無人機低空航拍遙感在應急測繪保障中的應用

趙波濤

（華北地質勘查局五一九大隊，河北 保定 071027）

關鍵字：無人機；低空航拍；遙感技術；應急測繪保障

隨著社會經濟的不斷發展，人們生活質量得到了大幅度提升，各行各業發展十分迅速，但是經濟水平的提升卻造成了自然環境的惡化，各類自然災害事故頻發，不僅給生態系統建設造成影響，也在很大程度上阻礙了社會經濟的進一步發展。為了有效加強自然災害事故的應急保障和救援管理，必須要通過應用先進的測繪技術，對災害事故現場進行實施監測，以獲取高精度的影像數據信息，為后續的救援和處理提供保障。當前無人機低空航拍遙感技術得到了進一步的完善，有效彌補了傳統衛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勢，在災害應急保障管理中得到廣泛應用。

1 無人機低空航拍遙感系統概述

1.1 系統構成及功能

對于無人機低空航拍遙感系統來說，其通常由以下幾部分構成：第一，飛行平臺。相對比載人飛行系統，無人機系統中機身材料比較特殊，一般由玻璃鋼、碳纖維以及金屬等材質制作而成，機身前端安置有發動機裝置，機翼旁連接碳纖維圓管插接，外形構成了接進式后三點布局結構。正是因為如此，無人機起落具有輕巧、便利以及強度大等優勢，這為其在野外特殊測繪作業中應用奠定了堅實基礎；第二，飛行控制系統。通常情況下，無人機航拍遙感飛行控制系統包括三部分，即機載飛行控制、地面控制中心以及通訊設備等，這三部分的協調控制，使得飛行系統在開展野外測繪時更加的高效便利，并且測繪精準度較高；第三，遙感系統，其中主要包括高分辨率數碼單反相機，由于其具有輕巧、便利以及處理功能強大等優勢，所以將其作為無人機遙感攝影的傳感器比較合理；第四，軟件系統。對于無人機航拍遙感軟件系統而言，主要包括監控軟件、航線規劃軟件以及影像處理軟件三部分，其中監控軟件主要是對無人機飛行區域、軌跡以及相關參數進行有效監督管理，以便于做出進一步參數調整和優化；航線規劃軟件主要對飛行器飛行軌跡參數進行規劃，然后進一步控制固定翼、旋翼機等裝置；影像處理軟件則主要是對獲取的影像數據信息進行進一步處理，得到更加直觀立體的圖像數據信息。

1.2 系統的優勢及特點

相對比其它遙感測繪系統而言，無人機低空航拍遙感系統具有諸多優勢，詳細如下：第一，系統本身比較輕巧靈活，飛行操作相對便利，且不受環境及區域地形的干擾，特別是一些野外復雜區域的測繪，可以直接利用該系統獲取影像數據，這比傳統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果的精準度；第二，該系統屬于低空航拍測繪，所以實際當中不會受到云層的遮擋和干擾，這是傳統的航空攝影所不具備的特點。在實際進行城市應急保障測繪管理時，該系統可以有效避開城市高層建筑物的干擾，提升測繪結果的精準度；第三，相對比載人飛行器，無人機遙感系統起落不需要特定的機場，而且對于操作人員的素質要求相對較低，同時無人機測繪成本投入也相對較低，后續的維修和保養相對簡便，這使得其在測繪領域的應用十分廣泛。

2 無人機低空航拍遙感系統的應用流程

2.1 數據獲取

就目前而言，很多的無人機低空航拍遙感系統都是在飛行器完成降落后，由相應的工作人員進行數據信息的下載，接著進行后續的數據處理和分析，如此的數據獲取方式僅能滿足一般工程測繪的要求，卻無法滿足應急保障和救援管理對于時效性的需求，因此在應急測繪保障中應用無人機遙感技術時，應當注重數據信息的實時傳輸和處理。為了滿足這一需求，將高分辨率遙感數據與無人機平臺其它傳感器數據進行實時有效融合，以此達到應急保障測繪的實際需求。對于數據的實時傳輸而言，其需要滿足在不同的環境和地點進行數據信息的獲取，可以通過衛星傳輸、視距微波傳輸與超視距數據網絡傳輸，并且將數據通過壓縮處理，目的是進一步提升數據傳輸的速度，以滿足實時傳輸數據的要求，無人機低空航拍遙感系統數據獲取流程如圖1所示。

