石津旗

（河北省廊坊市生態(tài)環(huán)境局 065000）

0 引言

縱觀近些年來(lái)我國(guó)在環(huán)境管理上所做出的努力，我國(guó)的環(huán)境治理和防污染工作已經(jīng)取得了良好的成效，我國(guó)的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)水平取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著近些年來(lái)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的持續(xù)革新，無(wú)人機(jī)全景技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，在我國(guó)的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作中有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。無(wú)人機(jī)的全景成像技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，成像范圍一般情況下都是有一個(gè)設(shè)定的數(shù)值，同時(shí)成像的范圍還受到飛行航線(xiàn)規(guī)劃的影響。部分無(wú)人機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中，由于成像范圍比較有限，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)范圍比較小，并且控制不便，這些缺點(diǎn)對(duì)于無(wú)人機(jī)飛行器的任務(wù)執(zhí)行有非常大的負(fù)面影響。無(wú)人機(jī)全景監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠在很大程度上彌補(bǔ)這些不足，幫助現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作人員快速、準(zhǔn)確地了解和處理突發(fā)環(huán)境狀況。因此，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)全景技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用至關(guān)重要，對(duì)于國(guó)家環(huán)境健康可持續(xù)發(fā)展具有關(guān)鍵意義。

1 無(wú)人機(jī)全景技術(shù)的概念

全景技術(shù)是指通過(guò)圖像建模、渲染技術(shù)基礎(chǔ)，在空間坐標(biāo)中選擇一個(gè)點(diǎn)作為觀察的視點(diǎn)，從視點(diǎn)出發(fā)，對(duì)周?chē)軌蛴^測(cè)到的圖像信息進(jìn)行采集，然后應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)采集到的圖像信息進(jìn)行處理，使圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)無(wú)縫隙的全景圖像，得到的全景圖像能夠通過(guò)特定的計(jì)算機(jī)顯示引擎呈現(xiàn)出來(lái)，從而完成三維虛擬場(chǎng)景的搭建。這種三維虛擬場(chǎng)景能夠滿(mǎn)足任意視點(diǎn)角度的觀測(cè)。

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，全景技術(shù)就是三維場(chǎng)景在計(jì)算機(jī)上的虛擬再現(xiàn)，是一種及時(shí)、快速、準(zhǔn)確地將真實(shí)環(huán)境狀況和影響通過(guò)視點(diǎn)反映出來(lái)供相關(guān)工作人員觀測(cè)的先進(jìn)手段。通過(guò)全景技術(shù)的應(yīng)用，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員，在工作過(guò)程中，不必再對(duì)視野范圍內(nèi)的不必要場(chǎng)景進(jìn)行建模和渲染，就能夠輕松實(shí)現(xiàn)三維立體的空間視覺(jué)景象的呈現(xiàn)，大大減其工作內(nèi)容的復(fù)雜程度[1]。全景技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用，能夠幫助相關(guān)工作技術(shù)人員對(duì)于突發(fā)環(huán)境狀況快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行整體、宏觀的把握，同時(shí)對(duì)于環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)的狀況的動(dòng)態(tài)變化也能夠及時(shí)地了解，從而為環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作上提供充分的技術(shù)支持。

2 全景監(jiān)測(cè)的基本條件

空中全景監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)主要條件：其一，空中全景監(jiān)測(cè)首先需要以無(wú)人機(jī)飛行器攝像頭的正下方作為觀察的主視場(chǎng)，利用周邊的攝像機(jī)作為副視場(chǎng)。其二，無(wú)人機(jī)飛行器需要設(shè)置自穩(wěn)系統(tǒng)，自穩(wěn)系統(tǒng)能夠使飛行姿態(tài)不斷變化的飛行器在拍攝影像的過(guò)程中，圖像的擺動(dòng)減少。其三，在對(duì)視場(chǎng)進(jìn)行定位時(shí)，中心主視場(chǎng)定位要精準(zhǔn)，副視場(chǎng)的定位可以根據(jù)需求進(jìn)行定位調(diào)整。其四，在圖像傳輸?shù)倪^(guò)程中，對(duì)于圖像的傳輸格式、傳輸手段需要進(jìn)行合適的選擇，必須考慮所使用的圖像傳輸設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)。其五，利用地面設(shè)備進(jìn)行拍攝影像的整理和拼接，從而完成全景圖像的繪制[2]。其六，由于無(wú)人機(jī)飛行器中，全景圖像拍攝的相關(guān)設(shè)備的大小有一定的限制，必須要考慮飛行器的類(lèi)型。

3 在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作中應(yīng)用無(wú)人機(jī)全景技術(shù)的長(zhǎng)效策略

