水位置，確定壩體高度，計(jì)算出堰塞湖的體積。堰塞湖的流域面積可通過(guò)地形圖量算，再配合水文和氣象資料，計(jì)算有關(guān)匯流及水位上漲信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)低空航拍遙感是一種先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)，其具有靈活、便捷以及高精度等優(yōu)勢(shì)，在工程測(cè)繪領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，特別是對(duì)于應(yīng)急保障管理而言，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的功能更加符合要求，可以滿足應(yīng)急保障管理對(duì)于時(shí)效性和精準(zhǔn)度的要求，通過(guò)實(shí)際的測(cè)繪獲取現(xiàn)場(chǎng)的第一手資源，然后及時(shí)傳輸給相關(guān)人員進(jìn)行分析和判別，以便于做出進(jìn)一步的處理。無(wú)人機(jī)低空航拍遙感技術(shù)的應(yīng)用，為我國(guó)應(yīng)急保障管理提供了很大的便利，其中包括地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對(duì)、森林防火以及堰塞湖災(zāi)害評(píng)估等，但是該技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中也或多或少存在一些不足，后續(xù)需要加強(qiáng)研究，確保進(jìn)一步提升應(yīng)用效果。