基于无人机低空航摄系统的应急测绘研究

（江西省测绘应急保障服务中心 江西南昌 330046）

1 引言

应急测绘是指当发生突发应急事件时，为满足事件处置需要而实施的贯穿于应急管理各个环节的测绘地理信息服务。我国是一个自然灾害多发国家，每年发生的自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全等突发事件，给我国造成巨大的经济损失，甚至成为影响社会稳定的重要因素。民政部门的数据显示，在一般年份，因自然灾害全国受灾人口约2亿，因灾死亡数千人，直接经济损失达2000亿元。快速获取突发应急事件现场影像等应急测绘地理信息成果，供各级政府机构和救援机构开展应急决策、救援处置、灾害评估等工作，是国家赋予测绘地理信息部门的职责。无人机测绘在应对突发事件、服务重大工程中，快速获取了大量急需的测绘成果资料等，满足了党和政府以及社会公众等多方面的需要，受到各方好评，被誉为 “灾区上空的眼睛”。2011年5月23日，李克强副总理视察中国测绘创新基地时指出∶“要继续做好应急测绘保障服务工作”，“要增加测绘高新装备的投入，特别是要搞好测绘应急装备能力建设”。充分利用各种高精装备，构建健全、科学的应急测绘技术体系，充分挖掘测绘地理信息的丰富内涵，为突发应急事件处置提供及时、得力、高效的测绘地理信息保障尤其重要。无人机低空航摄系统以其轻便灵活、机动高效的特点，在应对突发应急事件中发挥着巨大的作用。

2 无人机低空航摄系统

无人机低空航摄系统将无人机技术、航空摄影技术、全球定位技术及通讯技术结合起来，以无人驾驶飞行器为飞行平台，搭载高分辨率数字航摄仪，获取低空高分辨率影像数据，是近几年才发展起来的一种新型的低空高分辨率影像数据快速获取系统。

无人机低空航摄系统一般由飞行平台、动力系统、飞行控制系统、传感器及航摄规划系统、影像数据处理软件系统等组成，见图1。动力系统可采用燃油系统或电动装置。飞行控制系统是飞机安全飞行以及将任务设备从地面升空至定点高度和空域、确保预定任务使命完成的关键系统之一，由地面遥控和机载自主控制两大部分组成。传感器可以是一个或者一组，但必须要轻小型化，且要有特宽角。航摄规划系统是规划实现任务要求的技术指标并实现完整覆盖的关键因素，必须符合相关规范要求。无人机低空航摄系统的发射一般有弹射架辅助弹射、车载弹射和滑跑助力等几种方式，降落时可采用伞降或滑降，因机型而异。无人机低空航摄影像数据处理过程和传统航空摄影测量数据处理过程基本一致，但由于无人机遥感系统在载重和飞行控制等方面的一些特殊情况，需要对其特点进行详细分析并制定出相应的解决方案，且在航摄和后处理时需符合其相应的技术规范。

图1 无人机低空航摄系统构成

无人机低空航摄系统具有体积小、重量轻、探测精度高、受天气的影响较小、机动快速、低空飞行等技术特点。采集的影像分辨率一般在0.05～0.2米，可满足1∶500～1∶2000 比例尺的基础地理信息产品制作或更新。采取无人机低空航摄系统来获取影像数据，每架飞机每天可采集和处理超过60 平方公里影像数据，在较短时间内完成大面积连续区域的高分辨率遥感影像采集。由于飞行平台在云层下方飞行，受云层的影响很小，获取的影像基本没有云覆盖。无人机低空航摄系统已成为卫星遥感、传统航空遥感的有效补充，提高了遥感技术在小范围、零星区域获取水平和能力。

