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        無人機(jī)低空航拍遙感在應(yīng)急測繪保障中的應(yīng)用

        2021-01-04 03:57:08趙波濤
        中國金屬通報 2020年11期
        關(guān)鍵詞:低空航拍災(zāi)害

        趙波濤

        (華北地質(zhì)勘查局五一九大隊,河北 保定 071027)

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

        隨著社會經(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經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。為了有效加強自然災(zāi)害事故的應(yīng)急保障和救援管理,必須要通過應(yīng)用先進(jìn)的測繪技術(shù),對災(zāi)害事故現(xiàn)場進(jìn)行實施監(jiān)測,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,有效彌補了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感和載人航測的缺陷,具有靈活便利、時效性高以及成本低等優(yōu)勢,在災(zāi)害應(yīng)急保障管理中得到廣泛應(yīng)用。

        1 無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)概述

        1.1 系統(tǒng)構(gòu)成及功能

        對于無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)來說,其通常由以下幾部分構(gòu)成:第一,飛行平臺。相對比載人飛行系統(tǒng),無人機(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)式后三點布局結(jié)構(gòu)。正是因為如此,無人機(jī)起落具有輕巧、便利以及強度大等優(yōu)勢,這為其在野外特殊測繪作業(yè)中應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ);第二,飛行控制系統(tǒng)。通常情況下,無人機(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)在開展野外測繪時更加的高效便利,并且測繪精準(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大等優(yōu)勢,所以將其作為無人機(jī)遙感攝影的傳感器比較合理;第四,軟件系統(tǒng)。對于無人機(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)控軟件主要是對無人機(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)勢及特點

        相對比其它遙感測繪系統(tǒng)而言,無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢,詳細(xì)如下:第一,系統(tǒng)本身比較輕巧靈活,飛行操作相對便利,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)的載人飛行測繪具有更高的安全性和可靠性,同時也有效確保了測繪結(jié)果的精準(zhǔn)度;第二,該系統(tǒng)屬于低空航拍測繪,所以實際當(dāng)中不會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。在實際進(jìn)行城市應(yīng)急保障測繪管理時,該系統(tǒng)可以有效避開城市高層建筑物的干擾,提升測繪結(jié)果的精準(zhǔn)度;第三,相對比載人飛行器,無人機(jī)遙感系統(tǒng)起落不需要特定的機(jī)場,而且對于操作人員的素質(zhì)要求相對較低,同時無人機(jī)測繪成本投入也相對較低,后續(xù)的維修和保養(yǎng)相對簡便,這使得其在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。

        2 無人機(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繪的要求,卻無法滿足應(yīng)急保障和救援管理對于時效性的需求,因此在應(yīng)急測繪保障中應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)時,應(yīng)當(dāng)注重數(shù)據(jù)信息的實時傳輸和處理。為了滿足這一需求,將高分辨率遙感數(shù)據(jù)與無人機(jī)平臺其它傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實時有效融合,以此達(dá)到應(yīng)急保障測繪的實際需求。對于數(shù)據(jù)的實時傳輸而言,其需要滿足在不同的環(huán)境和地點進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的獲取,可以通過衛(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?,以滿足實時傳輸數(shù)據(jù)的要求,無人機(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)信息的實時傳輸后,接著要進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效處理。對于低空航拍遙感測繪系統(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,這無法實現(xiàn)影像匹配的全自動連接點選取及配準(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,并且大體上實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的自動化處理。對于該系統(tǒng)影像處理而言,其主要是在獲取數(shù)據(jù)后對影像進(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 無人機(jī)低空航拍遙感在應(yīng)急測繪保障中的應(yīng)用

        3.1 地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對

        在對地質(zhì)災(zāi)害分布調(diào)查中,應(yīng)用無人機(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)對提供指導(dǎo)。在一些地形和環(huán)境比較特殊的區(qū)域,實施地質(zhì)災(zāi)害測繪相對困難,無法滿足其對于數(shù)據(jù)獲取時效性的要求,但是應(yīng)用無人機(jī)卻相對靈活便利,低空航拍優(yōu)勢使其可以更加有效的應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害測繪管理中。對于某一區(qū)域發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害來說,應(yīng)急保障及救援最為關(guān)鍵的就是掌握災(zāi)害現(xiàn)場的第一手?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)場數(shù)據(jù)獲取中可以滿足是時效性的要求,并且影像數(shù)據(jù)信息獲取后經(jīng)過拼接和校正處理,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[1]。

        3.2 森林防火

        近年來,森林火災(zāi)時常發(fā)生,對于生態(tài)建設(shè)造成巨大的影響,也在很大程度上阻礙了社會經(jīng)濟(jì)水平的提升。為了滿足森林的防火要求,需要運用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)實時動態(tài)化的監(jiān)測管理,以確?;馂?zāi)發(fā)生第一時間得到有效控制。而無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)在森林防火中應(yīng)用效果顯著,其主要通過配備彩色CCD任務(wù)載荷和紅外探測任務(wù)載荷對森林目標(biāo)區(qū)域火災(zāi)實時監(jiān)測,將數(shù)據(jù)實時進(jìn)行地面?zhèn)鬏?,地面控制中心可以隨時隨地獲取目標(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。無人機(jī)遙感系統(tǒng)通過搭載的傳感器獲取高分辨率影像,建立三維動態(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),計算壩體位置水深;然后通過壩體前后的有水和無水位置,確定壩體高度,計算出堰塞湖的體積。堰塞湖的流域面積可通過地形圖量算,再配合水文和氣象資料,計算有關(guān)匯流及水位上漲信息。

        4 結(jié)束語

        綜上所述,無人機(jī)低空航拍遙感是一種先進(jìn)的測繪技術(shù),其具有靈活、便捷以及高精度等優(yōu)勢,在工程測繪領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,特別是對于應(yīng)急保障管理而言,無人機(jī)遙感系統(tǒng)的功能更加符合要求,可以滿足應(yīng)急保障管理對于時效性和精準(zhǔn)度的要求,通過實際的測繪獲取現(xiàn)場的第一手資源,然后及時傳輸給相關(guān)人員進(jìn)行分析和判別,以便于做出進(jìn)一步的處理。無人機(jī)低空航拍遙感技術(shù)的應(yīng)用,為我國應(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、森林防火以及堰塞湖災(zāi)害評估等,但是該技術(shù)在實際的應(yīng)用中也或多或少存在一些不足,后續(xù)需要加強研究,確保進(jìn)一步提升應(yīng)用效果。

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