無人機傾斜攝影模型在應急救災中的應用

李能國

摘 要：國內外地質災害的頻發和突發，是全球人民共同面對的問題。應急對應過程中，信息高質量、及時、方便快捷地收集成為關注焦點，也是之后工作的基礎。無人機傾斜攝影模型因其機動、高質、快速和簡便的特性得到了較為普遍的應用。本文將就其基本原理和在應急救災中的具體應用加以分析介紹，做一小結。

關鍵詞：無人機；傾斜攝影；應急救災；應用

中圖分類號：P235 文獻標識碼：A

1.無人機傾斜攝影模型概述

隨著科技日新月異的發展，在地理信息獲取方面，傳統方法存在耗費人力物力、信息滯后等缺點。攝影技術的發展為解放人力，節約耗時提供了極大的便利空間。其中，相對于正位攝影而言，無人機的傾斜攝影模型技術則進一步提升影像的處理結果，提供更高質量的地理影像信息。無人機傾斜攝影是近年來國際測繪領域新興發展，并且得到大量推廣的技術。一般來說，對于拍攝物體，在地質攝影中選擇以地面為基準，采用垂直的角度獲得的圖像稱其為正片，形成有夾角的為斜片。正片一般反應的是二維空間信息，即使做得再精細，由于二維的角度限制，反應的信息有限。而傾斜攝影的內容，不僅包括正片，而且包括4個主要角度的斜片。首先，對于拍攝對象信息的采集是多視角的，利于形成三維觀察。通過維度拓寬技術，其信息容量得到了極大的拓寬。其次，傾斜攝影模型是建立在傾斜攝影所得的影像信息基礎上，予以拍攝物體（在地質拍攝中特指所觀察的地質對象），進行三維影像的還原，為信息內容的把握和利用提供基礎。

2.應急救災中的應用

2.1 無人機傾斜攝影模型在應用中的優勢

相對于傳統方式，無人機傾斜攝影模型能夠在應急救災過程中發揮巨大作用，并得到更多更廣泛的應用，離不開它具體應用中凸顯的以下幾個特點：

（1）時效性

無論是世界各國，還是國內南北東西各地，不同的地質自然災害頻頻發生，類似于山體滑坡的發生往往都會造成相應地區人員財物的沉重損失。因此，災害發生的及時應對成為重中之重。這其中，災害所在地的具體的地質情況信息的及時采集反饋，為之后后續的應對決策安排提供了堅實的基礎。無人機傾斜攝影在時效性上，相對于傳統作業大大提高，滿足了信息采集的要求。

（2）機動靈活性

通常發生災害的地區，其地形氣候都是相對復雜的，例如山體滑坡或泥石流的發生，人力只能疏散，更不用談深入其地進行信息收集。而傳統的衛星方式和載人飛機都只能滿足部分空間信息的收集，而無人機的操控能夠在復雜空氣和地形環境下完成高質量的信息采集。

（3）信息質量高

衛星方式的拍攝和普通的航空飛行所進行的空間信息的采集，很大程度上由于飛行高度底限的限制，必須保持一定的距離。那么這就導致了這段距離里的云層、空氣氣流、光線傳播等等復雜因素均對最終的成像已經信息收集產生了一定的誤差。而無人機的低空特性在這方面大大削弱了這些因素的影響，分辨率得到了質和量的提高。并且多角度的拍攝形成的紋理影響也避免了遮擋的問題。加上低空飛行，距離底限降低，在圖像的精度上面也做出了很大程度上的加深。

（4）簡便性

無人機的拍攝應用的機械等等機量較小，成本得到了控制，運輸過程中也較為簡便。操作的流程相對于其他方式也更加的簡化。操作的門檻相對降低，因此對相關人員的技術培訓的時間也大大縮短。

2.2 無人機傾斜攝影模型的具體應用

2.2.1 應用流程

在發現一定較為緊迫的災害后，無人機傾斜攝影模型就派上了用場，其具體的運作流程為：

（1）勘察并收集影像信息

可見下圖：圖1為南寧五象嶺隧道，為南北走向，周圍新開發的小區高樓林立，此圖片獲取的是現場0.05m的影像；圖2為圖1中山體滑坡部分的放大影像，可以清楚地看到滑坡山體位于隧道的東面山坡。一旦發現應急災害，需要對所要采集的信息有明確的要求和預設的飛行采集路線的設計。其模型的組成中，為了應對快速獲取信息，采用了自動拼接的圖像處理手段。