3.1 對(duì)于實(shí)際環(huán)境狀況進(jìn)行全景影像數(shù)據(jù)的收集和處理

在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作過(guò)程中，利用無(wú)人機(jī)全景技術(shù)開(kāi)展工作的首要步驟就是對(duì)于實(shí)際環(huán)境狀況進(jìn)行全景影像數(shù)據(jù)的收集和處理。環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作人員利用無(wú)人機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境狀況信息進(jìn)行采集時(shí)，需要充分保證采集的影像數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性。在采集環(huán)境影像信息時(shí)，一般所用到的技術(shù)設(shè)備是小型飛行器，小型飛行器需要擁有較高的圖像分辨率，在使用過(guò)程中，對(duì)環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)狀況的影像信息資料采集才能夠滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)工作的高質(zhì)量要求。除此之外，小型飛行器的應(yīng)用還有較長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間、較低的成本投入以及采集影像信息精度高、數(shù)據(jù)資料擁有更高的靈活性等諸多優(yōu)點(diǎn)[3]。當(dāng)前階段，無(wú)人機(jī)全景技術(shù)的應(yīng)用，所用到的飛行器種類(lèi)主要包括以下三種：其一，大型旋翼飛行器。其二，固定翼飛行器。其三，小型旋翼飛行器。在三種市面上主要應(yīng)用的無(wú)人機(jī)種類(lèi)中，不同的旋翼類(lèi)型的適用狀況有一定的區(qū)別。例如，小型旋翼在觀測(cè)范圍較小、精度要求較高的環(huán)境狀況影像信息的采集工作中，由于其超高的可操作性、高度的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，其在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作上應(yīng)用價(jià)值非常高。

應(yīng)用小型旋翼無(wú)人機(jī)飛行器對(duì)于實(shí)際環(huán)境狀況進(jìn)行全景影像數(shù)據(jù)的收集和處理時(shí)，首先需要把飛行器的位置調(diào)整到所選用的觀察視點(diǎn)的正上方，保持高度的穩(wěn)定，然后通過(guò)控制攝像頭的旋轉(zhuǎn)可以調(diào)整觀察視野范圍進(jìn)行環(huán)境狀況拍攝。每次拍攝的影響都會(huì)有重合的部分，將無(wú)人機(jī)的攝像頭進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)后，觀察視野范圍內(nèi)的全部環(huán)境影像資料就能夠完成采集工作。通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)狀況的圖像數(shù)據(jù)采集，圖像的清晰度較高，并且不會(huì)出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，同時(shí)會(huì)更好地消除視野盲點(diǎn)，從而真實(shí)、準(zhǔn)確地將監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境狀況通過(guò)全景圖像呈現(xiàn)出來(lái)，為環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的相關(guān)技術(shù)人員提供科學(xué)支持[4]。

3.2 通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全景圖像的呈現(xiàn)

對(duì)于實(shí)際環(huán)境狀況進(jìn)行全景影像數(shù)據(jù)的收集和處理后，需要進(jìn)行的工作程序是繪制全景圖像，這一工作流程在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作中至關(guān)重要。全景圖像從本質(zhì)上來(lái)分析，就是通過(guò)視點(diǎn)核心進(jìn)行中心投影面的構(gòu)建，在投影面上增加無(wú)人機(jī)攝像頭視野范圍內(nèi)的圖像、信息、數(shù)據(jù)、資料等。在繪制全景圖像的過(guò)程中，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員必須將無(wú)人機(jī)飛行器采集到的環(huán)境影像信息進(jìn)行分析處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娴娜轿粓D像，這樣才能夠充分保證全景圖像的清晰、明確，并且使圖像信息平滑過(guò)渡。

全景圖像的繪制和呈現(xiàn)，必須首先對(duì)無(wú)人機(jī)飛行器拍攝采集的圖像信息進(jìn)行整理和拼接，由于無(wú)人機(jī)攝像頭在拍攝圖像的過(guò)程中，相近的圖像照片在圖像信息上有一定的重疊部分，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員要對(duì)相近圖像照片的重疊特征進(jìn)行識(shí)別和分析，在其圖像信息之間建立聯(lián)系，對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、扭曲等技術(shù)操作，從而完成圖像的拼接[5]。通過(guò)技術(shù)操作后，無(wú)人機(jī)航拍圖像才能清晰、準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娴娜皥D像呈現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)，在呈現(xiàn)出來(lái)的全景圖像上，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員還需要對(duì)圖像的拼接部分進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整，如色調(diào)、亮度、對(duì)比度調(diào)節(jié)等，從而消除拼接部分的接縫線(xiàn)條，使全景圖像呈現(xiàn)出來(lái)后，擁有更好的真實(shí)度和平滑度。除此之外，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員還要對(duì)呈現(xiàn)出來(lái)的全景圖像進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充和優(yōu)化處理，才能充分保證全景圖像呈現(xiàn)最好的完整性。

