無人機全景技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用分析

石津旗

（河北省廊坊市生態(tài)環(huán)境局 065000）

0 引言

縱觀近些年來我國在環(huán)境管理上所做出的努力，我國的環(huán)境治理和防污染工作已經(jīng)取得了良好的成效，我國的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)水平取得了長足進步。隨著近些年來我國科學(xué)技術(shù)的持續(xù)革新，無人機全景技術(shù)越來越先進，在我國的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作中有非常重要的應(yīng)用價值。無人機的全景成像技術(shù)發(fā)展過程中，成像范圍一般情況下都是有一個設(shè)定的數(shù)值，同時成像的范圍還受到飛行航線規(guī)劃的影響。部分無人機在應(yīng)用過程中，由于成像范圍比較有限，導(dǎo)致監(jiān)測范圍比較小，并且控制不便，這些缺點對于無人機飛行器的任務(wù)執(zhí)行有非常大的負面影響。無人機全景監(jiān)測技術(shù)能夠在很大程度上彌補這些不足，幫助現(xiàn)場監(jiān)測工作人員快速、準確地了解和處理突發(fā)環(huán)境狀況。因此，加強無人機全景技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作中的應(yīng)用至關(guān)重要，對于國家環(huán)境健康可持續(xù)發(fā)展具有關(guān)鍵意義。

1 無人機全景技術(shù)的概念

全景技術(shù)是指通過圖像建模、渲染技術(shù)基礎(chǔ)，在空間坐標中選擇一個點作為觀察的視點，從視點出發(fā)，對周圍能夠觀測到的圖像信息進行采集，然后應(yīng)用計算機處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對采集到的圖像信息進行處理，使圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)無縫隙的全景圖像，得到的全景圖像能夠通過特定的計算機顯示引擎呈現(xiàn)出來，從而完成三維虛擬場景的搭建。這種三維虛擬場景能夠滿足任意視點角度的觀測。

從本質(zhì)上來說，全景技術(shù)就是三維場景在計算機上的虛擬再現(xiàn)，是一種及時、快速、準確地將真實環(huán)境狀況和影響通過視點反映出來供相關(guān)工作人員觀測的先進手段。通過全景技術(shù)的應(yīng)用，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員，在工作過程中，不必再對視野范圍內(nèi)的不必要場景進行建模和渲染，就能夠輕松實現(xiàn)三維立體的空間視覺景象的呈現(xiàn)，大大減其工作內(nèi)容的復(fù)雜程度[1]。全景技術(shù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作中的應(yīng)用，能夠幫助相關(guān)工作技術(shù)人員對于突發(fā)環(huán)境狀況快速、準確地進行整體、宏觀的把握，同時對于環(huán)境現(xiàn)場的狀況的動態(tài)變化也能夠及時地了解，從而為環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作上提供充分的技術(shù)支持。

2 全景監(jiān)測的基本條件

空中全景監(jiān)測的實現(xiàn)需要滿足以下幾個主要條件：其一，空中全景監(jiān)測首先需要以無人機飛行器攝像頭的正下方作為觀察的主視場，利用周邊的攝像機作為副視場。其二，無人機飛行器需要設(shè)置自穩(wěn)系統(tǒng)，自穩(wěn)系統(tǒng)能夠使飛行姿態(tài)不斷變化的飛行器在拍攝影像的過程中，圖像的擺動減少。其三，在對視場進行定位時，中心主視場定位要精準，副視場的定位可以根據(jù)需求進行定位調(diào)整。其四，在圖像傳輸?shù)倪^程中，對于圖像的傳輸格式、傳輸手段需要進行合適的選擇，必須考慮所使用的圖像傳輸設(shè)備的技術(shù)特點。其五，利用地面設(shè)備進行拍攝影像的整理和拼接，從而完成全景圖像的繪制[2]。其六，由于無人機飛行器中，全景圖像拍攝的相關(guān)設(shè)備的大小有一定的限制，必須要考慮飛行器的類型。

3 在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作中應(yīng)用無人機全景技術(shù)的長效策略

