多旋翼無人機正射影像在應急測繪演練中的應用

宋培焱

(深圳市地籍測繪大隊，廣東 深圳 518034)

1 引 言

近些年來，我國地質災害頻發，地震、洪水、山體滑坡、安全事故時有發生，應急測繪的作用日益顯著，如何快速、準確、及時地獲取災區影像數據顯得尤為重要。往往事故及災難發生時，道路、橋梁發生損壞導致救援車輛、救援隊伍無法進入災區，人員儀器也很難快速有效獲取災區最新的地理信息數據，天氣狀況不好的情況下，遙感衛星也受到很大程度的影響，而此時無人機航測正射影像圖就可發揮巨大的作用。它能夠在最短的時間內獲取最有效的地理信息數據，為主管部門作出正確指令提供數據支持，有力地保障國家和人民的生命及財產安全。

多旋翼無人機具有成本低、靈活度高、實時性強的特點。此外，它不但能夠低速、低空飛行，而且起飛降落不需要專門的飛機場，可以根據任務需要隨時起飛，對場地要求較低，因此以多旋翼無人機為主要裝備的航空應急測繪在處置各種突發事件過程中具有獨特的優勢。

2 多旋翼無人機航測系統組成和主要參數

本次演練采用中海達六旋翼無人機航攝遙感系統，主要包括飛行器(iFly D6)、飛控系統、地面監控系統、數碼相機系統和配套作業軟件系統。

iFly D6為專業級六旋翼飛行器，機身采用進口碳纖維一體模具成型，具有防火防雨防塵功能；整機抗電磁干擾設計，適應能力強；機臂采用插拔式快拆結構，方便使用和維護；輕量化的機身和任務載荷設計；高效率動力系統；飛行時間達到40分鐘；iFly D6可完成精準懸停、勻速巡航、航線規劃等；完美的空氣動力學設計，具有超強的抗風能力；低電壓自動保護功能；信號丟失保護功能等。iFly D6主要參數如表1所示。

iFly D6主要參數 表1

3 多旋翼無人機在測繪應急演練中的應用實例

3.1 應急測繪演練概況及內容

本次測繪應急演練的模擬場景是2018年某日凌晨，深圳市南山區某街道發生洪澇災害，該街道地處深圳市市區西北部，轄區面積 49.16 km2，轄區內多丘陵，并有一較大型水庫，地勢較高，交通不便，在發生洪澇災害后，救援隊伍不易進入災區施救，市政府應急辦急需了解災區的受災現狀。

演練的主要內容包括：

①利用無人機航攝系統外業獲取災區的影像數據；

②航攝外業完成后現場對獲取的影像圖進行快速拼接；

③生成數字正射影像圖；

④應急保障的組織、裝備、后勤保障的應急指揮、協調和快速處置等。

應急測繪系統構成如圖1所示，從圖中可以看出無人機航攝充當著先頭兵的作用。

圖1 應急測繪系統構成

3.2 多旋翼無人機飛行質量及影像質量要求

(1)飛行質量

①像片重疊度：航向重疊度為75%，旁向重疊度為45%；

②像片傾角：不大于5°，最大不超過12°，出現超8°的片數不大于總數的10%；

③像片旋角：不大于15°，滿足像片航向和旁向重疊度的要求情況下，個別最大旋角不超過30°，同一航線上旋角超過20°像片數不超過3片，超過15°旋角的像片數不超過分區像片總數的10%，像片傾角和像片旋角不同時達到最大值；

