無人機(jī)全景技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用研究

劉統(tǒng)周，于 悅

（山東省臨沂環(huán)境監(jiān)測中心，山東 臨沂 276000）

目前，我國始終著力推動(dòng)環(huán)境管理和環(huán)境保護(hù)工作的實(shí)施與發(fā)展，各類新型技術(shù)被廣泛應(yīng)用于在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的革新與發(fā)展，當(dāng)前我國無人機(jī)全景技術(shù)越發(fā)先進(jìn)，特別是在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測相關(guān)工作中，無人機(jī)全景技術(shù)顯露出了獨(dú)特的優(yōu)勢。因此本文著重探究無人機(jī)全景技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用，希望能夠進(jìn)一步推動(dòng)我國環(huán)境領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

1 無人機(jī)全景技術(shù)概述

全景技術(shù)主要通過圖像建模和圖像渲染來實(shí)現(xiàn)的，在進(jìn)行空間坐標(biāo)架構(gòu)時(shí)直接選定某一點(diǎn)，將其作為全景觀察視點(diǎn)，并由此出發(fā)對周圍的事物和圖像信息進(jìn)行全方位的采集，再將采集到的信息和圖像通過計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和相關(guān)處理系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，將拍攝到的圖像和信息逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)且無縫隙、銜接點(diǎn)的全景圖像。

全景技術(shù)所獲得的圖像能夠進(jìn)一步創(chuàng)建三維虛擬場景，而在此場景之中也能夠滿足觀測者從任意視點(diǎn)的角度開展有效觀測，因此全景技術(shù)可以將三維的場景在計(jì)算機(jī)上重新進(jìn)行虛擬和再現(xiàn)，能夠更加實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反映觀測點(diǎn)的實(shí)際信息和真實(shí)情況，幫助觀測人員進(jìn)行全方位的觀測。將全景技術(shù)應(yīng)用于無人機(jī)之中，能夠最大程度上拓展觀測視野，特別是在進(jìn)行環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測時(shí)，能夠讓工作人員和技術(shù)人員無須再對區(qū)域內(nèi)的眾多不必要場景進(jìn)行渲染或建模，可以直接通過無人機(jī)全景技術(shù)構(gòu)建區(qū)域立體空間視覺景象，最大程度上縮減工作流程，減少工作的復(fù)雜程度。在進(jìn)行環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測時(shí)，應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)突發(fā)環(huán)境背景之下的快速反應(yīng)、整體把握，讓工作人員能夠?qū)^(qū)域還將現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)了解。

2 在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)的基本條件

在應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)，需要滿足六方面條件。一是要將位于無人機(jī)攝像頭正下方的區(qū)域，作為全景監(jiān)測觀察的主視角區(qū)，并將無人機(jī)側(cè)邊及其他攝像機(jī)作為副視角。第二，要確保無人機(jī)飛行器攜帶穩(wěn)定系統(tǒng)，其穩(wěn)定系統(tǒng)能夠確保無人機(jī)在飛行時(shí)不會受到飛行器的姿態(tài)變化和飛行振動(dòng)影響，確保全景影像拍攝效果，避免圖像出現(xiàn)擺動(dòng)。第三，在針對無人機(jī)全景監(jiān)測的視場定位時(shí)需要著重強(qiáng)調(diào)主視角區(qū)域定位的精準(zhǔn)性和全面性，而副視場則可以根據(jù)實(shí)際需求和環(huán)境監(jiān)測的具體目標(biāo)進(jìn)行合理調(diào)整。第四，在對無人機(jī)全景監(jiān)測圖像信息進(jìn)行傳輸時(shí)，需要確保相關(guān)傳輸設(shè)備和傳輸格式的符合圖像和信息傳輸?shù)幕疽蟆５谖?，要充分運(yùn)用地面設(shè)備，實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備與空中無人機(jī)全景監(jiān)測之間的有效銜接，確保全景圖像如實(shí)反映區(qū)域情況。第六，應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)進(jìn)行環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測需要確保無人機(jī)的大小及其攝像頭等相關(guān)設(shè)備符合圖像需求，讓全景圖像更加清晰、明亮。

3 無人機(jī)全景技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用策略

3.1 根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的實(shí)際情況，強(qiáng)化影像數(shù)據(jù)的收集

