无人机全景技术在环境应急监测中的应用分析

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　　摘要：环境应急监测是通过对反映环境质量的指标进行监视和检测，以确定环境污染事件类型、状况和对环境质量影响大小的活动。将无人机全景技术高新科技应用于环境事件应急监测中，可以有效提高环境应急监测的信息化水平，进一步推动其在环境应急监测中实用性价值。基于此，本文从无人机的全景技术概述入手，通过全景技术的实现策略进行分析，探究三维全景环境应急监测平台的构建途径，旨在彰显无人机全景技术在环境应急监测的未来发展价值。
　　关键词：无人机;全景技术;环境应急监测;应用分析
　　中图分类号：X830.7 文献标识码：A 文章编号：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
　　无人机的成像范围通常都是提前设定好的，此外还取决于航线规划。部分无人机成像存在视野范围有限、监测范围小以及调整不灵活等缺点，不仅限制了无人机的功能使用，同时也有效阻碍了飞行器对任务的执行。若想在一定高度条件下，保证无人机在看得广的基础上看得清，就要实现从地平线到超宽视场的空间感知，保证大范围的空间实时监测。但突发环境事件具有突发性、多样性、变化趋势多变性、影响范围不确定性等特性，常规监测手段难以直观了解事件现场的最新情况，而无人机全景监测技术能及时准确地使现场监测人员掌握突发环境事件的发展情况、污染物扩散范围大小等关键因子，为突发环境事件的处理处置提供支持。下文将就无人机全景技术在突发环境事件现场监测中的价值与应用进行分析。
　　1 无人机的全景技术概述
　　全景技术指的是在图像建模与渲染的基础上，在空间中选定一点作为视点，对其视野范围内能够观察到的图像进行连续采集，利用技术处理使采集的图像呈现为连续的、无缝隙的图像，即全景图像，在计算机上使用相应的显示引擎将无人机采集与分析的图像呈现出来，以此构建出从任意视点角度都可进行观测的三维虚拟场景。这种是三维场景的虚拟再现，是利用视点将真实影响呈现出来，并准确及时的将现实情况反映出来的一种手段。技术人员无需对视野范围内的其他场景进行建模，就可呈现出一种伪3D的空间视觉效果，能直观高效及时形成其视野范围内现场监控的图像，不仅有助于技术人员对突发环境事件现场整体情况的了解，同时也能得到事态情况变化现场信息的及时反馈，為应急监测工作的开展提供支持。
　　2 如何实现全景技术
　　2.1 采集整理全景影像数据
　　采集浏览影像的前提就是要采集全景图像才能够实现的，在全景图像制作的前期阶段，通过对现场信息的采集，保证相应影像数据的准确性。全景浏览影像的采集数据和信息的平台主要是小型飞行器，在信息采集的过程中保证高分辨率，通过高分辨率的数据图像信息等资料，不仅能满足应急监测工作的实时要求，同时还兼备了可长时间工作、成本消耗低、精度高和数据高灵活性等优势特点。对于现在的无人机平台，种类划分大致可以划分为三种，即大型旋翼、固定翼和小型旋翼。其中，小型旋翼大多适用于范围较小的高精度航拍影像采集，具备操作简便、拍摄稳定等优势，因此，其十分适用于现场监测图像当中的采集信息环节。本文所涉及的全景采集就是利用小型旋翼完成的。
　　将无人机（小型旋翼）调整至视点上方，并将高度保持，便能够对旋转摄像头扩大视野范围进行拍摄，使每次拍摄的影像搜能够有部分重合，将摄像头进行360°全方位旋转后，将范围内的影像信息资料收集整理起来。利用无人机收集来的全景图像数据信息，可以保证图像的高清晰度，图像信息不会产生畸变，并且由于其操作简单便捷，无拍摄盲点，能够满足现场监测对信息的高效直观准确的要求，真实的将监测现场四周的环境反应出来，为应急科学决策提供支持。 　　2.2 制作绘制全景图像
　　全景图像的根本实质就是将视点作为核心构建中心投影面，并将视野范围内的信息、数据、图像等内容投射到面上去，为了保证投影能够正确清晰，保证影像信息可以取得平滑过渡，技术人员应将无人机所收录的影像信息拼接融合整理为平面的全方位图像，即360°全景。
　　360°全景图要先整理拼接好所有的航拍照片，在拍摄中相近图像照片中会有图像重叠的部分，因此技术人员可以通过识别相邻图片的重叠特征来完成正确拼接，并建立其相邻影像信息之间的对立关系。通过图像的扭曲或旋转，实现相邻区域的无缝拼接，以此保证航拍图像形成平面全景图像信息。并在此技术上，对全景图像的接缝部分进行色调亮度等细节调整，使其更好融合，消除拼接处的接缝线，使全景图像具备真实性和平滑性的特点。针对图像有部分缺失的情况，技术人员要进行相应填补优化，保证图像的完整。
　　2.3 全景图像浏览
　　全景浏览由于其选择视点有所差异，投影面类型也会随之产生差异。全景图主要可以分为两大类，即柱面全景和球面全景。其中柱面全景的投影面呈现出圆柱面的形式，而球面全景这是将平面影像在具有经纬度的球面上进行投射，除了0o经纬线外，剩余位置的投影画面都会存在一定畸变现象，这就导致浏览观测水平与垂直视角分布分别达到360o与180o。对于球面全景而言，此项技术更加适用于突发环境事件应急监测。
　　平面全景图像中包含了大量的数据信息，如果强行在一次渲染中将所有内容加载，则会出现画面不平顺、不清晰的情况，导致加载的时间也延长。技术人员可以利用视野范围做参考，使用金字塔缓存形式对分辨率不一致的图像进行处理。这样的话就能够将大部分的数据信息含量加载出来，不仅可以有效提高数据信息的浏览速度，同时也能将该项信息顺利过渡到局部位置，并通过精准图像仪器对所需要信息进行收集，在保证能够快速浏览的前提下，尽量保证全景图像的清晰度。预处理图像完成后，利用全景引擎加载平面图数据信息，以视点为基础实现全景浏览。
　　3 三维全景监测平台
　　突发环境事件监测工作的开展不仅包括对事件本身的勘察，同时也要做好对应急监测数据进行准确记录和详细分析，协助工作人员进行合理的决策。平台可以使用B/S架构，并将数据的存储与分析集中在服务端口，用户只需要通过浏览器的登录就可通过系统分析和查看现场的情况。监测平台的层次架构主要有三个，分别为表现层、业务层和数据层。
　　数据层负责对平台数据进行资料收集与存储，属于中心，采集站会在固定间隔时间自动收集监测数据，并利用网络将数据信息发送到数据资料库中，会对全景图像等信息进行配置与整合。监测平台会结合请求，加载用户需要的全景图像信息，并向数据层提供监测数据。表现层作为监测平台的最终体现，全景浏览画面可通过渲染的方式利用表现层呈献给用户，以此完成用户的现场监测请求。
　　4 总结
　　综上所述，随着自然环境保护理念的逐渐推广，无人机全景监测技术也得到了前所未有的发展。由此可见，无人机与现场监测技术的结合，可以在四周环境基础上实现三维虚拟实景的高度再现。通过计算机网络的使用，将其与传感器进行连接，以此构建一个三維全景现场监测平台，保障环境监测的时效性和科学性。
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　　收稿日期：2018-12-13
　　作者简介：姚毅（1977-），男，汉族，专科学历，工程师，研究方向为环境现场监测。
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