孫婕文

寧夏回族自治區(qū)遙感調(diào)查院 寧夏 銀川 750021

無(wú)人機(jī)是運(yùn)用無(wú)線(xiàn)設(shè)備和一些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)對(duì)物體進(jìn)行操控的形式，同時(shí)也是不載人的一種飛行形式。其具有多元化的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，不但響應(yīng)的速度很快，同時(shí)也可以準(zhǔn)確且迅速的收獲一些空間信息，比如資源或地理等信息，除此之外，無(wú)人機(jī)也可以很好的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展和應(yīng)用，是如今對(duì)于自然災(zāi)害發(fā)生后的受損情況和應(yīng)急監(jiān)控工作的最佳手段。

1 無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的組成

1.1 無(wú)人機(jī)航攝平臺(tái)

本次應(yīng)急飛行會(huì)通過(guò)對(duì)測(cè)繪鷹系列 150型無(wú)人機(jī)進(jìn)行使用，這個(gè)系列的無(wú)人機(jī)所運(yùn)用的是碳纖維復(fù)合材料，其次依據(jù)飛行的高度和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行重新的完善和優(yōu)化，整個(gè)無(wú)人機(jī)的強(qiáng)度很高，且具有較輕的重量，無(wú)人機(jī)的剛度系數(shù)和材質(zhì)強(qiáng)度都極其大，有利于使運(yùn)輸更加便捷，同時(shí)對(duì)于存儲(chǔ)和操作也有著積極的影響[1]。這個(gè)無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)是DLE型的模式，不僅能夠在四千米的海拔高度起飛，同時(shí)也能夠在特有的環(huán)境和場(chǎng)地下實(shí)現(xiàn)彈射起飛和滑跑的過(guò)程，也能夠?qū)崿F(xiàn)傘降落地的形式。同時(shí)無(wú)人機(jī)在航天拍攝過(guò)程中也有重要性能標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 航攝傳感器

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用的數(shù)碼相機(jī)具有高性能的特點(diǎn)，并將其作為拍攝過(guò)程中的傳感器。這次的飛行過(guò)程運(yùn)用的是具有極高分辨率的佳能相機(jī)，并將其作為采集影像的應(yīng)用設(shè)備，這款相機(jī)所運(yùn)用的材料是具有極強(qiáng)堅(jiān)固性的鎂合金材料，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行防水的處理過(guò)程，可以更好的對(duì)一些外部環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)。該相機(jī)不但質(zhì)量很輕，其鏡頭的定焦能力也很強(qiáng)，可以同時(shí)進(jìn)行對(duì)三軸平臺(tái)的承載，并且在不斷進(jìn)行曝光拍攝的基礎(chǔ)下，也能夠得到具有很高分辨率的清晰影像。

1.3 飛行控制系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)GPS接收機(jī)的運(yùn)用來(lái)進(jìn)行對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的接收，并將所接收的信號(hào)進(jìn)行破譯，之后再把信息的位置傳送到導(dǎo)航的模塊。地面站和導(dǎo)航的模塊通過(guò)運(yùn)用無(wú)線(xiàn)電數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，導(dǎo)航模塊也是地面站和飛行模塊之間的重要橋梁。在出現(xiàn)意外的情況時(shí)，手動(dòng)控制器可以運(yùn)用無(wú)線(xiàn)電數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)送 PWM波信號(hào)，手搖接收機(jī)對(duì)其進(jìn)行接收，并使無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程進(jìn)行單獨(dú)的控制[2]。在無(wú)人機(jī)不受其他方面因素控制時(shí)，導(dǎo)航模塊會(huì)充分發(fā)揮出其對(duì)航程規(guī)劃和推算的重要性能，而飛控模塊是無(wú)人機(jī)完成自主飛行的重要依據(jù)，而地面站將會(huì)在無(wú)線(xiàn)電傳輸信息數(shù)據(jù)之后，對(duì)其進(jìn)行接收，并在此基礎(chǔ)上對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行合理的監(jiān)控。該無(wú)人機(jī)所運(yùn)用的是UP30型號(hào)的飛行體系，其具有很好的精準(zhǔn)度和很強(qiáng)的自動(dòng)飛行功能，除此之外，它可以設(shè)立有針對(duì)性的飛行高度和飛行速度，并在飛行的過(guò)程中可以隨時(shí)改變目標(biāo)點(diǎn)和飛行航點(diǎn)，在一定程度上可以有效的保護(hù)無(wú)人機(jī)的飛行安全性。

