無人機監(jiān)測及數(shù)據(jù)集成在海洋督察中的應(yīng)用

于驍，唐偉，張震，劉大川，孫嘉蔚

（國家海洋局北海海洋技術(shù)保障中心，山東青島266033）

1 引言

海洋督察是黨中央、國務(wù)院推進生態(tài)文明建設(shè)和海洋強國建設(shè)的重大制度創(chuàng)新，是海洋領(lǐng)域深化改革的重要舉措。按照國務(wù)院批準(zhǔn)同意的《海洋督察方案》要求[1]，組織實施國家海洋督察制度，建立海洋督察工作機制。根據(jù)《海洋督察方案》，督察內(nèi)容包括重點督察地方政府對黨中央、國務(wù)院海洋資源環(huán)境重大決策部署、有關(guān)法律法規(guī)和國家海洋資源環(huán)境計劃、規(guī)劃、重要政策措施的落實情況。

為了能夠更好地為國家海洋督察工作提供技術(shù)支持，北海技術(shù)中心利用無人機多期監(jiān)測數(shù)據(jù)及成果進行集成和處理[2]，構(gòu)建三維影像數(shù)據(jù)綜合管理平臺系統(tǒng)。根據(jù)平臺系統(tǒng)將歷史數(shù)據(jù)及現(xiàn)期數(shù)據(jù)進行集成、處理和展示[3]，為海洋督察提供決策的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。無人機低空遙感技術(shù)具有機動靈活、成本低、實時應(yīng)急性強等特點，其獲取數(shù)據(jù)效率高、易于起降和云下飛行、可獲取低空大比例尺制圖、實現(xiàn)小區(qū)域高分辨率的成果，可針對重點海域進行全方位、多頻次、實時動態(tài)監(jiān)測，充分發(fā)揮無人機高效靈活、獲取影像分辨率高的優(yōu)勢[4]，克服了復(fù)雜地形陸地及船舶監(jiān)視監(jiān)測的困難的和衛(wèi)星遙感分辨率低的缺陷，有效地提升了海洋督察效能。

2 研究內(nèi)容和結(jié)果

為了能夠更好地利用往期無人機監(jiān)測成果，特構(gòu)建了一套三維影像數(shù)據(jù)管理綜合平臺[5]。該平臺的主要功能包括對無人機監(jiān)測項目各個階段的成果數(shù)據(jù)（包括矢量數(shù)據(jù)、現(xiàn)場照片、影像成果、結(jié)論文本等）進行展示，管理，空間測量，三維建模、二次開發(fā)等。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理、展示、處理等功能，極大程度上提高了管理部門的輔助決策能力。

2.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能

2.1.1 無人機航拍現(xiàn)場還原模擬

通過將航拍現(xiàn)場機載POS（Position Orientation System）數(shù)據(jù)、現(xiàn)場航拍圖像等信息輸入系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)將模擬還原出無人機現(xiàn)場飛行的航線及姿態(tài)數(shù)據(jù)，同時平臺系統(tǒng)還能夠分屏顯示出現(xiàn)場航拍的圖像。

2.1.2 數(shù)據(jù)快速檢索及空間分布展示

平臺系統(tǒng)支持海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理與快速檢索。通過平臺系統(tǒng)的快速檢索及空間分布展示功能，能夠極大地提升數(shù)據(jù)查找工作效率及準(zhǔn)確率。

2.1.3 多期數(shù)據(jù)對比

系統(tǒng)支持同一圖斑或區(qū)域的多期遙感數(shù)據(jù)對比。通過在平臺系統(tǒng)中分屏加載多期歷史影像及現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，能夠非常直觀地比對出目標(biāo)區(qū)域在一個較長時間維度下的逐步變化情況。多期數(shù)據(jù)比對畫面如圖1 所示。

2.1.4 監(jiān)測成果數(shù)據(jù)整體展示

通過將監(jiān)測成果數(shù)據(jù)在平臺系統(tǒng)上的匯總集成，系統(tǒng)平臺會對監(jiān)測項目的所有資料進行匯總管理，包括項目成果結(jié)論、矢量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像圖、監(jiān)測區(qū)域現(xiàn)狀圖、形態(tài)變化圖等。

2.1.5 支持傾斜攝影數(shù)據(jù)

平臺系統(tǒng)不僅能夠正射影像，還能夠支持傾斜攝影數(shù)據(jù)，極大地彌補了基于正射影像應(yīng)用的不足。傾斜攝影數(shù)據(jù)展示畫面如圖2 所示。

2.1.6 三維建模功能

平臺系統(tǒng)支持添加三維模型，通過實地取景為模型添加紋理，真實反映區(qū)域的房屋建筑等地物資料，使觀測更加直觀。

2.2 系統(tǒng)的主要優(yōu)勢

2.2.1 海量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

支持TB 級別影像數(shù)據(jù)，最大支持30TB，同時數(shù)據(jù)集成方面同樣是TB 級別，不會存在數(shù)據(jù)量過大引起的系統(tǒng)卡頓。系統(tǒng)滿足多用戶使用場景，最大用戶數(shù)量為200 人，同時的并發(fā)使用數(shù)為50 人。

2.2.2 多種數(shù)據(jù)源支持

系統(tǒng)支持GIS 常用數(shù)據(jù)格式和多媒體數(shù)據(jù)加載，從而可以多方面全方位地了解監(jiān)測區(qū)域的情況。除了上述數(shù)據(jù)之外，系統(tǒng)還支持三維模型的導(dǎo)入導(dǎo)出和編輯功能。為了便于模型修改及細(xì)節(jié)調(diào)整，平臺可以與3DMAX、AutoCAD 等建模軟件無縫對接。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)接口

系統(tǒng)在使用過程當(dāng)中，可能會出現(xiàn)一些新的功能需求。因此，系統(tǒng)留有二次開發(fā)接口，并且配備相應(yīng)的二次開發(fā)工具。

3 總結(jié)與展望

在海洋督察工作中，無人機低空遙感監(jiān)測充分發(fā)揮了高效靈活、機動性強、獲取影像分辨率高等技術(shù)特點，利用固定翼無人機獲取目標(biāo)區(qū)域高分辨率、高精度的航空遙感影像，通過對獲取的影像資料進行圖像拼接、勻色及矢量化。將矢量數(shù)據(jù)進行處理得出目標(biāo)區(qū)域現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，并與歷史數(shù)據(jù)以及確權(quán)數(shù)據(jù)進行比對分析和計算，最終對目標(biāo)區(qū)域的現(xiàn)狀及變化趨勢進行研判并得出成果。全面掌握大重點區(qū)域的圍填海現(xiàn)狀、國家級自然保護區(qū)海岸灘涂油氣設(shè)施詳細(xì)情況及本底數(shù)據(jù)、沙質(zhì)海島滅失情況、海島形態(tài)及面積變化等。并將海島現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行細(xì)致的比對分析，獲取海島高分辨率的影像和空間地理信息，為國家海洋督察提供了有力的技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)服務(wù)。利用三維影像數(shù)據(jù)綜合管理平臺，將海洋督察取得的成果數(shù)據(jù)及無人機監(jiān)測成果數(shù)據(jù)都集成在平臺上，為日后數(shù)據(jù)的查閱、調(diào)取及處理提供了更好的平臺系統(tǒng)，極大地提升了工作效能。