3.1 對于實際環(huán)境狀況進行全景影像數(shù)據(jù)的收集和處理

在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作過程中，利用無人機全景技術(shù)開展工作的首要步驟就是對于實際環(huán)境狀況進行全景影像數(shù)據(jù)的收集和處理。環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作人員利用無人機對監(jiān)測現(xiàn)場的環(huán)境狀況信息進行采集時，需要充分保證采集的影像數(shù)據(jù)的真實性、有效性。在采集環(huán)境影像信息時，一般所用到的技術(shù)設(shè)備是小型飛行器，小型飛行器需要擁有較高的圖像分辨率，在使用過程中，對環(huán)境現(xiàn)場狀況的影像信息資料采集才能夠滿足監(jiān)測工作的高質(zhì)量要求。除此之外，小型飛行器的應(yīng)用還有較長待機時間、較低的成本投入以及采集影像信息精度高、數(shù)據(jù)資料擁有更高的靈活性等諸多優(yōu)點[3]。當前階段，無人機全景技術(shù)的應(yīng)用，所用到的飛行器種類主要包括以下三種：其一，大型旋翼飛行器。其二，固定翼飛行器。其三，小型旋翼飛行器。在三種市面上主要應(yīng)用的無人機種類中，不同的旋翼類型的適用狀況有一定的區(qū)別。例如，小型旋翼在觀測范圍較小、精度要求較高的環(huán)境狀況影像信息的采集工作中，由于其超高的可操作性、高度的穩(wěn)定性等優(yōu)點，其在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作上應(yīng)用價值非常高。

應(yīng)用小型旋翼無人機飛行器對于實際環(huán)境狀況進行全景影像數(shù)據(jù)的收集和處理時，首先需要把飛行器的位置調(diào)整到所選用的觀察視點的正上方，保持高度的穩(wěn)定，然后通過控制攝像頭的旋轉(zhuǎn)可以調(diào)整觀察視野范圍進行環(huán)境狀況拍攝。每次拍攝的影響都會有重合的部分，將無人機的攝像頭進行360°旋轉(zhuǎn)后，觀察視野范圍內(nèi)的全部環(huán)境影像資料就能夠完成采集工作。通過無人機進行環(huán)境現(xiàn)場狀況的圖像數(shù)據(jù)采集，圖像的清晰度較高，并且不會出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，同時會更好地消除視野盲點，從而真實、準確地將監(jiān)測現(xiàn)場的環(huán)境狀況通過全景圖像呈現(xiàn)出來，為環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測的相關(guān)技術(shù)人員提供科學(xué)支持[4]。

3.2 通過計算機技術(shù)實現(xiàn)全景圖像的呈現(xiàn)

對于實際環(huán)境狀況進行全景影像數(shù)據(jù)的收集和處理后，需要進行的工作程序是繪制全景圖像，這一工作流程在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作中至關(guān)重要。全景圖像從本質(zhì)上來分析，就是通過視點核心進行中心投影面的構(gòu)建，在投影面上增加無人機攝像頭視野范圍內(nèi)的圖像、信息、數(shù)據(jù)、資料等。在繪制全景圖像的過程中，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員必須將無人機飛行器采集到的環(huán)境影像信息進行分析處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娴娜轿粓D像，這樣才能夠充分保證全景圖像的清晰、明確，并且使圖像信息平滑過渡。

全景圖像的繪制和呈現(xiàn)，必須首先對無人機飛行器拍攝采集的圖像信息進行整理和拼接，由于無人機攝像頭在拍攝圖像的過程中，相近的圖像照片在圖像信息上有一定的重疊部分，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員要對相近圖像照片的重疊特征進行識別和分析，在其圖像信息之間建立聯(lián)系，對圖像進行旋轉(zhuǎn)、扭曲等技術(shù)操作，從而完成圖像的拼接[5]。通過技術(shù)操作后，無人機航拍圖像才能清晰、準確地轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娴娜皥D像呈現(xiàn)出來。同時，在呈現(xiàn)出來的全景圖像上，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員還需要對圖像的拼接部分進行細節(jié)調(diào)整，如色調(diào)、亮度、對比度調(diào)節(jié)等，從而消除拼接部分的接縫線條，使全景圖像呈現(xiàn)出來后，擁有更好的真實度和平滑度。除此之外，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員還要對呈現(xiàn)出來的全景圖像進行相應(yīng)的補充和優(yōu)化處理，才能充分保證全景圖像呈現(xiàn)最好的完整性。

