無人機全景技術在環境應急監測中的應用分析

石津旗

（河北省廊坊市生態環境局 065000）

0 引言

縱觀近些年來我國在環境管理上所做出的努力，我國的環境治理和防污染工作已經取得了良好的成效，我國的環境監測技術水平取得了長足進步。隨著近些年來我國科學技術的持續革新，無人機全景技術越來越先進，在我國的環境應急監測工作中有非常重要的應用價值。無人機的全景成像技術發展過程中，成像范圍一般情況下都是有一個設定的數值，同時成像的范圍還受到飛行航線規劃的影響。部分無人機在應用過程中，由于成像范圍比較有限，導致監測范圍比較小，并且控制不便，這些缺點對于無人機飛行器的任務執行有非常大的負面影響。無人機全景監測技術能夠在很大程度上彌補這些不足，幫助現場監測工作人員快速、準確地了解和處理突發環境狀況。因此，加強無人機全景技術在環境應急監測工作中的應用至關重要，對于國家環境健康可持續發展具有關鍵意義。

1 無人機全景技術的概念

全景技術是指通過圖像建模、渲染技術基礎，在空間坐標中選擇一個點作為觀察的視點，從視點出發，對周圍能夠觀測到的圖像信息進行采集，然后應用計算機處理技術和網絡系統對采集到的圖像信息進行處理，使圖像信息轉變為連續無縫隙的全景圖像，得到的全景圖像能夠通過特定的計算機顯示引擎呈現出來，從而完成三維虛擬場景的搭建。這種三維虛擬場景能夠滿足任意視點角度的觀測。

從本質上來說，全景技術就是三維場景在計算機上的虛擬再現，是一種及時、快速、準確地將真實環境狀況和影響通過視點反映出來供相關工作人員觀測的先進手段。通過全景技術的應用，環境應急監測工作的相關技術人員，在工作過程中，不必再對視野范圍內的不必要場景進行建模和渲染，就能夠輕松實現三維立體的空間視覺景象的呈現，大大減其工作內容的復雜程度[1]。全景技術在環境應急監測工作中的應用，能夠幫助相關工作技術人員對于突發環境狀況快速、準確地進行整體、宏觀的把握，同時對于環境現場的狀況的動態變化也能夠及時地了解，從而為環境應急監測工作上提供充分的技術支持。

2 全景監測的基本條件

空中全景監測的實現需要滿足以下幾個主要條件：其一，空中全景監測首先需要以無人機飛行器攝像頭的正下方作為觀察的主視場，利用周邊的攝像機作為副視場。其二，無人機飛行器需要設置自穩系統，自穩系統能夠使飛行姿態不斷變化的飛行器在拍攝影像的過程中，圖像的擺動減少。其三，在對視場進行定位時，中心主視場定位要精準，副視場的定位可以根據需求進行定位調整。其四，在圖像傳輸的過程中，對于圖像的傳輸格式、傳輸手段需要進行合適的選擇，必須考慮所使用的圖像傳輸設備的技術特點。其五，利用地面設備進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，由于無人機飛行器中，全景圖像拍攝的相關設備的大小有一定的限制，必須要考慮飛行器的類型。

3 在環境應急監測工作中應用無人機全景技術的長效策略

3.1 對于實際環境狀況進行全景影像數據的收集和處理

在環境應急監測工作過程中，利用無人機全景技術開展工作的首要步驟就是對于實際環境狀況進行全景影像數據的收集和處理。環境應急監測工作人員利用無人機對監測現場的環境狀況信息進行采集時，需要充分保證采集的影像數據的真實性、有效性。在采集環境影像信息時，一般所用到的技術設備是小型飛行器，小型飛行器需要擁有較高的圖像分辨率，在使用過程中，對環境現場狀況的影像信息資料采集才能夠滿足監測工作的高質量要求。除此之外，小型飛行器的應用還有較長待機時間、較低的成本投入以及采集影像信息精度高、數據資料擁有更高的靈活性等諸多優點[3]。當前階段，無人機全景技術的應用，所用到的飛行器種類主要包括以下三種：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用的無人機種類中，不同的旋翼類型的適用狀況有一定的區別。例如，小型旋翼在觀測范圍較小、精度要求較高的環境狀況影像信息的采集工作中，由于其超高的可操作性、高度的穩定性等優點，其在環境應急監測工作上應用價值非常高。

應用小型旋翼無人機飛行器對于實際環境狀況進行全景影像數據的收集和處理時，首先需要把飛行器的位置調整到所選用的觀察視點的正上方，保持高度的穩定，然后通過控制攝像頭的旋轉可以調整觀察視野范圍進行環境狀況拍攝。每次拍攝的影響都會有重合的部分，將無人機的攝像頭進行360°旋轉后，觀察視野范圍內的全部環境影像資料就能夠完成采集工作。通過無人機進行環境現場狀況的圖像數據采集，圖像的清晰度較高，并且不會出現畸變現象，同時會更好地消除視野盲點，從而真實、準確地將監測現場的環境狀況通過全景圖像呈現出來，為環境應急監測的相關技術人員提供科學支持[4]。