1.4 微波傳輸與地面系統(tǒng)

地面系統(tǒng)主要包含一些具有較高性能的筆記本電腦和較強(qiáng)亮度的顯示屏，它可以對(duì)大量航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，其次它具備較強(qiáng)的防水和抗震性能，以此來(lái)對(duì)外界的損傷或撞擊進(jìn)行有效的保護(hù)，通過(guò)對(duì)設(shè)備的遙控，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的遠(yuǎn)程控制。地面系統(tǒng)的配置軟件主要包含多方面的功能，比如對(duì)測(cè)區(qū)的查詢(xún)，對(duì)航線(xiàn)的規(guī)劃，對(duì)狀態(tài)的控制和對(duì)拍攝質(zhì)量的檢查等方面[3]。因此它可以實(shí)現(xiàn)拍攝前期的規(guī)劃目標(biāo)，和關(guān)于數(shù)據(jù)處理和飛行控制任務(wù)的完成。無(wú)人機(jī)通過(guò)微波模擬圖傳系統(tǒng)來(lái)與地面系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程，該過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)多面的數(shù)字鏈路，同時(shí)能夠充分發(fā)揮波的優(yōu)勢(shì)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，其傳輸?shù)木嚯x超過(guò)30km。

2 對(duì)無(wú)人機(jī)遙感的地震災(zāi)害數(shù)據(jù)的收集及處理

在九寨溝地震發(fā)生之后，我國(guó)的地震局和一些相關(guān)機(jī)構(gòu)等人員得知消息后迅速就奔赴九寨溝的災(zāi)區(qū)前線(xiàn)，并通過(guò)運(yùn)用無(wú)人機(jī)的固定翼功能和多旋翼性能來(lái)對(duì)災(zāi)情信息和影像進(jìn)行收集工作。本文選取兩組研究區(qū)，第一組是漳扎鎮(zhèn)三組，第二組是荷葉寨一組，并通過(guò)對(duì)特定無(wú)人機(jī)的使用來(lái)使獲得的清晰的影像，本次過(guò)程中主要采用的是在二零一七年八月在地震搜查工作中所使用的固定翼無(wú)人機(jī)，其有著較高的分辨率，大概為0.1m，在二零一七年九月研究組通過(guò)對(duì)旋翼無(wú)人機(jī)的利用來(lái)進(jìn)行對(duì)荷葉寨在地震發(fā)生之后的影像獲取，其分辨率大概是0.02m左右。無(wú)人機(jī)所采集的影像主要包含幾個(gè)方面，第一方面是序列航拍照片，第二方面是和其相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，本文通過(guò)對(duì)一些軟件的利用，并運(yùn)用恢復(fù)三維場(chǎng)景結(jié)構(gòu)在信息運(yùn)動(dòng)中的優(yōu)勢(shì)的有效形式，來(lái)進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)在應(yīng)急情況下的采集與處理。第一，要進(jìn)行對(duì)無(wú)人機(jī)影像拍攝的數(shù)據(jù)導(dǎo)入過(guò)程，并且要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行POS的編輯，之后，再根據(jù)每一個(gè)圖像的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行區(qū)分與匹配，除此之外，可以充分的利用多目視覺(jué)原理，來(lái)實(shí)施三維重建的過(guò)程，使其能夠準(zhǔn)確的獲得一些稀疏點(diǎn)和攝像機(jī)的有效真實(shí)位置，最終，在對(duì)地形特點(diǎn)進(jìn)行重建的背景下在生成所對(duì)應(yīng)位置范圍的圖像[4]。因?yàn)檎鋱D像和真實(shí)位置在應(yīng)急情況的背景下會(huì)產(chǎn)生一些誤差，所以就必須要進(jìn)一步提升正射圖像的分辨率來(lái)更好的配合。

