無人機全景技術在環境應急監測中的應用分析

姚毅 何慶

摘要：環境應急監測是通過對反映環境質量的指標進行監視和檢測，以確定環境污染事件類型、狀況和對環境質量影響大小的活動。將無人機全景技術高新科技應用于環境事件應急監測中，可以有效提高環境應急監測的信息化水平，進一步推動其在環境應急監測中實用性價值。基于此，本文從無人機的全景技術概述入手，通過全景技術的實現策略進行分析，探究三維全景環境應急監測平臺的構建途徑，旨在彰顯無人機全景技術在環境應急監測的未來發展價值。

關鍵詞：無人機;全景技術;環境應急監測;應用分析

中圖分類號：X830.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）04-00-01

Abstract： Environmental emergency monitoring is an activity that monitors and detects indicators that reflect environmental quality to determine the type and condition of environmental pollution events and the impact on environmental quality. Applying the high-tech technology of UAV panoramic technology to environmental event emergency monitoring can effectively improve the informationization level of environmental emergency monitoring and further promote its practical value in environmental emergency monitoring. Based on this， this paper starts with the overview of the panoramic technology of the drone， analyzes the realization strategy of the panoramic technology， and explores the construction path of the three-dimensional panoramic environment emergency monitoring platform， aiming to highlight the future development value of the UAV panoramic technology in environmental emergency monitoring.

Keywords： Drone; Panoramic technology; Environmental emergency monitoring; Application analysis

無人機的成像范圍通常都是提前設定好的，此外還取決于航線規劃。部分無人機成像存在視野范圍有限、監測范圍小以及調整不靈活等缺點，不僅限制了無人機的功能使用，同時也有效阻礙了飛行器對任務的執行。若想在一定高度條件下，保證無人機在看得廣的基礎上看得清，就要實現從地平線到超寬視場的空間感知，保證大范圍的空間實時監測。但突發環境事件具有突發性、多樣性、變化趨勢多變性、影響范圍不確定性等特性，常規監測手段難以直觀了解事件現場的最新情況，而無人機全景監測技術能及時準確地使現場監測人員掌握突發環境事件的發展情況、污染物擴散范圍大小等關鍵因子，為突發環境事件的處理處置提供支持。下文將就無人機全景技術在突發環境事件現場監測中的價值與應用進行分析。

1 無人機的全景技術概述

全景技術指的是在圖像建模與渲染的基礎上，在空間中選定一點作為視點，對其視野范圍內能夠觀察到的圖像進行連續采集，利用技術處理使采集的圖像呈現為連續的、無縫隙的圖像，即全景圖像，在計算機上使用相應的顯示引擎將無人機采集與分析的圖像呈現出來，以此構建出從任意視點角度都可進行觀測的三維虛擬場景。這種是三維場景的虛擬再現，是利用視點將真實影響呈現出來，并準確及時的將現實情況反映出來的一種手段。技術人員無需對視野范圍內的其他場景進行建模，就可呈現出一種偽3D的空間視覺效果，能直觀高效及時形成其視野范圍內現場監控的圖像，不僅有助于技術人員對突發環境事件現場整體情況的了解，同時也能得到事態情況變化現場信息的及時反饋，為應急監測工作的開展提供支持。

2 如何實現全景技術

2.1 采集整理全景影像數據

采集瀏覽影像的前提就是要采集全景圖像才能夠實現的，在全景圖像制作的前期階段，通過對現場信息的采集，保證相應影像數據的準確性。全景瀏覽影像的采集數據和信息的平臺主要是小型飛行器，在信息采集的過程中保證高分辨率，通過高分辨率的數據圖像信息等資料，不僅能滿足應急監測工作的實時要求，同時還兼備了可長時間工作、成本消耗低、精度高和數據高靈活性等優勢特點。對于現在的無人機平臺，種類劃分大致可以劃分為三種，即大型旋翼、固定翼和小型旋翼。其中，小型旋翼大多適用于范圍較小的高精度航拍影像采集，具備操作簡便、拍攝穩定等優勢，因此，其十分適用于現場監測圖像當中的采集信息環節。本文所涉及的全景采集就是利用小型旋翼完成的。

