无人机倾斜摄影模型在应急救灾中的应用

李能国

摘 要：国内外地质灾害的频发和突发，是全球人民共同面对的问题。应急对应过程中，信息高质量、及时、方便快捷地收集成为关注焦点，也是之后工作的基础。无人机倾斜摄影模型因其机动、高质、快速和简便的特性得到了较为普遍的应用。本文将就其基本原理和在应急救灾中的具体应用加以分析介绍，做一小结。

关键词：无人机；倾斜摄影；应急救灾；应用

中图分类号：P235 文献标识码：A

1.无人机倾斜摄影模型概述

随着科技日新月异的发展，在地理信息获取方面，传统方法存在耗费人力物力、信息滞后等缺点。摄影技术的发展为解放人力，节约耗时提供了极大的便利空间。其中，相对于正位摄影而言，无人机的倾斜摄影模型技术则进一步提升影像的处理结果，提供更高质量的地理影像信息。无人机倾斜摄影是近年来国际测绘领域新兴发展，并且得到大量推广的技术。一般来说，对于拍摄物体，在地质摄影中选择以地面为基准，采用垂直的角度获得的图像称其为正片，形成有夹角的为斜片。正片一般反应的是二维空间信息，即使做得再精细，由于二维的角度限制，反应的信息有限。而倾斜摄影的内容，不仅包括正片，而且包括4个主要角度的斜片。首先，对于拍摄对象信息的采集是多视角的，利于形成三维观察。通过维度拓宽技术，其信息容量得到了极大的拓宽。其次，倾斜摄影模型是建立在倾斜摄影所得的影像信息基础上，予以拍摄物体（在地质拍摄中特指所观察的地质对象），进行三维影像的还原，为信息内容的把握和利用提供基础。

2.应急救灾中的应用

2.1 无人机倾斜摄影模型在应用中的优势

相对于传统方式，无人机倾斜摄影模型能够在应急救灾过程中发挥巨大作用，并得到更多更广泛的应用，离不开它具体应用中凸显的以下几个特点：

（1）时效性

无论是世界各国，还是国内南北东西各地，不同的地质自然灾害频频发生，类似于山体滑坡的发生往往都会造成相应地区人员财物的沉重损失。因此，灾害发生的及时应对成为重中之重。这其中，灾害所在地的具体的地质情况信息的及时采集反馈，为之后后续的应对决策安排提供了坚实的基础。无人机倾斜摄影在时效性上，相对于传统作业大大提高，满足了信息采集的要求。

（2）机动灵活性

通常发生灾害的地区，其地形气候都是相对复杂的，例如山体滑坡或泥石流的發生，人力只能疏散，更不用谈深入其地进行信息收集。而传统的卫星方式和载人飞机都只能满足部分空间信息的收集，而无人机的操控能够在复杂空气和地形环境下完成高质量的信息采集。

（3）信息质量高

卫星方式的拍摄和普通的航空飞行所进行的空间信息的采集，很大程度上由于飞行高度底限的限制，必须保持一定的距离。那么这就导致了这段距离里的云层、空气气流、光线传播等等复杂因素均对最终的成像已经信息收集产生了一定的误差。而无人机的低空特性在这方面大大削弱了这些因素的影响，分辨率得到了质和量的提高。并且多角度的拍摄形成的纹理影响也避免了遮挡的问题。加上低空飞行，距离底限降低，在图像的精度上面也做出了很大程度上的加深。

（4）简便性

无人机的拍摄应用的机械等等机量较小，成本得到了控制，运输过程中也较为简便。操作的流程相对于其他方式也更加的简化。操作的门槛相对降低，因此对相关人员的技术培训的时间也大大缩短。

2.2 无人机倾斜摄影模型的具体应用

2.2.1 应用流程

在发现一定较为紧迫的灾害后，无人机倾斜摄影模型就派上了用场，其具体的运作流程为：

（1）勘察并收集影像信息

可见下图：图1为南宁五象岭隧道，为南北走向，周围新开发的小区高楼林立，此图片获取的是现场0.05m的影像；图2为图1中山体滑坡部分的放大影像，可以清楚地看到滑坡山体位于隧道的东面山坡。一旦发现应急灾害，需要对所要采集的信息有明确的要求和预设的飞行采集路线的设计。其模型的组成中，为了应对快速获取信息，采用了自动拼接的图像处理手段。

（2）数据的处理

所收集到的数据多为图像数据，因此对于图像的处理极为重要。其中涉及到方方面面的问题和关注点：从最初得到的影像，继而产生的，因为在不同镜头下图像依靠重叠交集加以拼接的时候，其中涉及到图像几何变形的探究；然后在构建三维空间模型时，三维各角度的图像重叠，拼接，重组和结构中，产生的几何误差校正，正射精校正；以及最后在完成处理之后得到的处理结果，必须经过三维的可视化结果输出等等。