在一般情況下，無(wú)人機(jī)的圖像大部分都是關(guān)于某些建筑的頂部數(shù)據(jù)，所以對(duì)于一些建筑物的災(zāi)害程度的判斷是相對(duì)較小的，致力于提高無(wú)人機(jī)圖像對(duì)地震災(zāi)害的解譯程度，一些相關(guān)學(xué)者和研究團(tuán)隊(duì)在二零一七年八月到九月份期間，對(duì)九寨溝進(jìn)行了全面的地震災(zāi)害程度的調(diào)查與研究，在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)涉及到本文中的一些研究地區(qū)和一些有效的建筑物等。通過(guò)其調(diào)查的結(jié)果，可以看出，該研究地區(qū)的主要建筑類(lèi)別可以分為幾個(gè)形式，比如框架結(jié)構(gòu)，磚木結(jié)構(gòu)或一些磚混結(jié)構(gòu)等。研究者們對(duì)于各個(gè)類(lèi)型的建筑物都進(jìn)行了多方面的探究，比如從建筑面積和破壞程度方面等[5]。在調(diào)查研究的過(guò)程中，建筑物的破壞程度可以包含幾點(diǎn)，比如中等破壞，嚴(yán)重破壞或輕微破壞等程度。

3 對(duì)無(wú)人機(jī)遙感建筑物的震害評(píng)估

3.1 遙感的震害指數(shù)

遙感震害指數(shù)是一種判定某個(gè)地區(qū)災(zāi)害程度的標(biāo)準(zhǔn)，它所運(yùn)用的是遙感資料定量的形式。在相同的地震災(zāi)害中，對(duì)于不同的位置和不同的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其所產(chǎn)生的災(zāi)害程度也是不同的，為了更好的對(duì)地震災(zāi)害程度進(jìn)行評(píng)估，某些調(diào)查人員總結(jié)出了一個(gè)公式，來(lái)對(duì)遙感平均指數(shù)進(jìn)行計(jì)算：

3.2 無(wú)人機(jī)的震害解譯標(biāo)志

一般情況下，無(wú)人機(jī)的遙控手段會(huì)受到圖像分辨率的制約，對(duì)于建筑物損壞程度的觀察是存在局限性的，通常情況下只能夠?qū)θ?lèi)損害程度進(jìn)行識(shí)別，分別是未倒塌，部分倒塌和已經(jīng)倒塌[6]。相對(duì)于原先的遙感地震災(zāi)害的評(píng)估有區(qū)別的是，本文所運(yùn)用的是具有極高分辨率的為無(wú)人機(jī)圖像來(lái)對(duì)建筑物在地震災(zāi)害之后所破壞的程度等級(jí)，所以，本文也嘗試將其分為幾個(gè)等級(jí)，對(duì)建筑物的破壞程度等資料和文獻(xiàn)進(jìn)行結(jié)合，并按照不同的等級(jí)程度來(lái)對(duì)無(wú)人機(jī)圖像進(jìn)行解譯和標(biāo)識(shí)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行深入的分析，可以得出以下結(jié)論。

基本完好：有一些建筑是在2012年之后所建立的房屋，其結(jié)構(gòu)有四層。根據(jù)一些調(diào)查結(jié)構(gòu)表明，本建筑的結(jié)構(gòu)是未遭到破壞的，但是某些位置也會(huì)有一些裂縫，同時(shí)屋頂也會(huì)遭到較輕微的損害，因此可以判斷其災(zāi)害等級(jí)是處于基本完好的狀態(tài)。根據(jù)圖像可以看出，本房屋具備清晰和完整的整體輪廓，并且有著規(guī)則的色調(diào)和清晰的邊緣，從整體的角度來(lái)看，是較為自然的。