將無人機（小型旋翼）調整至視點上方，并將高度保持，便能夠對旋轉攝像頭擴大視野范圍進行拍攝，使每次拍攝的影像搜能夠有部分重合，將攝像頭進行360°全方位旋轉后，將范圍內的影像信息資料收集整理起來。利用無人機收集來的全景圖像數據信息，可以保證圖像的高清晰度，圖像信息不會產生畸變，并且由于其操作簡單便捷，無拍攝盲點，能夠滿足現場監測對信息的高效直觀準確的要求，真實的將監測現場四周的環境反應出來，為應急科學決策提供支持。

2.2 制作繪制全景圖像

全景圖像的根本實質就是將視點作為核心構建中心投影面，并將視野范圍內的信息、數據、圖像等內容投射到面上去，為了保證投影能夠正確清晰，保證影像信息可以取得平滑過渡，技術人員應將無人機所收錄的影像信息拼接融合整理為平面的全方位圖像，即360°全景。

360°全景圖要先整理拼接好所有的航拍照片，在拍攝中相近圖像照片中會有圖像重疊的部分，因此技術人員可以通過識別相鄰圖片的重疊特征來完成正確拼接，并建立其相鄰影像信息之間的對立關系。通過圖像的扭曲或旋轉，實現相鄰區域的無縫拼接，以此保證航拍圖像形成平面全景圖像信息。并在此技術上，對全景圖像的接縫部分進行色調亮度等細節調整，使其更好融合，消除拼接處的接縫線，使全景圖像具備真實性和平滑性的特點。針對圖像有部分缺失的情況，技術人員要進行相應填補優化，保證圖像的完整。

2.3 全景圖像瀏覽

全景瀏覽由于其選擇視點有所差異，投影面類型也會隨之產生差異。全景圖主要可以分為兩大類，即柱面全景和球面全景。其中柱面全景的投影面呈現出圓柱面的形式，而球面全景這是將平面影像在具有經緯度的球面上進行投射，除了0o經緯線外，剩余位置的投影畫面都會存在一定畸變現象，這就導致瀏覽觀測水平與垂直視角分布分別達到360o與180o。對于球面全景而言，此項技術更加適用于突發環境事件應急監測。

平面全景圖像中包含了大量的數據信息，如果強行在一次渲染中將所有內容加載，則會出現畫面不平順、不清晰的情況，導致加載的時間也延長。技術人員可以利用視野范圍做參考，使用金字塔緩存形式對分辨率不一致的圖像進行處理。這樣的話就能夠將大部分的數據信息含量加載出來，不僅可以有效提高數據信息的瀏覽速度，同時也能將該項信息順利過渡到局部位置，并通過精準圖像儀器對所需要信息進行收集，在保證能夠快速瀏覽的前提下，盡量保證全景圖像的清晰度。預處理圖像完成后，利用全景引擎加載平面圖數據信息，以視點為基礎實現全景瀏覽。

3 三維全景監測平臺

突發環境事件監測工作的開展不僅包括對事件本身的勘察，同時也要做好對應急監測數據進行準確記錄和詳細分析，協助工作人員進行合理的決策。平臺可以使用B/S架構，并將數據的存儲與分析集中在服務端口，用戶只需要通過瀏覽器的登錄就可通過系統分析和查看現場的情況。監測平臺的層次架構主要有三個，分別為表現層、業務層和數據層。

數據層負責對平臺數據進行資料收集與存儲，屬于中心，采集站會在固定間隔時間自動收集監測數據，并利用網絡將數據信息發送到數據資料庫中，會對全景圖像等信息進行配置與整合。監測平臺會結合請求，加載用戶需要的全景圖像信息，并向數據層提供監測數據。表現層作為監測平臺的最終體現，全景瀏覽畫面可通過渲染的方式利用表現層呈獻給用戶，以此完成用戶的現場監測請求。

4 總結

綜上所述，隨著自然環境保護理念的逐漸推廣，無人機全景監測技術也得到了前所未有的發展。由此可見，無人機與現場監測技術的結合，可以在四周環境基礎上實現三維虛擬實景的高度再現。通過計算機網絡的使用，將其與傳感器進行連接，以此構建一個三維全景現場監測平臺，保障環境監測的時效性和科學性。

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收稿日期：2018-12-13

作者簡介：姚毅（1977-），男，漢族，專科學歷，工程師，研究方向為環境現場監測。