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

嵇沛 胡一凡 王晨

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.24.002

摘 要：無人機(jī)低空航拍遙感測(cè)量以它獨(dú)有的特點(diǎn)對(duì)衛(wèi)星遙感與普通航空攝像得到了完美的補(bǔ)充。它不僅清晰度比較高、操作方便，而且在預(yù)防和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害方面有較明顯的優(yōu)勢(shì)。文章介紹了無人機(jī)低空航拍遙感測(cè)量的組成、測(cè)量的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用前景以及在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) 低空航拍遙感測(cè)量 應(yīng)急救援 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）08（c）-0002-02

隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)水平越來越好，然而好的經(jīng)濟(jì)條件付出的代價(jià)便是自然環(huán)境的惡化。最近幾年，由于生態(tài)環(huán)境的逐漸惡化，各種各樣的地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)的研發(fā)補(bǔ)充了衛(wèi)星遙感和載人航空遙感的不足，它具有運(yùn)行成本低、機(jī)動(dòng)靈活、操作方便、分辨率高等許多優(yōu)點(diǎn)。利用其飛行較低，能快速獲取數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，輔助與一系列的技術(shù)方法，能有效地對(duì)地質(zhì)災(zāi)害完成檢測(cè)，實(shí)施救援和最后的災(zāi)情評(píng)估等一系列的任務(wù)。下面闡述了無人機(jī)低空航拍遙感測(cè)量的組成、優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，應(yīng)用前景以及在地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)用。

1 無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)的組成

1.1 飛行平臺(tái)

一般無人機(jī)的機(jī)身是由多種材料制作的，包括玻璃鋼、碳纖維、木材、金屬等。它的機(jī)身有電池艙、任務(wù)艙、降落傘艙，而這3種艙都是獨(dú)立存在的。在它的機(jī)身前端安置著發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)翼旁邊連接著碳纖維圓管插接，外型構(gòu)成了接進(jìn)式后三點(diǎn)布局。無人機(jī)起落裝置具有重量輕、強(qiáng)度大、減振好、拆卸便捷等諸多特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)決定了它更適合飛行于山區(qū)野外生態(tài)環(huán)境。

1.2 飛行控制系統(tǒng)

無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)是由3部分構(gòu)成的，它們分別是：機(jī)載飛控、地面站、通訊設(shè)備。這樣的飛行系統(tǒng)使用時(shí)方便簡(jiǎn)單、控制精度高、GPS導(dǎo)航功能強(qiáng)，加之有各種各樣的任務(wù)接口使其可以游刃有余地控制各種布局的無人駕駛飛機(jī)。

1.3 遙感系統(tǒng)

高分辨率數(shù)碼單反相機(jī)具有其重量輕、體積小、可代替性強(qiáng)、可直接在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理的特點(diǎn)，這樣的特點(diǎn)使它作為無人機(jī)遙感攝影的傳感器再合適不過了。

1.4 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)分為監(jiān)控軟件、航線規(guī)劃軟件、影像處理軟件。監(jiān)控軟件使無人機(jī)飛行過程中飛行區(qū)域的電子地圖、飛行航跡、飛行參數(shù)、飛機(jī)航向參數(shù)、GPS定位狀態(tài)、航拍影像的數(shù)量和關(guān)鍵參數(shù)的交互捕獲的顯示得以實(shí)現(xiàn)。航線規(guī)劃軟件具備了設(shè)置飛控和傳感器參數(shù)，使其可以控制固定翼、動(dòng)力傘、旋翼機(jī)等飛行器。影像處理軟件可獲取豎直攝影影像、交向攝影影像、復(fù)雜航線多基線攝影影像。

1.5 無線電遙控系統(tǒng)

無線電遙控系統(tǒng)可以是無線機(jī)按照地面人員的想法進(jìn)行飛行，而地面人也可以通過無線電遙控系統(tǒng)掌握無人機(jī)和遙感設(shè)備的有關(guān)信息。

1.6 保障系統(tǒng)

設(shè)備維修系統(tǒng)和故障判別系統(tǒng)組成了無人機(jī)飛行的保障系統(tǒng)。

2 無人機(jī)低空航拍遙感測(cè)量的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)低空航拍遙感測(cè)量具有以下的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)[1]。

（1）無人機(jī)受空中管制和氣候的影響較小，使它具有機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，而這種特點(diǎn)使其能夠不論處于怎樣的環(huán)境下都可以直接獲取影像，而且具有很高的安全性，這種安全性體現(xiàn)在在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，人員的生命也可以得以保障。

（2）低空飛行使無人機(jī)不受云層的遮擋而獲取影像，它這一優(yōu)點(diǎn)與衛(wèi)星光學(xué)遙感和普通航空攝影得以補(bǔ)充。同時(shí)克服城市高層建筑物遮擋問題，可以有效地獲取建筑物多面高分辨率紋理影像。

