姚毅 何慶

摘要：環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)反映環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視和檢測(cè)，以確定環(huán)境污染事件類型、狀況和對(duì)環(huán)境質(zhì)量影響大小的活動(dòng)。將無(wú)人機(jī)全景技術(shù)高新科技應(yīng)用于環(huán)境事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)中，可以有效提高環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的信息化水平，進(jìn)一步推動(dòng)其在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中實(shí)用性價(jià)值。基于此，本文從無(wú)人機(jī)的全景技術(shù)概述入手，通過(guò)全景技術(shù)的實(shí)現(xiàn)策略進(jìn)行分析，探究三維全景環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)平臺(tái)的構(gòu)建途徑，旨在彰顯無(wú)人機(jī)全景技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的未來(lái)發(fā)展價(jià)值。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);全景技術(shù);環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè);應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：X830.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）04-00-01

Abstract： Environmental emergency monitoring is an activity that monitors and detects indicators that reflect environmental quality to determine the type and condition of environmental pollution events and the impact on environmental quality. Applying the high-tech technology of UAV panoramic technology to environmental event emergency monitoring can effectively improve the informationization level of environmental emergency monitoring and further promote its practical value in environmental emergency monitoring. Based on this， this paper starts with the overview of the panoramic technology of the drone， analyzes the realization strategy of the panoramic technology， and explores the construction path of the three-dimensional panoramic environment emergency monitoring platform， aiming to highlight the future development value of the UAV panoramic technology in environmental emergency monitoring.

Keywords： Drone; Panoramic technology; Environmental emergency monitoring; Application analysis

無(wú)人機(jī)的成像范圍通常都是提前設(shè)定好的，此外還取決于航線規(guī)劃。部分無(wú)人機(jī)成像存在視野范圍有限、監(jiān)測(cè)范圍小以及調(diào)整不靈活等缺點(diǎn)，不僅限制了無(wú)人機(jī)的功能使用，同時(shí)也有效阻礙了飛行器對(duì)任務(wù)的執(zhí)行。若想在一定高度條件下，保證無(wú)人機(jī)在看得廣的基礎(chǔ)上看得清，就要實(shí)現(xiàn)從地平線到超寬視場(chǎng)的空間感知，保證大范圍的空間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。但突發(fā)環(huán)境事件具有突發(fā)性、多樣性、變化趨勢(shì)多變性、影響范圍不確定性等特性，常規(guī)監(jiān)測(cè)手段難以直觀了解事件現(xiàn)場(chǎng)的最新情況，而無(wú)人機(jī)全景監(jiān)測(cè)技術(shù)能及時(shí)準(zhǔn)確地使現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員掌握突發(fā)環(huán)境事件的發(fā)展情況、污染物擴(kuò)散范圍大小等關(guān)鍵因子，為突發(fā)環(huán)境事件的處理處置提供支持。下文將就無(wú)人機(jī)全景技術(shù)在突發(fā)環(huán)境事件現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中的價(jià)值與應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 無(wú)人機(jī)的全景技術(shù)概述

全景技術(shù)指的是在圖像建模與渲染的基礎(chǔ)上，在空間中選定一點(diǎn)作為視點(diǎn)，對(duì)其視野范圍內(nèi)能夠觀察到的圖像進(jìn)行連續(xù)采集，利用技術(shù)處理使采集的圖像呈現(xiàn)為連續(xù)的、無(wú)縫隙的圖像，即全景圖像，在計(jì)算機(jī)上使用相應(yīng)的顯示引擎將無(wú)人機(jī)采集與分析的圖像呈現(xiàn)出來(lái)，以此構(gòu)建出從任意視點(diǎn)角度都可進(jìn)行觀測(cè)的三維虛擬場(chǎng)景。這種是三維場(chǎng)景的虛擬再現(xiàn)，是利用視點(diǎn)將真實(shí)影響呈現(xiàn)出來(lái)，并準(zhǔn)確及時(shí)的將現(xiàn)實(shí)情況反映出來(lái)的一種手段。技術(shù)人員無(wú)需對(duì)視野范圍內(nèi)的其他場(chǎng)景進(jìn)行建模，就可呈現(xiàn)出一種偽3D的空間視覺(jué)效果，能直觀高效及時(shí)形成其視野范圍內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的圖像，不僅有助于技術(shù)人員對(duì)突發(fā)環(huán)境事件現(xiàn)場(chǎng)整體情況的了解，同時(shí)也能得到事態(tài)情況變化現(xiàn)場(chǎng)信息的及時(shí)反饋，為應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展提供支持。