3.3 對于環(huán)境全景圖像的瀏覽

全景圖像繪制完成后，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員要對圖像進行瀏覽和技術(shù)分析。在對環(huán)境全景圖像進行瀏覽的過程中，投影面的類型會有一定的區(qū)別，這是由于瀏覽圖像時，選擇的觀察視點不同。利用無人機全景技術(shù)繪制的全景圖像主要分為兩種類型，一種是柱面全景圖類型，另外一種是球面全景圖類型。柱面全景圖像一般呈現(xiàn)圓柱形的投影面，而球面全景圖像則是在標有經(jīng)緯度的球面上投射平面的環(huán)境影像。球面影像的呈現(xiàn)，除了零度經(jīng)緯線外其余的投影信息都會出現(xiàn)圖像畸變，從而導(dǎo)致對圖像進行瀏覽觀測時，水平觀測視角、垂直觀測視角能夠達到360°全方位和180°。因此，在球面全景圖像的瀏覽過程中，無人機全景技術(shù)對于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作中的突發(fā)環(huán)境狀況監(jiān)測更加適用。

在環(huán)境狀況信息的全景圖像瀏覽過程中，平面的全景圖像中包含的數(shù)據(jù)信息的體量是非常巨大的，因此不能在一次的圖像渲染中對所有內(nèi)容完成加載，否則會導(dǎo)致全景圖像的畫面過渡不平滑、清晰度下降等不良狀況，并且嚴重拖延圖像加載時間。為了防治這些不良狀況的發(fā)生，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員可以利用金字塔緩存的方式處理視野范圍內(nèi)分辨率不同的圖像，使得大部分的圖像數(shù)據(jù)信息能夠在較短的時間內(nèi)加載出來，避免影響環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的開展。這種全景圖像瀏覽的處理手段，能夠大幅度提高環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員對于圖像數(shù)據(jù)信息的瀏覽速度，同時在利用精準圖像相關(guān)儀器設(shè)備進行信息采集時，能夠保證全景圖像較高的清晰度和完整性[6]。在全景圖像的瀏覽過程中，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員還需要通過全景顯示引擎對圖像預(yù)處理完成后的平面圖像數(shù)據(jù)信息進行加載，從而實現(xiàn)全景圖像的瀏覽。

3.4 構(gòu)建三維全景監(jiān)測平臺

環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員在開展工作的過程中，不僅要對突發(fā)事件狀況本身進行勘查和分析，同時對于應(yīng)急狀況的數(shù)據(jù)信息還要作好記錄和分析，從而方便后續(xù)的應(yīng)急預(yù)案的決策。三維全景監(jiān)測平臺就是為了配合完成這一工作程序而構(gòu)建的。三維全景平臺可以應(yīng)用B/S 架構(gòu)，在服務(wù)器的端口儲存和集中數(shù)據(jù)信息，如此一來，環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的相關(guān)技術(shù)人員能夠通過登錄平臺，就可以對環(huán)境突發(fā)狀況的現(xiàn)場信息進行查看和分析。三維全景監(jiān)測平臺有表現(xiàn)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層這三個重要的層次架構(gòu)。第一，數(shù)據(jù)層需要完成圖像信息資料的采集和儲存，然后將信息數(shù)據(jù)上傳到平臺的信息數(shù)據(jù)庫中。三維全景平臺接收到用戶請求指令后，就能夠加載出用戶所要瀏覽的全景圖像和相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)。表現(xiàn)層是三維監(jiān)測平臺在用戶瀏覽動作的最終體現(xiàn)形式，能夠?qū)⑷皥D像呈現(xiàn)給用戶，為用戶的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作提供依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，自然環(huán)境的發(fā)展與人類生存息息相關(guān)。隨著綠色環(huán)保理念逐漸深入人心，我國在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作上做出了諸多努力。為了更好地促進環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作效率和質(zhì)量的提高，如何科學(xué)、合理地應(yīng)用無人機全景技術(shù)成為了環(huán)境監(jiān)測人員的重要工作內(nèi)容。無人機全景技術(shù)與環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)的充分融合，能夠幫助環(huán)境監(jiān)測工作人員在實際的環(huán)境基礎(chǔ)上實現(xiàn)三維虛擬實景。三維虛擬實景通過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與傳感器建立聯(lián)系，搭建監(jiān)測平臺，能夠高度還原環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場的實際狀況，從而提高環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測工作的準確性。