（3）低空飛行使無人機(jī)可以近景航空攝影測(cè)量，測(cè)圖的精度比較高，滿足了測(cè)繪精細(xì)的要求。

（4）無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)無需機(jī)場(chǎng)起降，操作員培養(yǎng)時(shí)間較短，以至于其成本相對(duì)較低，而且系統(tǒng)的保養(yǎng)和維修都比較簡(jiǎn)單。在輕霧彌漫的天氣中可以拍到合格的影像，這樣的優(yōu)勢(shì)減少了野外工作的量度，一方面使得野外工作的勞動(dòng)量變少，另一方面也改善了野外工作的效率和精度。

3 無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)的應(yīng)用前景

3.1 應(yīng)用背景

為了使經(jīng)濟(jì)更快發(fā)展，一系列的措施應(yīng)運(yùn)而生。可就是實(shí)施這些為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)的措施導(dǎo)致了一系列地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。而傳統(tǒng)的地面獲取信息數(shù)據(jù)的方法已經(jīng)不能及時(shí)、有效地反映出這些巨大的變化。商用遙感衛(wèi)星和傳統(tǒng)的載人飛機(jī)在拍攝的過程中需要采用地面人工測(cè)量的方式來制作大比例尺地圖，耗時(shí)耗力。而無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)的出現(xiàn)，使這樣那樣的問題得到了充分的解決[2]。

3.2 應(yīng)用前景

天氣的變幻無人知曉，可是一旦出現(xiàn)陰雨連綿、輕霧籠罩這樣的天氣，人們難以通過載人航拍及時(shí)獲得高精度的遙感圖片。伴隨著載人航拍的限制性、天氣的不確定性這些問題的出現(xiàn)，無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在這樣的情況下，無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)因其特有的技術(shù)特點(diǎn)在市場(chǎng)上占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)。目前各種各樣的情況對(duì)大比例尺數(shù)據(jù)的要求日益迫切而且相對(duì)較高，在空間分辨率和時(shí)間分辨率上都有很高的要求，而無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)技術(shù)都可以很大程度上解決這樣的問題。

4 地質(zhì)災(zāi)害中無人機(jī)低空航拍遙感技術(shù)的應(yīng)用

為了幫助地質(zhì)災(zāi)害分布的詳細(xì)調(diào)查和判別，無人機(jī)航拍遙感技術(shù)通過校正多光譜數(shù)據(jù)然后形成數(shù)字高程模型和正射影像圖[3]。通過對(duì)數(shù)據(jù)一遍又一遍的檢測(cè)，然后把這些數(shù)字進(jìn)行分析和對(duì)比，最后發(fā)現(xiàn)什么地方又存在著地質(zhì)災(zāi)害。有些地方地形險(xiǎn)峻，不利于運(yùn)用人的力量調(diào)查時(shí)，無人機(jī)就會(huì)通過它靈活性高，飛行低來給地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作帶來很大的幫助。一手重要的資料能給救援的人們帶來最有利的幫助，而這一手資料就是當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害剛發(fā)生時(shí)所調(diào)查的數(shù)據(jù)。地質(zhì)災(zāi)害在救援的過程中，對(duì)于時(shí)效有著很高的要求，而無人機(jī)可以滿足這樣的要求。

把地質(zhì)災(zāi)害航拍遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接和校正，最后形成了DOM、DEM、微波遙感與熱紅外這樣的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)即是地面災(zāi)情得以解譯的數(shù)據(jù)來源[4]。根據(jù)這一系列數(shù)據(jù)、影像解譯會(huì)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害造成各種各樣的損害，通過對(duì)這些損害的判別，進(jìn)一步形成與災(zāi)害對(duì)應(yīng)的解譯結(jié)果圖和初步統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

無人機(jī)低空航拍遙感技術(shù)以其靈活性強(qiáng)、速度快、效率高、經(jīng)濟(jì)小巧等其他技術(shù)沒有的特點(diǎn)，成為了一種新興的測(cè)繪方式，而且這種新興測(cè)繪方式通過國(guó)內(nèi)外的研究開發(fā)，慢慢應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域。文章貫穿了無人機(jī)低空航拍遙感技術(shù)的特點(diǎn)，然后分別介紹了其組成、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用前景以及在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用。生態(tài)環(huán)境的逐漸惡化，各種各樣的地質(zhì)災(zāi)害頻頻發(fā)生，面對(duì)災(zāi)害的侵襲，有些系統(tǒng)會(huì)顯得束手無措，無人機(jī)低空航拍遙感技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，希望在以后的研發(fā)中，讓其技術(shù)得以改進(jìn)，越發(fā)精湛，使得無人機(jī)低空航拍遙感技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉剛，許宏健，馬海濤，等.無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)在應(yīng)急服務(wù)保障中的應(yīng)用與前景[J].測(cè)繪與空間地理信息，2011（34）：177-179.

[2] 田建宏，高生飛，張萍，等.無人機(jī)低空航拍遙感在應(yīng)急測(cè)繪保障中的應(yīng)用[J].甘肅科技，2015（4）：49-51.

[3] 鄒長(zhǎng)慧，謝曉堯，周忠發(fā).無人機(jī)低空航拍遙感系統(tǒng)在貴州高原山區(qū)的應(yīng)用前景探討[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（2）：24-28.

[4] 周曉敏，趙力彬，張新利.低空無人機(jī)影像處理技術(shù)及方法探討[J].測(cè)繪與空間地理信息，2012（35）：182-184.