無人機(jī)傾斜攝影輔助“GIS+”在智慧林業(yè)防火中的應(yīng)用研究

譚澤華 石磊 孟蝶

摘 要：近年來，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展的背景下，我國(guó)不動(dòng)產(chǎn)工作獲得持續(xù)推進(jìn)及發(fā)展。對(duì)于林業(yè)工作來說，為不動(dòng)產(chǎn)工作的一部分，在林業(yè)工作開展過程中，需加強(qiáng)防火防范措施的實(shí)施，從而確保林業(yè)不動(dòng)產(chǎn)的安全。本課題以新形勢(shì)下的智慧林業(yè)防火為切入點(diǎn)，進(jìn)一步對(duì)無人機(jī)傾斜攝影輔助“GIS+”在其中的具體應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)分析研究，希望以此為智慧林業(yè)防火質(zhì)量及安全性的提升提供具有價(jià)值的參考建議。

關(guān)鍵詞：智慧林業(yè)防火;無人機(jī)傾斜攝影;GIS+;質(zhì)量;安全性

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）01-0024-02

森林資源是一大寶貴財(cái)產(chǎn)，我國(guó)森林資源相對(duì)匱乏，因此有必要做好森林資源的保護(hù)、管理工作。與此同時(shí)，為了順應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展要求，在林業(yè)工作中提到了“智慧林業(yè)防火”的概念，即在林業(yè)防火工作中融合現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，比如計(jì)算機(jī)視頻技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)以及云技術(shù)等，使林業(yè)防火實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、信息化、智能化，進(jìn)一步提升林業(yè)防火的整體效果[1]?？傊?，從林業(yè)防火的效果、質(zhì)量以及安全性等多方面考慮，本課題圍繞“無人機(jī)傾斜攝影輔助‘GIS+在智慧林業(yè)防火中的應(yīng)用”進(jìn)行分析研究具備一定的價(jià)值意義。

1 無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)概述

在智慧林業(yè)防火中，無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)的應(yīng)用必不可少，下面從無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)的核心構(gòu)件進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如下：

（1）無人機(jī)?？蛇x擇CWW-10小型全自動(dòng)垂直起降固定翼無人機(jī)，主要優(yōu)勢(shì)包括：其一，具有垂直起降及全自主飛行功能;其二，在操作上非常簡(jiǎn)單;其三，可實(shí)現(xiàn)零基礎(chǔ)上手應(yīng)用，可操作性;并且可進(jìn)行單人作業(yè)[2]。該無人機(jī)將快鎖裝置作為連接結(jié)構(gòu)，拆裝期間不需要使用到工具，電氣與機(jī)械連接一次同步;拆解之后，可將（1100×800×800）mm裝入，無論是運(yùn)輸，還是攜帶，均十分便利。

（2）傳感器。將RIY-DG3傾斜攝影相機(jī)作為傳感器，優(yōu)勢(shì)包括：體積小、焦距合理、重量輕質(zhì)、兼容性優(yōu)良、維護(hù)成本低等等;同時(shí)，基于DG3內(nèi)部具備散熱及除塵子系統(tǒng)，可以使相機(jī)基于高溫條件下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間作業(yè);此外，能夠?qū)崿F(xiàn)在各類多旋翼無人機(jī)上安裝，進(jìn)一步完成高精準(zhǔn)的傾斜數(shù)據(jù)采集作業(yè)。

2 智慧林業(yè)防火工作中數(shù)據(jù)獲取方法流程分析

在智慧林業(yè)防火工作中，需結(jié)合林業(yè)的實(shí)際情況，包括：所處地理位置、區(qū)域面積、森林覆蓋率、綠化率、森林活立木蓄積量等等。進(jìn)一步融合無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)技術(shù)，明確獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的方法流程。總結(jié)起來，數(shù)據(jù)的獲取方法流程如下。