開展環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測時(shí)，應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)要根據(jù)監(jiān)測現(xiàn)場的實(shí)際環(huán)境狀況合理調(diào)整無人機(jī)，并強(qiáng)化各類環(huán)境影像數(shù)據(jù)的收集和整理。首先，要確保無人機(jī)對環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場各類環(huán)境信息的全方位采集，保障各類信息影像的真實(shí)準(zhǔn)確。另外，在進(jìn)行環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測時(shí)，大多數(shù)情況下所應(yīng)用的無人機(jī)為小型的飛行器，要保障無人機(jī)的圖像分辨率能夠達(dá)到環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作要求，確保各類影像和信息資料始終保持較高質(zhì)量。與此同時(shí)，也要確保無人機(jī)的待機(jī)時(shí)間能夠適應(yīng)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測的長時(shí)間飛行，有效減少相應(yīng)的成本投入，保障影像信息的精準(zhǔn)度。

當(dāng)前我國廣泛應(yīng)用的無人機(jī)全景技術(shù)，主要有三種類型的飛行器，分別是固定翼飛行器、大型旋翼飛行器和小型旋翼飛行器，不同類型的無人機(jī)飛行器在實(shí)際環(huán)境狀況監(jiān)測中會適應(yīng)不同的空間和監(jiān)測需求。以小型旋翼飛行器為例，此類無人機(jī)飛行器的觀測范圍較小，但是精度水平較高，操作性和穩(wěn)定性較強(qiáng)，因此在范圍較小、精準(zhǔn)度需求較高的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作中，可以應(yīng)用小型旋翼無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

在應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)時(shí)，要確定無人機(jī)飛行器的攝像頭位置位于所要觀察的視點(diǎn)正上方，始終保持高度的一致性和穩(wěn)定性，并通過遙控控制讓飛行器的攝像頭能夠旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其他角度視野范圍的拍攝與觀察。因?yàn)樵诓煌嵌群兔看闻臄z期間都會出現(xiàn)一定的重合部分，因此可以直接將無人機(jī)進(jìn)行全面旋轉(zhuǎn)，確保整個(gè)視野范圍的影像資料能夠如實(shí)采集。另一方面，也要不斷強(qiáng)化無人機(jī)全景技術(shù)圖像采集的處理效率，確保圖像清晰，沒有畸變和視野盲點(diǎn)等現(xiàn)象，真實(shí)的反映環(huán)境監(jiān)測區(qū)域的實(shí)際環(huán)境問題和環(huán)境狀況。

3.2 強(qiáng)化計(jì)算機(jī)技術(shù)對全景圖像的展現(xiàn)

在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作中，運(yùn)用無人機(jī)對環(huán)境監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行全方位的拍攝和圖像信息記錄之后，需要用計(jì)算機(jī)技術(shù)對全景圖像進(jìn)行重現(xiàn)和繪制。在這一工作環(huán)節(jié)中，需要保障計(jì)算機(jī)技術(shù)的精準(zhǔn)性和真實(shí)性，因?yàn)槿凹夹g(shù)在應(yīng)用過程中主要以視點(diǎn)為核心，并以視點(diǎn)進(jìn)行投影面的構(gòu)建與發(fā)展，可以在投影面中增加無人機(jī)攝像頭所拍攝到的各類圖像信息和數(shù)據(jù)資料。在應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的過程中，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測的工作人員和技術(shù)人員，需要將拍攝到的平面圖像進(jìn)行分析和處理，確保所得到的圖像更加清晰，圖像信息之間能夠?qū)崿F(xiàn)平滑過渡。

為了進(jìn)一步構(gòu)建較為全面清晰的全景圖像，需要對無人機(jī)拍攝的畫面和圖像信息進(jìn)行有效拼接和全面整理，但是不容忽視的是，無人機(jī)所拍攝到的圖像難免會存在重合部分，因此這也需要技術(shù)人員針對此類重疊部分進(jìn)行全方位地識別和著重分析探究，搭建起不同圖像之間的聯(lián)系，并通過將圖像旋轉(zhuǎn)、扭曲等系列操作，實(shí)現(xiàn)不同圖像之間的有效拼接，讓無人機(jī)拍攝到的圖像數(shù)據(jù)能夠切實(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槿皥D像效果。在進(jìn)行圖像處理時(shí)，技術(shù)人員可以將圖像的色調(diào)、亮度和對比度等具體的細(xì)節(jié)進(jìn)行全面處理，消除不同圖像之間的拼接縫，確保處理后的全景圖像更加流暢，真實(shí)度較高，也可以對全景圖像進(jìn)行再一次補(bǔ)充和優(yōu)化，保證圖像的完整。

