朱仁民
江苏苏州地质工程勘察院 江苏苏州 215129
摘要：当前全球多发的自然灾害对应急测绘提出更高要求，应急部门需要在最短时间内完成现场环境拍摄测绘分析任务，及时应对现场突发的灾害情况。无人机倾斜摄影技术在现场测绘中的大量应用为应急测绘开拓新思路，利用该技术设计一套应急测绘系统自然是很有必要。
关键词：无人机；倾斜摄影；应急测绘系统
引言：快速测绘需求的逐步突出、无人机倾斜摄影技术的发展为应急测绘的发展创造背景条件和技术条件，通过设计应急测绘系统可以满足应急部门的相关需求并发挥倾斜摄影技术的优势，推动应急测绘领域纵深发展。
一、系统设计
1．整体架构设计。无人机在现场通过搭载的摄影装备完成摄影拍摄、数据获取与回传任务，其中拍摄数据的回传通过专用数据链实现。数据的回传实现POS与影像的同步效应，这种效应是基于运动匹配算法实现的。对现场数据的快速处理则通过软件处理方式完成，远程环境中对数据的访问和发布基于4G路由搭建的无线网络环境进行，同时应用到Web服务器部件；指挥部门通过现场回传的所有数据制定应急决策预案。
2．数据体系设计。无人机现场回传的数据最终被无人机监测体系获取，监测体系通过回传的数据掌握无人机当前飞行的状态以及拍摄获取的数据成果，因此执行拍摄任务的无人机还携带监控传感、数据转换等设施。无人机飞行中测得的数据由测控站点获取，由于无人机自带数据转换体系，因此测控站点能够获取转换处理后的数据，进而直接得知无人机当前飞行状态。无人机监测体系最终获取反映无人机飞行状态的数据信息，从而有效判断无人机当前飞行是否正常；监测体系中的倾斜摄影数据管理体系能够按照事先设定的规则分类保存拍摄数据，与此同时通过临时搭建的局域网络实现数据在测控站点与数据处理体系之间的互通共享，最终实现快速建模效果。通过建模后形成的三维模型最终被远程服务平台接收。
3．系统装备设计
（1）无人机平台。无人机应具备强大的续航能力，能够承担距离较远的飞行摄像任务以及相对较重的承载负荷。倾斜摄影通常工作在较复杂的环境，因此无人机的起降场地应尽量空旷，能够适应较大范围内的飞行高度，同时可以灵敏感知并躲避飞行环境中其他物体的干扰，避免无人机飞行故障。
（2）承载负荷设计。无人机在现场执行倾斜摄影任务时，能够从多个角度完成拍摄并回传拍摄数据，是对传统正向摄影测量模式的有效补充。因此执行任务的无人机应当搭载数据采集、拍摄相机等装置，对无人机的数据采集与处理提出较高要求。当前常用的相机类型有双拼相机和五拼相机，双拼相机相对轻量并降低无人机的承载负荷，但是利用双拼相机拍摄采集数据局限性强且执行效率偏低，很多情况下无法满足实地测绘需要，同时与倾斜摄影应急测绘的根本理念不符。因此无人机多搭载五拼摄影相机，这种相机能够保证数据采集的效率和质量，满足应急测绘的相关需求；但是数据采集规模偏大意味着数据回传压力较大，因此需要构建足够通畅的数据回传网络环境。
（3）数据链设计。无人机清晰摄影的关键点在于现场拍摄环境与测控站之间的数据交互，设计稳妥的数据链意味着拍摄影像、测量图像的稳定高质量传输，保证测控站获取更高质量的倾斜摄影信息结果。
数据链设计关注的指标是数据通道带宽，决定数据通道带宽的参数包括拍摄相机数量、相机执行拍摄的频率、相机拍摄照片对应的空间像素以及数据压缩处理的比例。理论上数据通道带宽是上述四种参数的乘积，通常情况下通道带宽≥50M，有效保证数据回传质量。
在设计数据链的同时还需要确定合理的编码标准，本次设计选择H.265编码标准，应用该标准压缩质量高、时延率低的优势，充分满足应急测绘中的特殊需求。
（4）改造设计。
设计应急测绘系统时需要适当改造部分结构，涉及到倾斜摄影相机以及供电接口。倾斜摄影相机安装时应考虑到复杂飞行环境对数据采集质量的影响，例如无人机飞行时发动机存在震动因素，因此在无人机主体与摄影相机之间安装减震设施，减少发动机震动对摄影相机工作的影响并保证摄影采集质量。同时基于提升减震设施使用便捷性的目的，设计快速安装结构达到安装即可使用的效果，兼顾数据采集质量与执行效率。
供电接口设计时要兼顾供电与数据传输稳定性需求，通过应用转接电路板满足无人机对载荷的要求，通过电气接口性能保证稳定的供电与数据传输效果。
4．现场处理设计。无人机倾斜摄影具有现场不可控因素多、拍摄点布设难度大等特征，因此采用联合空中三角测量方式融合三维建模理念，最终实现三维场景的建立和反馈，最终达到提升应急测绘实时性的效果。现场数据处理中能够结合航线特征、数据处理单元等多种因素，保证现场数据处理效率。
数据快速处理的关键在于分块处理，根据设定的单元标准将回传分包后的数据进行模块化处理，对每个数据块命名处理后加载，有效调节地面测控站体系的承载压力并提升数据处理速度。本次设计中利用ContextCapture软件实现对影像数据的分块处理与三维建模；建模过程中加载获取的影响数据并执行测量，在匹配生成三维点云的基础上实现最终三维建模效果。
5．远程数据访问设计。远程数据访问Web服务体系应用SkylineGlobe Server服务方案，该方案有效整合数据的发布、存储、传输等多个环节，充分体现Web服务的核心理念。对现场反馈数据集的查看、分析、管理则应用TerraExplorer软件，该软件能够实现对SkylineGlobe Server服务体系的访问，并将访问获取的数据加载到本机工程。
因此SkylineGlobe Server作为远程数据访问的云平台基础，其中保存无人机拍摄回传数据；监控中心利用TerraExplorer软件访问获取云平台中的数据，进而获取无人机现场拍摄获取的成果，作为开展应急救援、应急测绘的重要依据。
二、系统应用
1．海岸线拍摄应用。在国内某港区利用无人机开展现场拍摄，无人机拍摄成果回传后发布现场处理成果。应用中取飞行高度为150M，飞行的主航向与旁向的重叠度分别为55%、40%。此次拍摄总共获取800张照片，最终处理生成的倾斜数据模式大小为0.3平方公里，该模型精度为32cm。无人机成功起飞并在执行约1h飞行任务后，监控中心通过监控平台获取通过三维数据成果。由此说明本系统在海岸线拍摄中成功应用。
2．海岛拍摄应用。应用本系统拍摄海岛实景并获取该海岛的三维实景数据，无人机在成功采集三维数据的基础上快速执行空三处理，最终将空间处理成果成功反馈到监控中心处，可见系统在海岛拍摄场景中成功应用。
结束语：无人机倾斜摄影技术应用空间广阔，应急管理部门应当认识到无人机清晰摄影技术的巨大现实意义，应用全新自动化系统应对更加紧迫、复杂的现场测绘场景。
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