2 如何實(shí)現(xiàn)全景技術(shù)

2.1 采集整理全景影像數(shù)據(jù)

采集瀏覽影像的前提就是要采集全景圖像才能夠?qū)崿F(xiàn)的，在全景圖像制作的前期階段，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集，保證相應(yīng)影像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。全景瀏覽影像的采集數(shù)據(jù)和信息的平臺(tái)主要是小型飛行器，在信息采集的過(guò)程中保證高分辨率，通過(guò)高分辨率的數(shù)據(jù)圖像信息等資料，不僅能滿足應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的實(shí)時(shí)要求，同時(shí)還兼?zhèn)淞丝砷L(zhǎng)時(shí)間工作、成本消耗低、精度高和數(shù)據(jù)高靈活性等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。對(duì)于現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)平臺(tái)，種類劃分大致可以劃分為三種，即大型旋翼、固定翼和小型旋翼。其中，小型旋翼大多適用于范圍較小的高精度航拍影像采集，具備操作簡(jiǎn)便、拍攝穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，因此，其十分適用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)圖像當(dāng)中的采集信息環(huán)節(jié)。本文所涉及的全景采集就是利用小型旋翼完成的。

將無(wú)人機(jī)（小型旋翼）調(diào)整至視點(diǎn)上方，并將高度保持，便能夠?qū)πD(zhuǎn)攝像頭擴(kuò)大視野范圍進(jìn)行拍攝，使每次拍攝的影像搜能夠有部分重合，將攝像頭進(jìn)行360°全方位旋轉(zhuǎn)后，將范圍內(nèi)的影像信息資料收集整理起來(lái)。利用無(wú)人機(jī)收集來(lái)的全景圖像數(shù)據(jù)信息，可以保證圖像的高清晰度，圖像信息不會(huì)產(chǎn)生畸變，并且由于其操作簡(jiǎn)單便捷，無(wú)拍攝盲點(diǎn)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)信息的高效直觀準(zhǔn)確的要求，真實(shí)的將監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)四周的環(huán)境反應(yīng)出來(lái)，為應(yīng)急科學(xué)決策提供支持。

2.2 制作繪制全景圖像

全景圖像的根本實(shí)質(zhì)就是將視點(diǎn)作為核心構(gòu)建中心投影面，并將視野范圍內(nèi)的信息、數(shù)據(jù)、圖像等內(nèi)容投射到面上去，為了保證投影能夠正確清晰，保證影像信息可以取得平滑過(guò)渡，技術(shù)人員應(yīng)將無(wú)人機(jī)所收錄的影像信息拼接融合整理為平面的全方位圖像，即360°全景。

360°全景圖要先整理拼接好所有的航拍照片，在拍攝中相近圖像照片中會(huì)有圖像重疊的部分，因此技術(shù)人員可以通過(guò)識(shí)別相鄰圖片的重疊特征來(lái)完成正確拼接，并建立其相鄰影像信息之間的對(duì)立關(guān)系。通過(guò)圖像的扭曲或旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)相鄰區(qū)域的無(wú)縫拼接，以此保證航拍圖像形成平面全景圖像信息。并在此技術(shù)上，對(duì)全景圖像的接縫部分進(jìn)行色調(diào)亮度等細(xì)節(jié)調(diào)整，使其更好融合，消除拼接處的接縫線，使全景圖像具備真實(shí)性和平滑性的特點(diǎn)。針對(duì)圖像有部分缺失的情況，技術(shù)人員要進(jìn)行相應(yīng)填補(bǔ)優(yōu)化，保證圖像的完整。