2.1 明確技術(shù)線路

一方面，以測(cè)區(qū)的地形地貌條件為依據(jù)，將合理、科學(xué)的航攝計(jì)劃制定出來，進(jìn)一步利用傾斜攝影系統(tǒng)及慣導(dǎo)輔助航空攝影測(cè)量技術(shù)，在最佳飛行時(shí)機(jī)將測(cè)區(qū)最佳的航空影像數(shù)據(jù)獲取出來。另一方面，以測(cè)區(qū)已具備的基礎(chǔ)控制成果為依據(jù)，通過GPS-RTK技術(shù)的影響，完成像控測(cè)量作業(yè)[3]。此外，值得注意的是，對(duì)于三維建模工作人員，可以借助可量測(cè)的傾斜影像、POS數(shù)據(jù)以及像控點(diǎn)，通過三維建模軟件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全景三維模型的自動(dòng)化建模。最終，獲取數(shù)據(jù)之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理，形成文檔后及時(shí)提交。此外，在三維實(shí)景模型制作過程中，需明確流程，即遵循：“資料收集→航攝準(zhǔn)備→影像數(shù)據(jù)采集（基站布設(shè)）→像片控制點(diǎn)測(cè)量→空三加密→多視影像密集匹配→紋理映射→生成真三維影像→數(shù)據(jù)檢查→成果資料整理提交”的三維實(shí)景模型制作流程。

2.2 數(shù)據(jù)獲取方法

數(shù)據(jù)獲取的具體方法包括：

（1）通過CW-10無人機(jī)的使用，同時(shí)搭載銳眼Riy-DG3第二代傾斜攝影五鏡頭吊艙，進(jìn)行研究區(qū)傾斜數(shù)據(jù)的采集作業(yè)，進(jìn)一步將多角度傾斜影像數(shù)據(jù)獲取出來，并將系統(tǒng)所記錄的POS數(shù)據(jù)采集下來;此外，需根據(jù)攝像機(jī)獲取的焦距、像素等相關(guān)參數(shù)，形成研究區(qū)的像控點(diǎn)文件。

（2）以航飛分區(qū)圖為依據(jù)，將設(shè)置好的航線圖基于5個(gè)方向進(jìn)行影像的采集，即：1個(gè)正射影像與4個(gè)傾斜角度;在林場(chǎng)三維建模過程中，選擇使用ContexCapture Center Mastre自動(dòng)建模系統(tǒng)，進(jìn)一步完成實(shí)景三維模型的制作，并利用此系統(tǒng)，針對(duì)高重疊度的傾斜影響實(shí)行空三加密處理。最終，通關(guān)密集匹配等過程，使三維模型有效生成[4]。

（3）上述數(shù)據(jù)獲取方法既簡(jiǎn)單，又快速，且可自動(dòng)進(jìn)行，對(duì)多類數(shù)據(jù)輸出格式均支持;在數(shù)據(jù)兼容性方面良好;此外值得注意的是，對(duì)于模型成果當(dāng)中的建筑物紋理及相關(guān)空間關(guān)系，需利用到分層顯示技術(shù)（分層>20層），確?；诓煌渲糜?jì)算機(jī)當(dāng)中，都可以將建筑物局部特征體現(xiàn)出來，進(jìn)一步將整體地物模型清晰地展現(xiàn)出來。

總之，在智慧林業(yè)防火工作中，利用無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)可獲取高精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)一步可以完成照片導(dǎo)入、像控點(diǎn)輸入、自動(dòng)化空三加密、影像密集匹配、紋理映射、三維成果輸出等功能，即最終通過軟件的使用，將制作國(guó)家2000大地坐標(biāo)系下的三維成果輸出，其輸出格式為0SGB。

3 “GIS+”技術(shù)的功能作用分析

上述提到，在智慧林業(yè)防火工作中，可利用無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)可獲取高精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，并最終將三維數(shù)據(jù)成果輸出?？紤]到智慧林業(yè)防火工作效率及質(zhì)量的提高，還可以利用“GIS+”技術(shù)，構(gòu)建林場(chǎng)三維可視化綜合管理服務(wù)平臺(tái)，此平臺(tái)對(duì)海量三維GIS數(shù)據(jù)的各項(xiàng)服務(wù)均充分支持，包括：GIS的輸入編輯、瀏覽分析、檢索共享以及分布等等功能;與此同時(shí)，此平臺(tái)可支持單機(jī)操作，也可支持網(wǎng)絡(luò)操作，對(duì)于個(gè)性化的三維GIS制作充分支持。其具體功能實(shí)現(xiàn)內(nèi)容如下：