（2）數據的處理

所收集到的數據多為圖像數據，因此對于圖像的處理極為重要。其中涉及到方方面面的問題和關注點：從最初得到的影像，繼而產生的，因為在不同鏡頭下圖像依靠重疊交集加以拼接的時候，其中涉及到圖像幾何變形的探究；然后在構建三維空間模型時，三維各角度的圖像重疊，拼接，重組和結構中，產生的幾何誤差校正，正射精校正；以及最后在完成處理之后得到的處理結果，必須經過三維的可視化結果輸出等等。

（3）數據的提取和分析

我們采集的只是全面的，所有的信息。一開始的收集過程中，拍攝機器無法代替我們做出思考，哪些信息，哪些重點是我們所要關注，用以分析對策的關鍵部分。因此，在收集和處理之后，我們必須進行目標信息的提取和分析。

2.2.2 應急災害的應用

無人機傾斜攝影模型所產生的信息資料，是以數字模型的方式，提供給分析、調查以及判別地質方面災害的分布、發生、發展、隱患等等。一般情況下，發現較為劇烈的地質災害的地區，例如高頻發的山體滑坡或者泥石流的地區，其必然山區密布，水土保持欠佳。以此類推發生地區的地形地貌很大程度上較為復雜，使得人力的調查難以企及。而無人機的機動操作，在遮擋相對較少的云層下飛行的巨大優勢，給應急救災的前期擬定整體方案階段帶來了極大的幫助。救災工作開始之際，突出在應急。應急的具體含義包含著多種層次，表現在及時阻止災害的進一步擴大，涵蓋了人力物資的損失和侵害規模和范圍的擴大；疏導災害地區的應對工作；為后期的賑災和重建打下基礎等等。這一切的前期設計均建立在詳盡的災害現場的第一手準確、全面、詳盡的資料：包括起因，發生狀況，波及規模和范圍，受災的人員和物資，災區和非災區之間的通道的數目和暢通質量，以及可能存在的隱患，涉及再次災害發生的可能點。無人機傾斜攝影模型要求低，數據收集快速的特性，十分恰當地滿足了這一應急救災的需求。

地質災害的信息收集和一般的地質信息收集稍有區別。在一般的信息收集中，可以根據色彩的差異，色調的明暗，以及紋理的密集稀疏等等變化性因素加以地質屬性的鑒別和區分。然而在應急救災的當下，這樣較為“粗糙”的呈現區別的方式不利于快速分析，并不能幫助很快地解譯出災害體。對于災害體的識別和確認，必須是基于地理學原理和具體的形貌特征加以識別的。無人機傾斜攝影模型采集的是關于拍攝對象的實際狀態和形貌，恰恰針對了此要求特征，并且通過解譯和判讀，可在第一步將次生地質災害總結歸納為：崩潰坍塌，山體滑坡，泥石流或者是堰塞湖等幾種類型：

（1）山體滑坡

在此攝影模型采集的信息中，每個鏡頭和航向，均與其旁邊的鏡頭有約近1/3的交集區域，經過立體三維分析，可以較為迅速地對于山體滑坡產生的高度和厚度予以計算得出，繼而預測判別滑動的去向，結合當地地質資料總結得到構成此山體的巖石成分。

（2）崩塌

與滑坡基本類似，二維和三維的維度基本信息，經過數學邏輯推算山體坍塌的數量信息。

（3）泥石流

不同于前兩種，主要側重于數量指標的解譯，泥石流的判斷集中在其物質成分的識別。當然泥石流的發生一般在伴隨著前兩種災害的同時，其發生所必須的地質條件從前兩種的解譯中也可得到部分解譯。

（4）堰塞湖

它的產生和構成主要是諸如前三種災害發生后的“后遺癥”，當它們的發生地點恰好是在河道區域，兩岸的滑坡阻塞了河流的暢通，形成了災害后特殊的堰塞湖。滑坡的三維維度指標數值的計量，繼而可以推測湖區的容量體積，解讀到其平面范圍的規模，配合高度信息得到三維的解譯。并且堰塞湖因為含水的關系，相關水文和氣象的資料的結合，亦可以得到匯流以及水位的地質信息。

結語

無人機傾斜攝影模型是目前較為創新，并得到普遍應用的一種測繪及信息收集手段，因其機動性、時效性、簡便性和高質量的信息收集，得到了普遍的應用和研究焦點的關注。在應急救災例如地震、山體滑坡、泥石流等等的過程中，強調一手信息的迅速掌握，繼而引導救災工作科學有序并快速地開展下去，盡最大的力量避免人身安全的危害和物資財產的損失。新技術在此工作中得到了“得其所”般恰如其分的應用。然而在實際應用過程中，由于科學技術發展腳步的局限，在信息收集處理和輸出過程中仍然存在著許多細節的問題不盡如人意。因此，在今后的研究和實踐工作中，也必然將我們的重點和焦點轉移至更為深入和細致的探討，完善各細節的工作上來。

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