④攝區邊界覆蓋保證：航向覆蓋超出攝區邊界線不少于兩條基線，旁向覆蓋超出攝影邊界線不少于像幅的50%；

⑤航高保持：同一航線上相鄰像片航高差不大于 30 m，最大航高與最小航高之差不大于 50 m，實際航高與設計航高之差不大于 50 m；

⑥漏洞補攝：航攝中沒有出現相對漏洞和絕對漏洞；

⑦飛行紀錄資料的填寫：飛行結束時，填寫航攝飛行紀錄表。

(2)影像質量

①影像應清晰，層次豐富，反差適中，色調柔和，能辨認出與地面分辨率相適應的細小地物影像；

②影像上沒有云、云影、煙、大面積反光、污點等缺陷；

③影像沒有因飛機地速的影響，在曝光瞬間造成的像點位移大于1個像素；

④拼接影像無明顯模糊、重影和錯位現象。

3.3 無人機航測作業

(1)飛行前準備

使用地面站軟件，設計8條航線；設計航向重疊75%、旁向重疊45%，飛行高度 250 m，攝影器材為ARC524數碼航攝儀，焦距 20 mm，光圈值：f/8，ISO：800，曝光時間1/1600s，地面分辨率優于 5 cm，按南北向平行于圖廓線直線飛行，飛行前試飛，保證飛機和航攝儀正常工作。

(2)航攝飛行

航線敷設按南北向平行于圖廓線直線飛行。起飛時間為10：15，降落時間為10：33，共飛行16分鐘，1個架次，共采集92張原始照片及與之一一對應的92個POS數據。

(3)檢查漏洞補攝

完成測區飛行后，立即將拍攝的像片導出至地面站中，快速檢查分析是否存在航攝漏洞，經檢查本次飛行無航攝漏洞，航攝數據有效。

3.4 航測數據預處理

飛機降落后，數據處理人員迅速下載影像及POS數據，將影像傳輸到電腦進行數據的預處理。數據預處理時間為10：40～10：50，用時10分鐘，主要工作內容為：進行原始影像的預處理，POS數據的預處理。

3.5 災區影像數據處理

(1)正射影像圖初步檢測報告

10：45～11：05，用時10分鐘，利用Pix4Dmapper軟件進行快拼，生成正射影像圖初步檢測報告，效果圖沒有空白、沒有拉花，質量合格，能夠滿足應急救災中心對全局影像的瀏覽，初步掌握災害區域現狀，如圖2所示。

圖2 災區正射影像初步檢測圖

(2)數字正射影像圖制作

11：05～11：40，用時35分鐘，利用Pix4Dmapper軟件，采用立體建模微分糾正法，在軟件中對原始影像勻光勻色處理后疊加測區DEM經過數字微分糾正生成單像幅正射影像，然后對所有圖幅進行拼接，得到整個測區正射影像圖。最后才能將質量好、精度高的影像作為最終成果進行提交，如圖3所示。

圖3 正射影像正式成果圖

(3)數字正射影像質量情況

此次應急演練最終提交的DOM成果，影像質量清晰，層次豐富，色調柔和，地面分辨率優于 5 cm，覆蓋面積大約為 2 km2，無漏洞，符合提交成果標準，為應急救災中心快速了解受災情況及部署救災方案提供了可靠的影像數據。

3.6 應急測繪演練完成工作量統計

(1)無人機航空攝影，共獲得原始影像92張(地面分辨率優于 0.05 m)；

(2)正射影像圖初步檢測報告；

(3)正射影像圖1幅。

3.7 應急測繪演練結束

11：45，無人機拍攝的災區正射影像圖被第一時間提交給應急指揮部。隨后，協調負責人宣布終止應急響應，標志著本次演練圓滿結束。本次應急測繪演練全過程時間點如表2所示。

應急演練全過程時間點 表2

4 結 語

通過這次應急演練可以看出，從接到應急任務，啟動應急預案，無人機起飛到獲取DOM，搜集災區舊影像及地形圖，再到終止應急響應，應急演練結束，現場應急小組僅花費了2小時45分鐘，時間短，收獲大。多旋翼無人機僅飛行了一個架次便獲取了災區最新的POS及照片數據，為快速生成DOM數據提供了有效的時間。正如“時間就是金錢，效率就是生命”，應急測繪搶的是時間，救的是生命，就是要在第一時間獲取最新地理信息數據，了解險情，為科學的救災提供基礎數據。

測繪應急工作是一個系統的工程，需要多個部門配合，只有在平時多進行演練工作，多個單位部門密切配合，積累經驗，才能在險情發生時不亂陣腳，在下達應急響應時，多部門程序化、系統化地密切配合，第一時間獲取已有地形圖和航空影像以及災區最新正射影像數據，為科學有效地搶險救災，挽救人民群眾的生命財產提供高質量、高精度的地理信息數據。