（3）数据的提取和分析

我们采集的只是全面的，所有的信息。一开始的收集过程中，拍摄机器无法代替我们做出思考，哪些信息，哪些重点是我们所要关注，用以分析对策的关键部分。因此，在收集和处理之后，我们必须进行目标信息的提取和分析。

2.2.2 应急灾害的应用

无人机倾斜摄影模型所产生的信息资料，是以数字模型的方式，提供给分析、调查以及判别地质方面灾害的分布、发生、发展、隐患等等。一般情况下，发现较为剧烈的地质灾害的地区，例如高频发的山体滑坡或者泥石流的地区，其必然山区密布，水土保持欠佳。以此类推发生地区的地形地貌很大程度上较为复杂，使得人力的调查难以企及。而无人机的机动操作，在遮挡相对较少的云层下飞行的巨大优势，给应急救灾的前期拟定整体方案阶段带来了极大的帮助。救灾工作开始之际，突出在应急。应急的具体含义包含着多种层次，表现在及时阻止灾害的进一步扩大，涵盖了人力物资的损失和侵害规模和范围的扩大；疏导灾害地区的应对工作；为后期的赈灾和重建打下基础等等。这一切的前期设计均建立在详尽的灾害现场的第一手准确、全面、详尽的资料：包括起因，发生状况，波及规模和范围，受灾的人员和物资，灾区和非灾区之间的通道的数目和畅通质量，以及可能存在的隐患，涉及再次灾害发生的可能点。无人机倾斜摄影模型要求低，数据收集快速的特性，十分恰当地满足了这一应急救灾的需求。

地质灾害的信息收集和一般的地质信息收集稍有区别。在一般的信息收集中，可以根据色彩的差异，色调的明暗，以及纹理的密集稀疏等等变化性因素加以地质属性的鉴别和区分。然而在应急救灾的当下，这样较为“粗糙”的呈现区别的方式不利于快速分析，并不能帮助很快地解译出灾害体。对于灾害体的识别和确认，必须是基于地理学原理和具体的形貌特征加以识别的。无人机倾斜摄影模型采集的是关于拍摄对象的实际状态和形貌，恰恰针对了此要求特征，并且通过解译和判读，可在第一步将次生地质灾害总结归纳为：崩溃坍塌，山体滑坡，泥石流或者是堰塞湖等几种类型：

（1）山体滑坡

在此摄影模型采集的信息中，每个镜头和航向，均与其旁边的镜头有约近1/3的交集区域，经过立体三维分析，可以较为迅速地对于山体滑坡产生的高度和厚度予以计算得出，继而预测判别滑动的去向，结合当地地质资料总结得到构成此山体的岩石成分。

（2）崩塌

與滑坡基本类似，二维和三维的维度基本信息，经过数学逻辑推算山体坍塌的数量信息。

（3）泥石流

不同于前两种，主要侧重于数量指标的解译，泥石流的判断集中在其物质成分的识别。当然泥石流的发生一般在伴随着前两种灾害的同时，其发生所必须的地质条件从前两种的解译中也可得到部分解译。

（4）堰塞湖

它的产生和构成主要是诸如前三种灾害发生后的“后遗症”，当它们的发生地点恰好是在河道区域，两岸的滑坡阻塞了河流的畅通，形成了灾害后特殊的堰塞湖。滑坡的三维维度指标数值的计量，继而可以推测湖区的容量体积，解读到其平面范围的规模，配合高度信息得到三维的解译。并且堰塞湖因为含水的关系，相关水文和气象的资料的结合，亦可以得到汇流以及水位的地质信息。

结语

无人机倾斜摄影模型是目前较为创新，并得到普遍应用的一种测绘及信息收集手段，因其机动性、时效性、简便性和高质量的信息收集，得到了普遍的应用和研究焦点的关注。在应急救灾例如地震、山体滑坡、泥石流等等的过程中，强调一手信息的迅速掌握，继而引导救灾工作科学有序并快速地开展下去，尽最大的力量避免人身安全的危害和物资财产的损失。新技术在此工作中得到了“得其所”般恰如其分的应用。然而在实际应用过程中，由于科学技术发展脚步的局限，在信息收集处理和输出过程中仍然存在着许多细节的问题不尽如人意。因此，在今后的研究和实践工作中，也必然将我们的重点和焦点转移至更为深入和细致的探讨，完善各细节的工作上来。

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