3.3 提前對環(huán)境監(jiān)測全景圖像進(jìn)行瀏覽

應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)完成環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測全景圖像拍攝和三維立體圖像構(gòu)建之后，需要技術(shù)人員對全景圖像進(jìn)行一定的瀏覽，并開展技術(shù)分析。因?yàn)樵谌皥D像瀏覽的環(huán)節(jié)中，投影面存在一定差異，這也使得技術(shù)人員在進(jìn)行圖像瀏覽時(shí)，所選擇的視點(diǎn)有所不同。無人機(jī)全景技術(shù)所繪制出的全景圖像主要為柱形全景圖和球形全景圖兩類。柱形全景圖，大多呈現(xiàn)出圓柱形的投影面狀態(tài)，而球形全景圖投射出的影像，類似于地球，此類有經(jīng)緯度顯示的環(huán)境影響，但是另一方面，應(yīng)用球面全景圖進(jìn)行圖像瀏覽時(shí)，部分投影信息會發(fā)生畸變，不論是水平視角還是垂直視角都能實(shí)現(xiàn)全方位的觀測[1]。因此，在進(jìn)行球面全景圖瀏覽時(shí)能夠更好地應(yīng)用于無人機(jī)全景技術(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測的全方位觀測。

環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中所應(yīng)用的無人機(jī)全景技術(shù)，相關(guān)數(shù)據(jù)信息體量龐大，有時(shí)僅僅通過一次的渲染就完成圖像搭建和內(nèi)容加載，這也會使得全景圖像在展示畫面時(shí)會出現(xiàn)不平滑的情況，拖延圖像瀏覽和加載時(shí)間。為了有效避免此類情況的發(fā)生，技術(shù)人員可以應(yīng)用金字塔緩存法對圖像進(jìn)行有效處理，確保技術(shù)人員在進(jìn)行圖像瀏覽時(shí)，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)獲取較多的圖像數(shù)據(jù)信息，避免環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作受到延誤。應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)進(jìn)行環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測需要確保相關(guān)全景圖像清晰度高、圖像完整性強(qiáng)，因此專業(yè)技術(shù)人員同樣也可以應(yīng)用圖像瀏覽引擎的形式，加速完成圖像信息的加載和圖像信息的識別。

3.4 全方位構(gòu)建三維立體全景監(jiān)測平臺

開展環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作時(shí)，專業(yè)技術(shù)人員需要對各類環(huán)境突發(fā)狀況進(jìn)行全方位的核查和有序分析，并用無人機(jī)全景技術(shù)強(qiáng)化對區(qū)域環(huán)境的監(jiān)察和應(yīng)急狀況的處理。通過各類信息數(shù)據(jù)的收集，做好相關(guān)記錄，并制定應(yīng)急預(yù)案和相關(guān)決策，因此，以無人機(jī)全景技術(shù)為基礎(chǔ)所搭建出的三維全景監(jiān)測平臺，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的目的和效果。在搭建三維全景監(jiān)測平臺時(shí)，可以應(yīng)用B/S的架構(gòu)模式，強(qiáng)化計(jì)算機(jī)服務(wù)器端口的信息處理、信息儲存能力。應(yīng)用三維全景監(jiān)測平臺，專業(yè)技術(shù)人員可以直接通過現(xiàn)有平臺對各類環(huán)境突發(fā)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)查看和問題分析，再加上平臺中所應(yīng)用的表現(xiàn)層、數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)層，可以根據(jù)不同的層次架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同層級的環(huán)境監(jiān)測工作。例如可以依靠數(shù)據(jù)層強(qiáng)化各類圖像信息的收集和信息儲存，并及時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到中心數(shù)據(jù)庫中；而表現(xiàn)層主要作用在于根據(jù)用戶的實(shí)際瀏覽動(dòng)作對三維全景立體圖像進(jìn)行最終體現(xiàn)，為環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作提供必要的分析依據(jù)和參考要素[2]。

4 結(jié)論

總而言之，在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中需要進(jìn)一步應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)，不斷提升技術(shù)應(yīng)用水平。因此本文從無人機(jī)全景技術(shù)概述入手，并探究無人機(jī)全景監(jiān)測的基本條件，著重分析如何在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作中應(yīng)用無人機(jī)全景技術(shù)。希望本文的研究能夠進(jìn)一步推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測工作的深入發(fā)展。