無人機遙感在應急測繪保障中的應用探討

楊光 胡驚鵬 許言 井琳

（1.河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003；2.河南省基礎地理信息中心，河南 鄭州 450003；3.河南省測繪發展研究中心，河南 鄭州 450003）

近年來，無人機遙感及無人機監測等技術手段日趨成熟，航空攝影、機載合成孔徑雷達、應急監測移動平臺系統等一系列高新測繪地理信息技術已廣泛應用于應急測繪保障領域。而憑借機動靈活、快速高效、作業成本低等優勢，無人機在災情偵察、災害調查和災后重建等應急測繪保障工作中發揮了重要作用。通過分析應急測繪保障任務對無人機遙感的要求，研究無人機遙感影像快速處理的關鍵技術，有助于提高應急測繪保障的質量和效率。

1 應急測繪保障任務對無人機遙感的要求

1.1 時效性強

應急測繪保障任務具有突發性和不可預測性,保障單位接到命令后要第一時間趕赴現場,這對保障單位的反應速度要求較高。近年來，我國頻發的地震、泥石流等自然災害中,無人機均是最先運到災區，快速獲取任務區域的遙感影像數據。在應急測繪保障中,遙感影像的時效性越強,就越有利于指揮員掌握災區情況,針對災區特點制定切實有效的行動計劃。

1.2 機動性強

應急測繪保障任務中，保障單位需要根據實際情況,將裝備快速運送到指定地點,因此對裝備的機動性要求較高。傳統遙感設備只適合在室內作業,且獲得遙感成果的時間較長,與應急保障任務的快速機動要求不符[1]。無人機遙感系統以無人機為平臺，以各種成像與非成像傳感器為主要載荷,飛行高度一般在幾千米以內，體積較小，自動化程度高，能夠快速獲取任務區域的遙感影像、視頻等信息[2], 可滿足保障單位對任務區域地理信息數據的需求。

1.3 影像精度高

在應急測繪保障任務中，指揮員對受災區域的地理位置精度要求較高。地理位置越精確,越有利于指揮員制定高效的救援計劃，確保任務順利開展。無人機遙感系統能在幾千米以內的低空飛行,作業周期短，可快速獲取高精度的遙感影像,滿足指揮員對任務區域地理位置的高精度要求。

1.4 動態監測目標區域

應急測繪保障任務不僅對遙感影像的時效性和精度要求高,還需要進行動態監測,讓指揮員掌握目標區域的實時變化。無人機遙感系統能滿足應急測繪保障任務對動態監測的要求，比如，在火災救援中，通過無人機遙感系統的影像動態監測能及時掌握災情。

2 無人機遙感影像快速處理的關鍵技術

無人機遙感影像具有空間分辨率高、時效性強、成本低等優點,但是受無人機飛行高度、數碼相機焦距等限制,單張無人機遙感影像的覆蓋范圍較小,僅靠單張影像,難以形成對任務區域的整體認知,因此需要利用多種技術將無人機遙感影像進行快速處理。

2.1 空三加密

空三加密，即解析空中三角測量，是指用攝影測量解析法確定區域內所有影像的外方位元素。在快速處理無人機遙感影像時，利用測區中影像連接點的像點坐標和少量的已知像點坐標及其大地坐標的地面控制點，通過平差計算，求解連接點的大地坐標與影像的外方位元素。空三加密軟件通過引入視覺方法，對兩視圖進行定向，從而實現空中三角測量，獲得精度穩定、準確可靠的空三成果。

