无人机低空航拍遥感在应急测绘保障中的应用

赵波涛

（华北地质勘查局五一九大队，河北 保定 071027）

关键字：无人机；低空航拍；遥感技术；应急测绘保障

随着社会经济的不断发展，人们生活质量得到了大幅度提升，各行各业发展十分迅速，但是经济水平的提升却造成了自然环境的恶化，各类自然灾害事故频发，不仅给生态系统建设造成影响，也在很大程度上阻碍了社会经济的进一步发展。为了有效加强自然灾害事故的应急保障和救援管理，必须要通过应用先进的测绘技术，对灾害事故现场进行实施监测，以获取高精度的影像数据信息，为后续的救援和处理提供保障。当前无人机低空航拍遥感技术得到了进一步的完善，有效弥补了传统卫星遥感和载人航测的缺陷，具有灵活便利、时效性高以及成本低等优势，在灾害应急保障管理中得到广泛应用。

1 无人机低空航拍遥感系统概述

1.1 系统构成及功能

对于无人机低空航拍遥感系统来说，其通常由以下几部分构成：第一，飞行平台。相对比载人飞行系统，无人机系统中机身材料比较特殊，一般由玻璃钢、碳纤维以及金属等材质制作而成，机身前端安置有发动机装置，机翼旁连接碳纤维圆管插接，外形构成了接进式后三点布局结构。正是因为如此，无人机起落具有轻巧、便利以及强度大等优势，这为其在野外特殊测绘作业中应用奠定了坚实基础；第二，飞行控制系统。通常情况下，无人机航拍遥感飞行控制系统包括三部分，即机载飞行控制、地面控制中心以及通讯设备等，这三部分的协调控制，使得飞行系统在开展野外测绘时更加的高效便利，并且测绘精准度较高；第三，遥感系统，其中主要包括高分辨率数码单反相机，由于其具有轻巧、便利以及处理功能强大等优势，所以将其作为无人机遥感摄影的传感器比较合理；第四，软件系统。对于无人机航拍遥感软件系统而言，主要包括监控软件、航线规划软件以及影像处理软件三部分，其中监控软件主要是对无人机飞行区域、轨迹以及相关参数进行有效监督管理，以便于做出进一步参数调整和优化；航线规划软件主要对飞行器飞行轨迹参数进行规划，然后进一步控制固定翼、旋翼机等装置；影像处理软件则主要是对获取的影像数据信息进行进一步处理，得到更加直观立体的图像数据信息。

1.2 系统的优势及特点

相对比其它遥感测绘系统而言，无人机低空航拍遥感系统具有诸多优势，详细如下：第一，系统本身比较轻巧灵活，飞行操作相对便利，且不受环境及区域地形的干扰，特别是一些野外复杂区域的测绘，可以直接利用该系统获取影像数据，这比传统的载人飞行测绘具有更高的安全性和可靠性，同时也有效确保了测绘结果的精准度；第二，该系统属于低空航拍测绘，所以实际当中不会受到云层的遮挡和干扰，这是传统的航空摄影所不具备的特点。在实际进行城市应急保障测绘管理时，该系统可以有效避开城市高层建筑物的干扰，提升测绘结果的精准度；第三，相对比载人飞行器，无人机遥感系统起落不需要特定的机场，而且对于操作人员的素质要求相对较低，同时无人机测绘成本投入也相对较低，后续的维修和保养相对简便，这使得其在测绘领域的应用十分广泛。

2 无人机低空航拍遥感系统的应用流程

2.1 数据获取

就目前而言，很多的无人机低空航拍遥感系统都是在飞行器完成降落后，由相应的工作人员进行数据信息的下载，接着进行后续的数据处理和分析，如此的数据获取方式仅能满足一般工程测绘的要求，却无法满足应急保障和救援管理对于时效性的需求，因此在应急测绘保障中应用无人机遥感技术时，应当注重数据信息的实时传输和处理。为了满足这一需求，将高分辨率遥感数据与无人机平台其它传感器数据进行实时有效融合，以此达到应急保障测绘的实际需求。对于数据的实时传输而言，其需要满足在不同的环境和地点进行数据信息的获取，可以通过卫星传输、视距微波传输与超视距数据网络传输，并且将数据通过压缩处理，目的是进一步提升数据传输的速度，以满足实时传输数据的要求，无人机低空航拍遥感系统数据获取流程如图1所示。