輕微破壞：還有一些建筑是在二十世紀(jì)九十年代所建立的民居，其結(jié)構(gòu)有兩層，是一種土木結(jié)構(gòu)的建筑。依據(jù)地面調(diào)查的結(jié)果表面，本建筑在窗戶(hù)邊緣有一些裂縫，但是可以通過(guò)對(duì)其進(jìn)行處理后再次使用，因此對(duì)于災(zāi)害等級(jí)可以將其判定為輕微破壞。根據(jù)圖像的呈現(xiàn)，可以看出該建筑的屋頂是一個(gè)人字形，會(huì)出現(xiàn)一些較輕微的紋理形狀，但是總體的屋面是較為完整的。

中等破壞：有一部分的建筑也是在二十世紀(jì)九十年代之后所建立的民居，其也有兩層結(jié)構(gòu)，第二層的建筑是以木質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行建設(shè)。根據(jù)地面的調(diào)查結(jié)果表明，在第一層的建筑中，會(huì)有少量的墻體存在外閃的現(xiàn)象，因此對(duì)其的災(zāi)害程度判定為中等破壞。其在圖像呈現(xiàn)過(guò)程中可以表現(xiàn)為：屋頂會(huì)有落瓦和較為明顯的漏頂情況出現(xiàn)，這就會(huì)導(dǎo)致色調(diào)分布不平均。

嚴(yán)重破壞：也有少量的建筑是二十世紀(jì)九十年代后漳扎地區(qū)所構(gòu)建的房屋，也有兩層結(jié)構(gòu)，但其建筑材料是磚木材料。根據(jù)地面的調(diào)查結(jié)果表明，本房屋較為完整，一側(cè)的墻體出現(xiàn)外閃的情況，而其他墻體則有較大程度的外閃，因此可以判定其災(zāi)害等級(jí)為嚴(yán)重破壞。根據(jù)圖像的呈現(xiàn)內(nèi)容顯示，屋面由于落瓦的影響會(huì)產(chǎn)生區(qū)域較大程度的高亮顯示，而建筑中的其他邊緣也會(huì)因?yàn)閴w的倒塌會(huì)轉(zhuǎn)變成非廢墟的狀態(tài)。

3.3 研究區(qū)的震害遙感定量評(píng)估

可以對(duì)建筑物的災(zāi)害遙感標(biāo)識(shí)進(jìn)行充分利用，對(duì)一些研究地區(qū)的不同建筑類(lèi)型和不同災(zāi)害等級(jí)進(jìn)行劃分與判定，一共解譯了一百多個(gè)建筑物，在此過(guò)程中，漳扎建筑物的主要建筑結(jié)構(gòu)包含兩種結(jié)構(gòu)，第一種是磚混結(jié)構(gòu)，第二種是框架結(jié)構(gòu)，其分別占比百分之五十和百分之三十五。其按照地震損害程度來(lái)看，可以分為比重為百分之三十七的輕微破壞和比重百分之三十的基本完好狀態(tài)，和占比百分之十一的嚴(yán)重破壞。而荷葉建筑物主要有兩組類(lèi)型結(jié)構(gòu)特征，第一種是磚木結(jié)構(gòu)，另一種是磚混結(jié)構(gòu)，其比重分別占據(jù)百分之四十八和百分之三十，從地震損害程度的角度來(lái)看，可以分為比重為百分之四十七的輕微破壞，比重為百分之四十的基本完好狀態(tài)，和比重為百分之十一的中等破壞。

為了進(jìn)一步對(duì)地區(qū)的地震災(zāi)害程度進(jìn)行全面的研究，某些相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)所解譯的建筑物進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算和整理，并得出結(jié)論：漳扎和荷葉這兩個(gè)地區(qū)的遙感地震損害程度指數(shù)是0.25和0.4，從我國(guó)地震強(qiáng)度表的指標(biāo)來(lái)看，該指數(shù)可以判定為Ⅷ度[7]。在這個(gè)過(guò)程中，從遙感地震災(zāi)害的評(píng)價(jià)結(jié)果方面來(lái)看，漳扎地區(qū)和地面調(diào)查的烈度幾乎沒(méi)有太大的差別，但是荷葉地區(qū)會(huì)較輕于地面調(diào)查的強(qiáng)度。從整體的角度來(lái)看，無(wú)人機(jī)圖像的呈現(xiàn)結(jié)果也可以看出，本研究地區(qū)的地震災(zāi)害等級(jí)程度主要可以劃分為輕微破壞，中等破壞和嚴(yán)重破壞。漳扎地區(qū)的大部分建筑物都是運(yùn)用磚木和磚混的材料，其所構(gòu)成的地震災(zāi)害圖像更加清晰，而且對(duì)于該地區(qū)的圖像獲取時(shí)間是八月份，這會(huì)有利于使震害程度更加真實(shí)。