3.3 對(duì)于環(huán)境全景圖像的瀏覽

全景圖像繪制完成后，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員要對(duì)圖像進(jìn)行瀏覽和技術(shù)分析。在對(duì)環(huán)境全景圖像進(jìn)行瀏覽的過(guò)程中，投影面的類(lèi)型會(huì)有一定的區(qū)別，這是由于瀏覽圖像時(shí)，選擇的觀察視點(diǎn)不同。利用無(wú)人機(jī)全景技術(shù)繪制的全景圖像主要分為兩種類(lèi)型，一種是柱面全景圖類(lèi)型，另外一種是球面全景圖類(lèi)型。柱面全景圖像一般呈現(xiàn)圓柱形的投影面，而球面全景圖像則是在標(biāo)有經(jīng)緯度的球面上投射平面的環(huán)境影像。球面影像的呈現(xiàn)，除了零度經(jīng)緯線(xiàn)外其余的投影信息都會(huì)出現(xiàn)圖像畸變，從而導(dǎo)致對(duì)圖像進(jìn)行瀏覽觀測(cè)時(shí)，水平觀測(cè)視角、垂直觀測(cè)視角能夠達(dá)到360°全方位和180°。因此，在球面全景圖像的瀏覽過(guò)程中，無(wú)人機(jī)全景技術(shù)對(duì)于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作中的突發(fā)環(huán)境狀況監(jiān)測(cè)更加適用。

在環(huán)境狀況信息的全景圖像瀏覽過(guò)程中，平面的全景圖像中包含的數(shù)據(jù)信息的體量是非常巨大的，因此不能在一次的圖像渲染中對(duì)所有內(nèi)容完成加載，否則會(huì)導(dǎo)致全景圖像的畫(huà)面過(guò)渡不平滑、清晰度下降等不良狀況，并且嚴(yán)重拖延圖像加載時(shí)間。為了防治這些不良狀況的發(fā)生，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員可以利用金字塔緩存的方式處理視野范圍內(nèi)分辨率不同的圖像，使得大部分的圖像數(shù)據(jù)信息能夠在較短的時(shí)間內(nèi)加載出來(lái)，避免影響環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展。這種全景圖像瀏覽的處理手段，能夠大幅度提高環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員對(duì)于圖像數(shù)據(jù)信息的瀏覽速度，同時(shí)在利用精準(zhǔn)圖像相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行信息采集時(shí)，能夠保證全景圖像較高的清晰度和完整性[6]。在全景圖像的瀏覽過(guò)程中，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員還需要通過(guò)全景顯示引擎對(duì)圖像預(yù)處理完成后的平面圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加載，從而實(shí)現(xiàn)全景圖像的瀏覽。

3.4 構(gòu)建三維全景監(jiān)測(cè)平臺(tái)

環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員在開(kāi)展工作的過(guò)程中，不僅要對(duì)突發(fā)事件狀況本身進(jìn)行勘查和分析，同時(shí)對(duì)于應(yīng)急狀況的數(shù)據(jù)信息還要作好記錄和分析，從而方便后續(xù)的應(yīng)急預(yù)案的決策。三維全景監(jiān)測(cè)平臺(tái)就是為了配合完成這一工作程序而構(gòu)建的。三維全景平臺(tái)可以應(yīng)用B/S 架構(gòu)，在服務(wù)器的端口儲(chǔ)存和集中數(shù)據(jù)信息，如此一來(lái)，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的相關(guān)技術(shù)人員能夠通過(guò)登錄平臺(tái)，就可以對(duì)環(huán)境突發(fā)狀況的現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行查看和分析。三維全景監(jiān)測(cè)平臺(tái)有表現(xiàn)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層這三個(gè)重要的層次架構(gòu)。第一，數(shù)據(jù)層需要完成圖像信息資料的采集和儲(chǔ)存，然后將信息數(shù)據(jù)上傳到平臺(tái)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。三維全景平臺(tái)接收到用戶(hù)請(qǐng)求指令后，就能夠加載出用戶(hù)所要瀏覽的全景圖像和相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。表現(xiàn)層是三維監(jiān)測(cè)平臺(tái)在用戶(hù)瀏覽動(dòng)作的最終體現(xiàn)形式，能夠?qū)⑷皥D像呈現(xiàn)給用戶(hù)，為用戶(hù)的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作提供依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自然環(huán)境的發(fā)展與人類(lèi)生存息息相關(guān)。隨著綠色環(huán)保理念逐漸深入人心，我國(guó)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作上做出了諸多努力。為了更好地促進(jìn)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作效率和質(zhì)量的提高，如何科學(xué)、合理地應(yīng)用無(wú)人機(jī)全景技術(shù)成為了環(huán)境監(jiān)測(cè)人員的重要工作內(nèi)容。無(wú)人機(jī)全景技術(shù)與環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的充分融合，能夠幫助環(huán)境監(jiān)測(cè)工作人員在實(shí)際的環(huán)境基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)三維虛擬實(shí)景。三維虛擬實(shí)景通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與傳感器建立聯(lián)系，搭建監(jiān)測(cè)平臺(tái)，能夠高度還原環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，從而提高環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確性。