图1 影像数据获取流程

2.2 数据处理

在完成数据信息的实时传输后，接着要进行数据的有效处理。对于低空航拍遥感测绘系统而言，其数据信息处理中存在一些缺陷和不足，例如影像重叠度不够规则、数量多、像幅较小等，这无法实现影像匹配的全自动连接点选取及配准。随着科学技术水平的不断提升，影像匹配技术、自动空三技术以及信息化数据处理技术由此诞生，使得无人机低空航拍影像数据处理变得更加的有效，并且大体上实现影像数据的自动化处理。对于该系统影像处理而言，其主要是在获取数据后对影像进行参数精化与DEM/DOM制作，详细流程如图2。

图2 影像数据处理流程

3 无人机低空航拍遥感在应急测绘保障中的应用

3.1 地质灾害应对

在对地质灾害分布调查中，应用无人机低空航拍遥感系统，可以直接获取多光谱的影像数据，在对影像进行校正及相应处理后，得到数字高程模型和正射影像，这可以作为地质灾害分布调查和判断的主要依据，为后续的灾害应对提供指导。在一些地形和环境比较特殊的区域，实施地质灾害测绘相对困难，无法满足其对于数据获取时效性的要求，但是应用无人机却相对灵活便利，低空航拍优势使其可以更加有效的应用到地质灾害测绘管理中。对于某一区域发生的地质灾害来说，应急保障及救援最为关键的就是掌握灾害现场的第一手数据，根据数据分析了解灾害发生的情况、波及的范围以及受困人员的数量等，根据这些分析资料制定应急和救援的措施方法。无人机低空航拍遥感系统起落便利，数据获取方便，所以将其应用到地质灾害现场数据获取中可以满足是时效性的要求，并且影像数据信息获取后经过拼接和校正处理，可以得到DOM、DEM以及热红外等数据，这些数据都可以作为分析灾害现场情况的主要资源。此外，影像数据的解译可以帮助判别灾害体形状与位置、造成地面破坏的面积、地形的变化、植被的破坏、河道和道路等的破坏与潜在次生灾害体，形成相应的解译结果图及数据的初步统计[1]。

3.2 森林防火

近年来，森林火灾时常发生，对于生态建设造成巨大的影响，也在很大程度上阻碍了社会经济水平的提升。为了满足森林的防火要求，需要运用先进的科学技术实现实时动态化的监测管理，以确保火灾发生第一时间得到有效控制。而无人机低空航拍遥感系统在森林防火中应用效果显著，其主要通过配备彩色CCD任务载荷和红外探测任务载荷对森林目标区域火灾实时监测，将数据实时进行地面传输，地面控制中心可以随时随地获取目标区域的影像数据，掌握森林火灾情况，以便于做出进一步的救援和处理。

3.3 堰塞湖灾害评估

堰塞湖是在一定的地质和地貌条件下，由于河谷岸坡在动力地质作用下迅速产生崩塌、滑坡、泥石流以及冰川、融雪活动所产生的堆积物或火山喷发物等形成的自然堤坝横向阻塞山谷、河谷或河床，导致上游段壅水而形成的湖泊。无人机遥感系统通过搭载的传感器获取高分辨率影像，建立三维动态影像；再根据堰塞湖体的回水位置确定其高程，结合地形图数据，计算坝体位置水深；然后通过坝体前后的有水和无水位置，确定坝体高度，计算出堰塞湖的体积。堰塞湖的流域面积可通过地形图量算，再配合水文和气象资料，计算有关汇流及水位上涨信息。

4 结束语

综上所述，无人机低空航拍遥感是一种先进的测绘技术，其具有灵活、便捷以及高精度等优势，在工程测绘领域中得到广泛应用，特别是对于应急保障管理而言，无人机遥感系统的功能更加符合要求，可以满足应急保障管理对于时效性和精准度的要求，通过实际的测绘获取现场的第一手资源，然后及时传输给相关人员进行分析和判别，以便于做出进一步的处理。无人机低空航拍遥感技术的应用，为我国应急保障管理提供了很大的便利，其中包括地质灾害应对、森林防火以及堰塞湖灾害评估等，但是该技术在实际的应用中也或多或少存在一些不足，后续需要加强研究，确保进一步提升应用效果。