圖1 無(wú)人機(jī)建筑物震害等級(jí)判讀結(jié)果

3.4 遙感定量評(píng)估的結(jié)果驗(yàn)證

為了更好的對(duì)遙感解譯的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，一些學(xué)者將其和現(xiàn)場(chǎng)的建筑物災(zāi)害進(jìn)行了全面的對(duì)比和研究，從地面真實(shí)的震害程度的角度出發(fā)來(lái)看，漳扎地區(qū)的遙感識(shí)別精度為百分之八十五，其一致性很高，荷葉地區(qū)的遙感識(shí)別精度為百分之七十二，其有中度的一致性，這就顯示出漳扎地區(qū)在震害遙感解譯結(jié)果中具有較高的正確率和一致性，而在荷葉地區(qū)的震害遙感解譯結(jié)果中會(huì)較低于漳扎地區(qū)[8]。

從這個(gè)調(diào)查的結(jié)果我們可以看出，遙感的解譯結(jié)果和地面調(diào)查的結(jié)果方面來(lái)說(shuō)，其有著很好的一致性和統(tǒng)一性，但是也會(huì)存在一些差距。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)的影像獲取只能夠獲得建筑物的頂部相關(guān)信息，而建筑物中的一些開(kāi)裂現(xiàn)象并不能夠呈現(xiàn)出來(lái)，這就會(huì)導(dǎo)致對(duì)震害程度和等級(jí)產(chǎn)生差異性，而另一個(gè)原因就是以為在地震發(fā)生之后，一些建筑物的二次建設(shè)情況會(huì)對(duì)遙感的獲取過(guò)程產(chǎn)生一定的影響，這也會(huì)導(dǎo)致遙感對(duì)震害等級(jí)的計(jì)算結(jié)果較輕。

4 總結(jié)與討論

本文通過(guò)對(duì)九寨溝地區(qū)地震后通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)的圖像獲取來(lái)對(duì)建筑物進(jìn)行不同等級(jí)的解譯標(biāo)識(shí)，并同時(shí)對(duì)荷葉和漳扎地區(qū)的震害程度進(jìn)行了全面的解譯，并收獲了多方面的震害結(jié)果和數(shù)據(jù)信息等[9]。通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)的遙感性能進(jìn)行充分利用，可以對(duì)震害指數(shù)和程度進(jìn)行有效的評(píng)估，并最終得出較為準(zhǔn)確的結(jié)果。因此，無(wú)人機(jī)影像可以在一定程度上促進(jìn)地震救援和災(zāi)害評(píng)定的進(jìn)展。

和傳統(tǒng)的遙感圖像相比較來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)影像可以使震害信息的獲取更加細(xì)節(jié)化和清晰化，能夠得出與地面調(diào)查較為相似的研究結(jié)果，然而如果對(duì)于無(wú)人機(jī)影像的獲取時(shí)間較長(zhǎng)，那么就會(huì)使應(yīng)急救援和建筑物的重建產(chǎn)生一定的影響，也可能會(huì)使數(shù)據(jù)和信息消失，那么就會(huì)大大增加對(duì)震害程度調(diào)查的增加，所以，對(duì)于遙感影像的獲取就需要及時(shí)的在地震發(fā)生之后進(jìn)行快速調(diào)查，除此之外，隨著對(duì)其他無(wú)人機(jī)和相機(jī)的多方面應(yīng)用，可能會(huì)更加有利于增加對(duì)震害等級(jí)和程度進(jìn)行判斷的正確率。