無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用-戴詩濤

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用戴詩濤摘要：隨著我國科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，無人機(jī)行業(yè)發(fā)展非常迅速，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)也應(yīng)運而生。通過無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)獲取航空影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維建模，利用三維模型進(jìn)行統(tǒng)計和分析，掌握災(zāi)區(qū)的情況并迅速開展救援。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)能打破傳二維數(shù)據(jù)的局限性，更加直觀地表達(dá)空間三維信息，在應(yīng)急救災(zāi)中更加靈活地運用空間信息進(jìn)行決策，為應(yīng)急救災(zāi)提供更高效的地理信息服務(wù)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)；三維建模；應(yīng)急救災(zāi)

1引言

隨著全球氣候變化以及人類活動對自然生態(tài)環(huán)境的破壞，近年來全球自然災(zāi)害頻發(fā)，給人類生活和生產(chǎn)帶來了不同程度的損害。面對頻發(fā)的自然災(zāi)害，人類要減少對自然環(huán)境的破壞的同時，也要加強(qiáng)應(yīng)對自然災(zāi)害的能力。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)攝影技術(shù)在應(yīng)急救災(zāi)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，通過傳統(tǒng)的無人機(jī)攝影技術(shù)能夠快速地獲取災(zāi)區(qū)的影像并制作正射影像成果，為應(yīng)急救災(zāi)提供地理信息服務(wù)，但是局限于二維的空間信息服務(wù)。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，是攝影測量的一項新興技術(shù)，通過無人機(jī)搭載多臺航攝儀，從不同的角度獲取相片數(shù)據(jù)，利用獲取的影像數(shù)據(jù)建立三維模型，三維模型可通過不同視角獲取地物空間信息并進(jìn)行三維空間量算。通過無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，構(gòu)建的三維模型可以真實地表現(xiàn)出地物本身的結(jié)構(gòu)和紋理特征，利用三位模型可量測的特點，更加直觀地表達(dá)地物的空間三維信息，在應(yīng)急救災(zāi)中更加靈活地運用空間信息進(jìn)行決策，實現(xiàn)高效的地理空間信息服務(wù)。

2工作流程

為了快速響應(yīng)應(yīng)急救災(zāi)的需求，應(yīng)結(jié)合災(zāi)區(qū)的情況，在前期黃金時間內(nèi)開展無人機(jī)傾斜攝影，獲取影像數(shù)據(jù)并建立三維模型，對受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行災(zāi)情評估、實施救援。具體工作流程如下：

（1）資料收集與分析：初步掌握災(zāi)區(qū)受災(zāi)程度，收集覆蓋受災(zāi)地區(qū)現(xiàn)勢性較高的正射影像成果，便于航攝計劃、像控布設(shè)以及后期災(zāi)情分析。

（2）數(shù)據(jù)獲取與整理：利用多旋翼無人機(jī)搭載多臺航攝儀，同時從垂直和四個傾斜角度拍攝影像，通過不同視角的傳感器同時獲取影像，實現(xiàn)災(zāi)區(qū)影像的快速、高效獲取。獲取影相后，根據(jù)不同視角對影像進(jìn)行整理。多旋翼無人機(jī)機(jī)體較輕便于攜帶，操作相對簡單，對起降場地要求較低，在應(yīng)急救災(zāi)中能快速響應(yīng)。另外，利用集成高精度GNSS接收機(jī)和相機(jī)的無人機(jī)，獲取高精度的影像坐標(biāo)，可減少后續(xù)像控測量的工作量，滿足應(yīng)急救災(zāi)高效的需求。

圖1搭載多鏡頭的無人機(jī)

（3）像控測量：利用CORS網(wǎng)絡(luò)，在航攝區(qū)域選擇合適地物進(jìn)行RTK測量，獲取控制點坐標(biāo)。必要時，可在航攝前在災(zāi)區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)像控標(biāo)靶，以解決后期因選點困難導(dǎo)致無法施測的問題。

（4）數(shù)據(jù)處理：利用采集的高分辨率的多方位影像、地面控制點坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及影像的POS數(shù)據(jù)，運用專業(yè)軟件進(jìn)行空中三角測量并輸出高分辨率的正射影像成果。結(jié)合得到的空三加密成果，利用實景建模軟件輸出三維實景模型成果。