2.2 數字影像匹配與數字表面模型生產

影像匹配是在兩幅或多幅影像間識別同名元素，這是現階段計算機視覺及數字攝影測量的一個核心問題。目前，影像匹配主要是以數字影像局部范圍內的灰度值及其分布作為處理的主要對象，通過計算其自身的相似性來確定同名元素[3]。灰度影像匹配的基本過程，是通過在影像上選一個要匹配的目標點，以目標點為中心，開取一個一定大小的目標窗口，利用影像重疊范圍知識，確定影像上同名點的搜索區域，再以搜索區域內的每一點為中心，開取同樣大小的搜索窗口，計算目標窗口與搜索窗口間的相似程度，然后以最佳相似性所對應的匹配窗口作為配準窗口。數字表面模型通常就是指地表上最先反射或可視的一種模型，通過對數字表面模型進行濾波處理，能夠有效去除建筑物等，編輯后即可生成數字高程模型。

2.3 線劃圖采集

在空中三角測量成果的基礎上，通過立體測圖方式，采集地物和地貌數據。其中，采集點狀要素時，必須要側重注意要素的定位位置，測標中心則必須切準點狀地物的定位點，采集過程中應注意采集的方向。線狀要素采集過程中，首先要采集地物的實際位置，然后合理處理各要素間的關系，使要素之間協調一致。而采集面狀要素時，則需要使用相應要素的編碼采集面狀符號，然后在閉合面域進行“閉合”處理，要素屬性需要標注在采集要素的相關位置上。

3 無人機遙感在應急測繪保障中的應用

3.1 在地質災害救援中的應用

近年來,各種地質災害頻繁發生,測繪無人機在搶險救災中發揮了重要作用。地質災害發生后，為及時得到災區最新的地理信息數據，為評估災情和制定救援計劃提供依據,可利用無人機快速獲取災區的遙感影像，并實時監測災情。比如，2008年四川汶川發生八級地震,同時還伴隨大量山體崩塌、泥石流、滑坡等地質災害,道路遭到嚴重破壞,救援一度受到中斷。救援過程中,為快速了解災區情況,政府部門及時派出測繪無人機進入災區,對房屋、道路損壞等災情進行動態監測,為地震救援工作提供了及時的信息保障。

3.2 在城市火災救援中的應用

測繪無人機可以應用到火災救援中。發生火災后,要第一時間了解火情,制定合理的救火方案。然而，消防人員越靠近火災現場危險性就越高,這時就可以利用無人機遙感系統到達消防人員不能靠近的地方,從而快速傳回現場火災影像,同時對火災情況進行實時動態監測，為制定救火方案提供實時的現場數據，最大限度地減少人員傷亡。

3.3 在核泄漏監測中的應用

隨著我國經濟的不斷發展，核能作為一種清潔能源在社會經濟建設中發揮著越來越重要的作用。但大量的核電站建設，隨之而來的則是核泄漏風險。一旦發生核泄漏，將會嚴重影響核電站周邊環境，技術人員利用傳統手段，很難對極具危險性和污染性的核泄漏進行監測。而無人機遙感系統不需要技術人員親身進入核泄漏區域，能夠對災區進行全方位監測。國外利用無人機遙感監測核泄漏的實例，可以供我們參考借鑒。比如，2011年日本海嘯引發了福田核電站泄漏，產生較大的核輻射。為了解實際的受災情況，美國派出無人機對核電站周邊進行動態監測，根據測量的實際輻射水平，制定了相關的救災方案。

3.4 在重點海域監測中的應用

我國海域遼闊、海岸線長，對海域進行動態監測難度非常大。傳統的遙感監測周期長，不利于對重點海域進行實時的動態監測[4]。而無人機遙感系統具有自動化程度高、監視范圍廣、空間分辨率高、作業周期短等優點，能夠全天候實時動態監測重點海域，并快速分析遙感影像，判斷海上出現的可疑艦船軌跡，從而為作業單位制定計劃提供準確依據。

4 結束語

綜上所述，無人機遙感系統因其機動靈活、快速高效、時效性強、成本低、精度高、安全性高等特征，被廣泛應用到應急測繪保障任務中。隨著無人機遙感技術的不斷進步，無人機還將會在搶險救災、戰場目標定位、環境監測等方面發揮 重要作用。