圖1 影像數據獲取流程

2.2 數據處理

在完成數據信息的實時傳輸后，接著要進行數據的有效處理。對于低空航拍遙感測繪系統而言，其數據信息處理中存在一些缺陷和不足，例如影像重疊度不夠規則、數量多、像幅較小等，這無法實現影像匹配的全自動連接點選取及配準。隨著科學技術水平的不斷提升，影像匹配技術、自動空三技術以及信息化數據處理技術由此誕生，使得無人機低空航拍影像數據處理變得更加的有效，并且大體上實現影像數據的自動化處理。對于該系統影像處理而言，其主要是在獲取數據后對影像進行參數精化與DEM/DOM制作，詳細流程如圖2。

圖2 影像數據處理流程

3 無人機低空航拍遙感在應急測繪保障中的應用

3.1 地質災害應對

在對地質災害分布調查中，應用無人機低空航拍遙感系統，可以直接獲取多光譜的影像數據，在對影像進行校正及相應處理后，得到數字高程模型和正射影像，這可以作為地質災害分布調查和判斷的主要依據，為后續的災害應對提供指導。在一些地形和環境比較特殊的區域，實施地質災害測繪相對困難，無法滿足其對于數據獲取時效性的要求，但是應用無人機卻相對靈活便利，低空航拍優勢使其可以更加有效的應用到地質災害測繪管理中。對于某一區域發生的地質災害來說，應急保障及救援最為關鍵的就是掌握災害現場的第一手數據，根據數據分析了解災害發生的情況、波及的范圍以及受困人員的數量等，根據這些分析資料制定應急和救援的措施方法。無人機低空航拍遙感系統起落便利，數據獲取方便，所以將其應用到地質災害現場數據獲取中可以滿足是時效性的要求，并且影像數據信息獲取后經過拼接和校正處理，可以得到DOM、DEM以及熱紅外等數據，這些數據都可以作為分析災害現場情況的主要資源。此外，影像數據的解譯可以幫助判別災害體形狀與位置、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害體，形成相應的解譯結果圖及數據的初步統計[1]。

3.2 森林防火

近年來，森林火災時常發生，對于生態建設造成巨大的影響，也在很大程度上阻礙了社會經濟水平的提升。為了滿足森林的防火要求，需要運用先進的科學技術實現實時動態化的監測管理，以確保火災發生第一時間得到有效控制。而無人機低空航拍遙感系統在森林防火中應用效果顯著，其主要通過配備彩色CCD任務載荷和紅外探測任務載荷對森林目標區域火災實時監測，將數據實時進行地面傳輸，地面控制中心可以隨時隨地獲取目標區域的影像數據，掌握森林火災情況，以便于做出進一步的救援和處理。

3.3 堰塞湖災害評估

堰塞湖是在一定的地質和地貌條件下，由于河谷岸坡在動力地質作用下迅速產生崩塌、滑坡、泥石流以及冰川、融雪活動所產生的堆積物或火山噴發物等形成的自然堤壩橫向阻塞山谷、河谷或河床，導致上游段壅水而形成的湖泊。無人機遙感系統通過搭載的傳感器獲取高分辨率影像，建立三維動態影像；再根據堰塞湖體的回水位置確定其高程，結合地形圖數據，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，計算有關匯流及水位上漲信息。

4 結束語

綜上所述，無人機低空航拍遙感是一種先進的測繪技術，其具有靈活、便捷以及高精度等優勢，在工程測繪領域中得到廣泛應用，特別是對于應急保障管理而言，無人機遙感系統的功能更加符合要求，可以滿足應急保障管理對于時效性和精準度的要求，通過實際的測繪獲取現場的第一手資源，然后及時傳輸給相關人員進行分析和判別，以便于做出進一步的處理。無人機低空航拍遙感技術的應用，為我國應急保障管理提供了很大的便利，其中包括地質災害應對、森林防火以及堰塞湖災害評估等，但是該技術在實際的應用中也或多或少存在一些不足，后續需要加強研究，確保進一步提升應用效果。