无人机遥感在应急测绘保障中的应用探讨

杨光 胡惊鹏 许言 井琳

（1.河南省测绘工程院，河南 郑州 450003；2.河南省基础地理信息中心，河南 郑州 450003；3.河南省测绘发展研究中心，河南 郑州 450003）

近年来，无人机遥感及无人机监测等技术手段日趋成熟，航空摄影、机载合成孔径雷达、应急监测移动平台系统等一系列高新测绘地理信息技术已广泛应用于应急测绘保障领域。而凭借机动灵活、快速高效、作业成本低等优势，无人机在灾情侦察、灾害调查和灾后重建等应急测绘保障工作中发挥了重要作用。通过分析应急测绘保障任务对无人机遥感的要求，研究无人机遥感影像快速处理的关键技术，有助于提高应急测绘保障的质量和效率。

1 应急测绘保障任务对无人机遥感的要求

1.1 时效性强

应急测绘保障任务具有突发性和不可预测性,保障单位接到命令后要第一时间赶赴现场,这对保障单位的反应速度要求较高。近年来，我国频发的地震、泥石流等自然灾害中,无人机均是最先运到灾区，快速获取任务区域的遥感影像数据。在应急测绘保障中,遥感影像的时效性越强,就越有利于指挥员掌握灾区情况,针对灾区特点制定切实有效的行动计划。

1.2 机动性强

应急测绘保障任务中，保障单位需要根据实际情况,将装备快速运送到指定地点,因此对装备的机动性要求较高。传统遥感设备只适合在室内作业,且获得遥感成果的时间较长,与应急保障任务的快速机动要求不符[1]。无人机遥感系统以无人机为平台，以各种成像与非成像传感器为主要载荷,飞行高度一般在几千米以内，体积较小，自动化程度高，能够快速获取任务区域的遥感影像、视频等信息[2], 可满足保障单位对任务区域地理信息数据的需求。

1.3 影像精度高

在应急测绘保障任务中，指挥员对受灾区域的地理位置精度要求较高。地理位置越精确,越有利于指挥员制定高效的救援计划，确保任务顺利开展。无人机遥感系统能在几千米以内的低空飞行,作业周期短，可快速获取高精度的遥感影像,满足指挥员对任务区域地理位置的高精度要求。

1.4 动态监测目标区域

应急测绘保障任务不仅对遥感影像的时效性和精度要求高,还需要进行动态监测,让指挥员掌握目标区域的实时变化。无人机遥感系统能满足应急测绘保障任务对动态监测的要求，比如，在火灾救援中，通过无人机遥感系统的影像动态监测能及时掌握灾情。

2 无人机遥感影像快速处理的关键技术

无人机遥感影像具有空间分辨率高、时效性强、成本低等优点,但是受无人机飞行高度、数码相机焦距等限制,单张无人机遥感影像的覆盖范围较小,仅靠单张影像,难以形成对任务区域的整体认知,因此需要利用多种技术将无人机遥感影像进行快速处理。

2.1 空三加密

空三加密，即解析空中三角测量，是指用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素。在快速处理无人机遥感影像时，利用测区中影像连接点的像点坐标和少量的已知像点坐标及其大地坐标的地面控制点，通过平差计算，求解连接点的大地坐标与影像的外方位元素。空三加密软件通过引入视觉方法，对两视图进行定向，从而实现空中三角测量，获得精度稳定、准确可靠的空三成果。

2.2 数字影像匹配与数字表面模型生产

影像匹配是在两幅或多幅影像间识别同名元素，这是现阶段计算机视觉及数字摄影测量的一个核心问题。目前，影像匹配主要是以数字影像局部范围内的灰度值及其分布作为处理的主要对象，通过计算其自身的相似性来确定同名元素[3]。灰度影像匹配的基本过程，是通过在影像上选一个要匹配的目标点，以目标点为中心，开取一个一定大小的目标窗口，利用影像重叠范围知识，确定影像上同名点的搜索区域，再以搜索区域内的每一点为中心，开取同样大小的搜索窗口，计算目标窗口与搜索窗口间的相似程度，然后以最佳相似性所对应的匹配窗口作为配准窗口。数字表面模型通常就是指地表上最先反射或可视的一种模型，通过对数字表面模型进行滤波处理，能够有效去除建筑物等，编辑后即可生成数字高程模型。

2.3 线划图采集

在空中三角测量成果的基础上，通过立体测图方式，采集地物和地貌数据。其中，采集点状要素时，必须要侧重注意要素的定位位置，测标中心则必须切准点状地物的定位点，采集过程中应注意采集的方向。线状要素采集过程中，首先要采集地物的实际位置，然后合理处理各要素间的关系，使要素之间协调一致。而采集面状要素时，则需要使用相应要素的编码采集面状符号，然后在闭合面域进行“闭合”处理，要素属性需要标注在采集要素的相关位置上。

3 无人机遥感在应急测绘保障中的应用

3.1 在地质灾害救援中的应用

近年来,各种地质灾害频繁发生,测绘无人机在抢险救灾中发挥了重要作用。地质灾害发生后，为及时得到灾区最新的地理信息数据，为评估灾情和制定救援计划提供依据,可利用无人机快速获取灾区的遥感影像，并实时监测灾情。比如，2008年四川汶川发生八级地震,同时还伴随大量山体崩塌、泥石流、滑坡等地质灾害,道路遭到严重破坏,救援一度受到中断。救援过程中,为快速了解灾区情况,政府部门及时派出测绘无人机进入灾区,对房屋、道路损坏等灾情进行动态监测,为地震救援工作提供了及时的信息保障。

3.2 在城市火灾救援中的应用

测绘无人机可以应用到火灾救援中。发生火灾后,要第一时间了解火情,制定合理的救火方案。然而，消防人员越靠近火灾现场危险性就越高,这时就可以利用无人机遥感系统到达消防人员不能靠近的地方,从而快速传回现场火灾影像,同时对火灾情况进行实时动态监测，为制定救火方案提供实时的现场数据，最大限度地减少人员伤亡。

3.3 在核泄漏监测中的应用

随着我国经济的不断发展，核能作为一种清洁能源在社会经济建设中发挥着越来越重要的作用。但大量的核电站建设，随之而来的则是核泄漏风险。一旦发生核泄漏，将会严重影响核电站周边环境，技术人员利用传统手段，很难对极具危险性和污染性的核泄漏进行监测。而无人机遥感系统不需要技术人员亲身进入核泄漏区域，能够对灾区进行全方位监测。国外利用无人机遥感监测核泄漏的实例，可以供我们参考借鉴。比如，2011年日本海啸引发了福田核电站泄漏，产生较大的核辐射。为了解实际的受灾情况，美国派出无人机对核电站周边进行动态监测，根据测量的实际辐射水平，制定了相关的救灾方案。

3.4 在重点海域监测中的应用

我国海域辽阔、海岸线长，对海域进行动态监测难度非常大。传统的遥感监测周期长，不利于对重点海域进行实时的动态监测[4]。而无人机遥感系统具有自动化程度高、监视范围广、空间分辨率高、作业周期短等优点，能够全天候实时动态监测重点海域，并快速分析遥感影像，判断海上出现的可疑舰船轨迹，从而为作业单位制定计划提供准确依据。

4 结束语

综上所述，无人机遥感系统因其机动灵活、快速高效、时效性强、成本低、精度高、安全性高等特征，被广泛应用到应急测绘保障任务中。随着无人机遥感技术的不断进步，无人机还将会在抢险救灾、战场目标定位、环境监测等方面发挥 重要作用。