3.2 通過計算機技術實現全景圖像的呈現

對于實際環境狀況進行全景影像數據的收集和處理后，需要進行的工作程序是繪制全景圖像，這一工作流程在環境應急監測工作中至關重要。全景圖像從本質上來分析，就是通過視點核心進行中心投影面的構建，在投影面上增加無人機攝像頭視野范圍內的圖像、信息、數據、資料等。在繪制全景圖像的過程中，環境應急監測工作的相關技術人員必須將無人機飛行器采集到的環境影像信息進行分析處理，轉變為平面的全方位圖像，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渡。

全景圖像的繪制和呈現，必須首先對無人機飛行器拍攝采集的圖像信息進行整理和拼接，由于無人機攝像頭在拍攝圖像的過程中，相近的圖像照片在圖像信息上有一定的重疊部分，環境應急監測工作的相關技術人員要對相近圖像照片的重疊特征進行識別和分析，在其圖像信息之間建立聯系，對圖像進行旋轉、扭曲等技術操作，從而完成圖像的拼接[5]。通過技術操作后，無人機航拍圖像才能清晰、準確地轉變為平面的全景圖像呈現出來。同時，在呈現出來的全景圖像上，環境應急監測工作的相關技術人員還需要對圖像的拼接部分進行細節調整，如色調、亮度、對比度調節等，從而消除拼接部分的接縫線條，使全景圖像呈現出來后，擁有更好的真實度和平滑度。除此之外，環境應急監測工作的相關技術人員還要對呈現出來的全景圖像進行相應的補充和優化處理，才能充分保證全景圖像呈現最好的完整性。

3.3 對于環境全景圖像的瀏覽

全景圖像繪制完成后，環境應急監測工作的相關技術人員要對圖像進行瀏覽和技術分析。在對環境全景圖像進行瀏覽的過程中，投影面的類型會有一定的區別，這是由于瀏覽圖像時，選擇的觀察視點不同。利用無人機全景技術繪制的全景圖像主要分為兩種類型，一種是柱面全景圖類型，另外一種是球面全景圖類型。柱面全景圖像一般呈現圓柱形的投影面，而球面全景圖像則是在標有經緯度的球面上投射平面的環境影像。球面影像的呈現，除了零度經緯線外其余的投影信息都會出現圖像畸變，從而導致對圖像進行瀏覽觀測時，水平觀測視角、垂直觀測視角能夠達到360°全方位和180°。因此，在球面全景圖像的瀏覽過程中，無人機全景技術對于環境應急監測工作中的突發環境狀況監測更加適用。

在環境狀況信息的全景圖像瀏覽過程中，平面的全景圖像中包含的數據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所有內容完成加載，否則會導致全景圖像的畫面過渡不平滑、清晰度下降等不良狀況，并且嚴重拖延圖像加載時間。為了防治這些不良狀況的發生，環境應急監測工作的相關技術人員可以利用金字塔緩存的方式處理視野范圍內分辨率不同的圖像，使得大部分的圖像數據信息能夠在較短的時間內加載出來，避免影響環境應急監測工作的開展。這種全景圖像瀏覽的處理手段，能夠大幅度提高環境應急監測工作的相關技術人員對于圖像數據信息的瀏覽速度，同時在利用精準圖像相關儀器設備進行信息采集時，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程中，環境應急監測工作的相關技術人員還需要通過全景顯示引擎對圖像預處理完成后的平面圖像數據信息進行加載，從而實現全景圖像的瀏覽。

3.4 構建三維全景監測平臺

環境應急監測工作的相關技術人員在開展工作的過程中，不僅要對突發事件狀況本身進行勘查和分析，同時對于應急狀況的數據信息還要作好記錄和分析，從而方便后續的應急預案的決策。三維全景監測平臺就是為了配合完成這一工作程序而構建的。三維全景平臺可以應用B/S 架構，在服務器的端口儲存和集中數據信息，如此一來，環境應急監測工作的相關技術人員能夠通過登錄平臺，就可以對環境突發狀況的現場信息進行查看和分析。三維全景監測平臺有表現層、數據層、業務層這三個重要的層次架構。第一，數據層需要完成圖像信息資料的采集和儲存，然后將信息數據上傳到平臺的信息數據庫中。三維全景平臺接收到用戶請求指令后，就能夠加載出用戶所要瀏覽的全景圖像和相關監測數據。表現層是三維監測平臺在用戶瀏覽動作的最終體現形式，能夠將全景圖像呈現給用戶，為用戶的環境應急監測工作提供依據。

4 結語

綜上所述，自然環境的發展與人類生存息息相關。隨著綠色環保理念逐漸深入人心，我國在環境應急監測工作上做出了諸多努力。為了更好地促進環境應急監測工作效率和質量的提高，如何科學、合理地應用無人機全景技術成為了環境監測人員的重要工作內容。無人機全景技術與環境現場監測技術的充分融合，能夠幫助環境監測工作人員在實際的環境基礎上實現三維虛擬實景。三維虛擬實景通過計算機網絡系統與傳感器建立聯系，搭建監測平臺，能夠高度還原環境監測現場的實際狀況，從而提高環境應急監測工作的準確性。