2.3 全景圖像瀏覽

全景瀏覽由于其選擇視點(diǎn)有所差異，投影面類型也會(huì)隨之產(chǎn)生差異。全景圖主要可以分為兩大類，即柱面全景和球面全景。其中柱面全景的投影面呈現(xiàn)出圓柱面的形式，而球面全景這是將平面影像在具有經(jīng)緯度的球面上進(jìn)行投射，除了0o經(jīng)緯線外，剩余位置的投影畫面都會(huì)存在一定畸變現(xiàn)象，這就導(dǎo)致瀏覽觀測(cè)水平與垂直視角分布分別達(dá)到360o與180o。對(duì)于球面全景而言，此項(xiàng)技術(shù)更加適用于突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)。

平面全景圖像中包含了大量的數(shù)據(jù)信息，如果強(qiáng)行在一次渲染中將所有內(nèi)容加載，則會(huì)出現(xiàn)畫面不平順、不清晰的情況，導(dǎo)致加載的時(shí)間也延長(zhǎng)。技術(shù)人員可以利用視野范圍做參考，使用金字塔緩存形式對(duì)分辨率不一致的圖像進(jìn)行處理。這樣的話就能夠?qū)⒋蟛糠值臄?shù)據(jù)信息含量加載出來(lái)，不僅可以有效提高數(shù)據(jù)信息的瀏覽速度，同時(shí)也能將該項(xiàng)信息順利過(guò)渡到局部位置，并通過(guò)精準(zhǔn)圖像儀器對(duì)所需要信息進(jìn)行收集，在保證能夠快速瀏覽的前提下，盡量保證全景圖像的清晰度。預(yù)處理圖像完成后，利用全景引擎加載平面圖數(shù)據(jù)信息，以視點(diǎn)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)全景瀏覽。

3 三維全景監(jiān)測(cè)平臺(tái)

突發(fā)環(huán)境事件監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展不僅包括對(duì)事件本身的勘察，同時(shí)也要做好對(duì)應(yīng)急監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄和詳細(xì)分析，協(xié)助工作人員進(jìn)行合理的決策。平臺(tái)可以使用B/S架構(gòu)，并將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析集中在服務(wù)端口，用戶只需要通過(guò)瀏覽器的登錄就可通過(guò)系統(tǒng)分析和查看現(xiàn)場(chǎng)的情況。監(jiān)測(cè)平臺(tái)的層次架構(gòu)主要有三個(gè)，分別為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層。

數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行資料收集與存儲(chǔ)，屬于中心，采集站會(huì)在固定間隔時(shí)間自動(dòng)收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并利用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到數(shù)據(jù)資料庫(kù)中，會(huì)對(duì)全景圖像等信息進(jìn)行配置與整合。監(jiān)測(cè)平臺(tái)會(huì)結(jié)合請(qǐng)求，加載用戶需要的全景圖像信息，并向數(shù)據(jù)層提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。表現(xiàn)層作為監(jiān)測(cè)平臺(tái)的最終體現(xiàn)，全景瀏覽畫面可通過(guò)渲染的方式利用表現(xiàn)層呈獻(xiàn)給用戶，以此完成用戶的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)請(qǐng)求。

4 總結(jié)

綜上所述，隨著自然環(huán)境保護(hù)理念的逐漸推廣，無(wú)人機(jī)全景監(jiān)測(cè)技術(shù)也得到了前所未有的發(fā)展。由此可見(jiàn)，無(wú)人機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的結(jié)合，可以在四周環(huán)境基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)三維虛擬實(shí)景的高度再現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的使用，將其與傳感器進(jìn)行連接，以此構(gòu)建一個(gè)三維全景現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，保障環(huán)境監(jiān)測(cè)的時(shí)效性和科學(xué)性。

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收稿日期：2018-12-13

作者簡(jiǎn)介：姚毅（1977-），男，漢族，?？茖W(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。