（1）整體功能實(shí)現(xiàn)。對(duì)林業(yè)、資源以及地質(zhì)等相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，然后將這些信息數(shù)據(jù)向Genius World平臺(tái)導(dǎo)入，使智慧林業(yè)綜合管理平臺(tái)的空間管理作用有效發(fā)揮出來，實(shí)現(xiàn)全方位的管理能力[5]。

（2）顯示海量影像數(shù)據(jù)。在遙感技術(shù)逐步成熟的基礎(chǔ)上，遙感成像分辨率如今非常之高，同時(shí)在獲取周期時(shí)間上越來越短，使得影像數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)速度非常之快，這樣海量數(shù)據(jù)基于顯示流暢性方面便潛在一定的不足。而對(duì)于Genius World平臺(tái)來說，對(duì)海量影像數(shù)據(jù)的快速顯示充分支持，并且可實(shí)現(xiàn)多時(shí)相數(shù)據(jù)的展示及比較分析。

（3）顯示海量矢量數(shù)據(jù)?；诰唧w工作過程中，比如在GIS分析工作過程中，二維矢量數(shù)據(jù)具備非常重要的作用，然而可能受到三維平臺(tái)功能的制約，進(jìn)而可能引發(fā)顯示方面的問題。而對(duì)于Genius World平臺(tái)來說，對(duì)海量矢量數(shù)據(jù)快速顯示充分支持，并且能夠共同展示多層矢量數(shù)據(jù)，還可以實(shí)現(xiàn)分圖層分級(jí)管理，對(duì)矢量數(shù)據(jù)的疊加展示充分支持，為后續(xù)數(shù)據(jù)的高效應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

4 無人機(jī)傾斜攝影輔助“GIS+”的具體應(yīng)用分析

在智慧林業(yè)防火工作中，利用無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)，同時(shí)輔助“GIS+”技術(shù)形成林場(chǎng)三維可視化綜合管理服務(wù)平臺(tái)，可使智慧林業(yè)防火的功能多元化，管理工作高效化[6]。結(jié)合上述分析，總結(jié)出了無人機(jī)傾斜攝影輔助“GIS+”在智慧林業(yè)防火工作中的以下功能作用，具體包括：

4.1 定位功能及查詢功能的實(shí)現(xiàn)

一方面，無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)、地名、火點(diǎn)以及二維地圖的地名坐標(biāo)的定位;在二維地圖坐標(biāo)定位過程中，輸入經(jīng)緯度及進(jìn)制坐標(biāo)即可獲取。另一方面，對(duì)于無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多元化的查詢功能，包括：攝像頭、物資庫、防火哨卡、指揮中心、消防隊(duì)以及水源地等多方面的查詢。值得注意的是，基于相關(guān)功能查詢前期，有必要將搜索半徑設(shè)置好，進(jìn)一步對(duì)攝像頭查詢進(jìn)行點(diǎn)擊，或點(diǎn)擊其他查詢功能，最終基于地圖上點(diǎn)擊，即可完成相關(guān)功能信息的有效查詢。

4.2 最短路徑及輔助決策分析功能的實(shí)現(xiàn)

一方面，在最短路徑分析上，系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?yàn)橛脩籼峁┗诘孛鴺?biāo)的相應(yīng)路徑分析，例如：將起止點(diǎn)名稱輸入，然后對(duì)最短路徑點(diǎn)擊，進(jìn)一步便能夠基于地圖當(dāng)中將最短路徑查找出來，這樣地名分析便有效完成。又比如，基于經(jīng)緯度分析過程中，將起止點(diǎn)的經(jīng)緯度輸入進(jìn)去，然后對(duì)最短路徑進(jìn)行點(diǎn)擊，便能夠基于地圖上將最短路徑找出來。另一方面，基于輔助決策功能實(shí)現(xiàn)方面，如果有火情發(fā)生，便可利用輔助決策功能，查詢并分析火點(diǎn)周邊情況，進(jìn)一步將周邊的救援力量找出，并找出物資庫及指揮中心，完成后續(xù)決策調(diào)度工作[7]。在實(shí)際操作過程中，只需對(duì)輔助決策點(diǎn)擊，進(jìn)一步基于地圖上對(duì)事故點(diǎn)所處位置點(diǎn)擊出來，便能夠?qū)⑹鹿庶c(diǎn)周邊的有關(guān)救援力量搜索出來，同時(shí)相關(guān)救援物資、應(yīng)急預(yù)案也能夠搜索出來，為火情救援工作的順利、有序開展奠定有效基礎(chǔ)。