（5）數(shù)據(jù)分析：利用三維模型，結(jié)合高分辨率的正射影像成果，對比受災(zāi)前后災(zāi)區(qū)的變化情況，統(tǒng)計受災(zāi)信息如：洪水淹沒面積、山體滑坡土方量、堰塞湖面積、房屋破壞數(shù)量等等。根據(jù)受災(zāi)情況，選擇最佳的應(yīng)急救災(zāi)方案和路線，對受災(zāi)人員進(jìn)行快速安置和援助。利用三維模型模擬災(zāi)害的二次活動，疏散災(zāi)區(qū)居民，避免二次災(zāi)害造成的傷害。

3應(yīng)用效果分析

（1）利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)建立三維模型，具有高分辨率、多視角、全方位的特點。三維模型能夠真實反映災(zāi)區(qū)實景，可以通過從不同的視角觀察災(zāi)情，判斷災(zāi)情發(fā)生的原因、過程以及分析災(zāi)情下一步動態(tài)發(fā)展。

（4）發(fā)生洪澇災(zāi)害后，利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)對受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行三維建模和空間分析，結(jié)合現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，統(tǒng)計洪澇造成的損失情況，利用物理模型模擬洪澇的進(jìn)一步發(fā)展態(tài)勢，推算出洪澇水位和淹沒路徑，根據(jù)推算結(jié)果預(yù)測洪澇的風(fēng)險等級和洪澇災(zāi)害二次影響區(qū)域，組織二次影響區(qū)域人員和物資的轉(zhuǎn)移，避免造成大的損失，為應(yīng)急救災(zāi)快速組織救援和科學(xué)決策提供幫助。

圖5統(tǒng)計滑坡土方量

（5）發(fā)生滑坡泥石流災(zāi)害后，利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)對滑坡區(qū)域構(gòu)建三維模型，利用三位模型可量測的特點，獲取地物的各種空間屬性信息，包括長度、寬度、高度、面積、土方量等信息，通過獲取的空間地理信息計算出滑坡的影響范圍，預(yù)測泥石流的發(fā)展方向，為應(yīng)急救災(zāi)工作提供數(shù)據(jù)支撐和決策支持。

（6）無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)不僅在應(yīng)急救援和災(zāi)后重建的過程中發(fā)揮重要作用，在災(zāi)前預(yù)防方面也能提供數(shù)據(jù)支撐。通過利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)頻發(fā)地區(qū)進(jìn)行航攝，建立三維模型并進(jìn)行災(zāi)害模擬，如：對頻臨山體的居民區(qū)或道路進(jìn)行山體滑坡災(zāi)害模擬、對河流沿岸居民區(qū)進(jìn)行洪澇災(zāi)害模擬等，對模擬結(jié)果進(jìn)行分析，對地質(zhì)災(zāi)害點進(jìn)行加固和加建防災(zāi)設(shè)施、防災(zāi)點，規(guī)劃科學(xué)的避難路線，必要時轉(zhuǎn)移和疏散居民區(qū)，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的效果，避免災(zāi)害帶來的損害和破壞。

4應(yīng)用局限

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在應(yīng)急救災(zāi)中能提供高效的地理服務(wù)，在將來的應(yīng)急救災(zāi)中也會有越來越多的應(yīng)用，但目前在應(yīng)用的過程中仍存在一些局限性，主要包括以下方面：（1）利用無人機(jī)進(jìn)行傾斜攝影時，需要具備一定的天氣條件，但往往在發(fā)生自然災(zāi)害時，天氣條件不穩(wěn)定，給無人機(jī)的飛行帶來不便，因此在無人機(jī)抗風(fēng)防雨的能力方面有待進(jìn)一步提高；（2）構(gòu)建三維模型時，相對于正射影像制作過程而言處理速度較慢，對計算機(jī)硬件要求較高，若要提高效率需配備大型計算機(jī)工作站，但工作站在應(yīng)急救災(zāi)運輸過程中有所不便；（3）在高山區(qū)進(jìn)行傾斜攝影時，由于地形起伏導(dǎo)致影像重疊度變化較大，對空三匹配和建模造成影響。

5結(jié)語

利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)建立災(zāi)區(qū)三維模型，解決了傳統(tǒng)無人機(jī)攝影測量技術(shù)存在二維局限性的問題，提供準(zhǔn)確的空間三維信息，直觀顯示災(zāi)區(qū)受災(zāi)情況，有利于在應(yīng)急救災(zāi)中的快速科學(xué)決策，為應(yīng)急管理工作提供了高效的地理信息服務(wù)，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)獲取、災(zāi)情分析到指揮救援、災(zāi)后重建、災(zāi)前預(yù)防，從而提升應(yīng)急測繪保障的能力和效率。

參考文獻(xiàn)

[1]黃哲.低空無人機(jī)航攝系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪中的應(yīng)用[J].華東科