3 无人机应急测绘

无人机低空航摄系统已广泛应用于突发事件应急处理。它作为获取灾害发生区地面信息的重要手段，为各部门救灾指挥提供了直观可靠的地面数据。当发生重大自然灾害或突发性事件时，无人机可快速获取现场影像，并通过遥感影像处理系统生产用于应急处置、调度指挥所需的测绘地理信息成果，包括正射影像地图、数字高程模型、数字线划地图等。基于无人机应急测绘成果，可制作灾区三维电子地图、灾情影像地图，进行灾情解译和灾损评估、灾后重建规划等，具体流程见图2。青海玉树地震、贵州关岭特大型滑坡、云南怒江滑坡和泥石流灾害等重大自然灾害事件中，无人机凭借其机动灵活、高效快速、精细准确的特点为应急救灾提供了有效保障。

图2 无人机应急测绘流程图

无人机低空航摄系统获取的飞行平台一般较小巧，载重负荷较小，不能携带专业级的航摄仪，航摄仪所采用的是非专业数码相机，因此获取到的航片像幅和基高比较小，航片数量较传统航摄增长近4 倍，也难以消除像点位移。同时，由于本身重量较轻，抗风能力较弱，姿态不稳定，相邻影像间很可能存在较大的旋偏角和上下错动，不能使用传统的灰度影像匹配算法获取同名点。拍摄的像片重叠度高，而且由于姿态不稳定，拍摄影像间的预设重叠度无法得到严格保证，容易产生航摄漏洞。应急测绘要求响应速度快，数学精度可以适度降低。因此，在进行影像数据处理时，必须尽量减少或避免上述因素的影响，缩短处理周期，提高处理效率。采用GPS 辅助航空摄影技术可在满足现行航空摄影测量作业规范精度要求的前提下，尽可能地减少摄影测量加密所需的地面控制点，甚至完全免除野外实地测量像片控制点的工作，从而缩短成图周期，提高生产效率。

4 基于无人机低空航摄系统应急测绘实践

江西是一个自然灾害频发、重发的省份。近年来，我省就经历了地震、冰雪、洪水、干旱、泥石流等各种各样的自然灾害,煤矿事故、原油泄漏等危害公共安全的突发事件也时有发生，建设高效的应急测绘体系、提升测绘应急快速响应能力迫在眉睫。无人机低空航摄系统应急测绘在我省的抢险救灾中发挥了重大的作用。

2011年6月份，江西连降暴雨，旱涝急转，导致全省多处出现山体滑坡、泥石流等地质灾害。江西省测绘地理信息局调集无人机赴灾区进行应急航空摄影，获取直观反映泥石流全貌的彩色高分辨率影像，并组织技术力量加工处理数据，利用灾前灾后遥感影像，及时对灾情进行综合分析研判，向各级有关部门和灾区地方政府提供及时灾情信息，为地质灾害监测及时提供了测绘保障。图3是某地泥石流灾害发生前后的影像对比。

图3 某地泥石流灾害应急测绘成果

5 结语

灾害的发生具有不可预料性，灾害发生后要求快速响应。获取到及时快捷的灾情现场影像，可以有效地辅助制定科学的抗灾救援方案，以便最大的减少人员伤亡和财产损失。无人机低空航摄系统以其实时性强、机动灵活、影像分辨率高的特点，在突发事件应急时具有广阔的应用前景。如何提高影像处理效率、进行深度数据挖掘是今后无人机低空航摄系统应急测绘亟需深入研究的一个课题。

[1]肖金城，李英成，杨江江，等.车载无人机应急测绘系统建设[J].第十三届中国科协年会第12分会场-测绘服务灾害与应急管理学术研讨会论文集，2011∶1-8.

[2]韩文权，任幼蓉，赵少华.无人机遥感在应对地质灾害中的主要应用[J].地理空间信息，2011，9（5）∶6-8.

[3]尹杰，杨魁.基于无人机低空遥感系统的快速处理技术研究[J].测绘通报，2011,（12）:15-17.

[4]金伟，葛宏立，杜华强，等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息，2009，88（5）:88－92.