4.3 巡檢管理功能的實(shí)現(xiàn)

利用無人機(jī)傾斜攝影輔助“GIS+”，構(gòu)建林場(chǎng)三維可視化綜合管理服務(wù)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)完善的巡檢管理功能，具體包括：

（1）巡檢路線查看功能。以具體防火項(xiàng)目為依據(jù)，結(jié)合巡檢目標(biāo)查看，基于軟件平臺(tái)上面，可以進(jìn)行定位巡檢路線的選擇，對(duì)路線的具體狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)查看;當(dāng)任務(wù)完成之后，可以將巡檢路線刪除，以完成整個(gè)巡檢路線查看操作[8]。

（2）巡檢路線定制功能。以三維模型為依據(jù)，利用軟件平臺(tái)，由巡檢工作人員經(jīng)巡檢路線定制按鈕，可以基于三維模型地圖上面對(duì)巡檢路線進(jìn)行繪制、編輯以及修改，最終完成巡檢路線的定制。

（3）巡檢事件查看功能。對(duì)于巡檢事件查看來說，即針對(duì)事件采取回訪及查看;基于軟件平臺(tái)當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)巡檢管理中巡檢事件上傳的查看，進(jìn)一步將巡檢管理模塊當(dāng)中的巡檢事件上傳下拉框找出來，根據(jù)巡檢人和上傳時(shí)間信息進(jìn)行選取，進(jìn)一步對(duì)巡檢事件查看按鈕進(jìn)行點(diǎn)擊，便能夠定位至巡檢工作人員所上傳圖像的相應(yīng)位置，從而使巡檢事件的精準(zhǔn)查看有效完成。

5 結(jié)語

綜上所述，林業(yè)防火是林業(yè)管理中非常重要的一項(xiàng)工作，傳統(tǒng)的林業(yè)防火技術(shù)落后、管理有待完善，隨著近年來現(xiàn)代化信息技術(shù)的逐步發(fā)展及進(jìn)步，不少實(shí)踐工作者提出智慧林業(yè)防火的思路。通過本課題的分析研究，認(rèn)識(shí)到智慧林業(yè)防火工作的開展，可利用無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)，完成林業(yè)防火管理工作所需數(shù)據(jù)信息的采集，并輔助利用“GIS+”技術(shù)構(gòu)建林場(chǎng)三維可視化綜合管理服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)火情的定位、查詢，進(jìn)一步及時(shí)給出解決方案，為火情的有效解決提供有效依據(jù)?？傊?，無人機(jī)傾斜攝影輔助“GIS+”在智慧林業(yè)防火中的應(yīng)用價(jià)值顯著，值得相關(guān)工作人員對(duì)此加以重視。

參考文獻(xiàn)

[1] 資權(quán)偉.GIS技術(shù)模塊在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)高新科技，2019（19）：45-47.

[2] 米新兵，韋仲斌.GIS和GPS技術(shù)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代園藝，2019（18）：131.

[3] 馬博，馬元青.林業(yè)資源保護(hù)及森林防火管理對(duì)策分析[J].農(nóng)村實(shí)用技術(shù)，2019（09）：82.

[4] 榮澤山，王愛博.無人機(jī)遙感技術(shù)與GIS數(shù)據(jù)處理在林業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].吉林農(nóng)業(yè)，2019（17）：100.

[5] 宋海濤.林業(yè)資源保護(hù)和森林防火技術(shù)分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2019，39（16）：72-73.

[6] 馮幼貴，邢著榮，任維成.無人機(jī)傾斜攝影輔助“GIS+”在智慧林業(yè)防火中的應(yīng)用[J].防護(hù)林科技，2019（05）：85-87.

[7] 蘭席光.林權(quán)制度改革數(shù)字成果在林業(yè)管理中的運(yùn)用探究[J].綠色科技，2016（01）：9-11.

[8] 龐麗峰，謝陽生，唐小明.基于林業(yè)GIS組件的南寧市森林防火WebGIS系統(tǒng)建設(shè)[J].林業(yè)實(shí)用技術(shù)，2011（04）：62-64.