基于低空UAV的多光谱遥感在洪涝应急测绘中的应用.pdf
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1、 项目来源:国家自然科学基金(4 2 0 7 1 3 4 6)基于低空U A V的多光谱遥感在洪涝应急测绘中的应用王梦梓1,2,刘全海1,2,王重天1,2,宗 庆1,2(1.常州市测绘院,江苏 常州2 1 3 0 0 0;2.常州市地理信息智能技术中心,江苏 常州2 1 3 0 0 0)摘 要 针对现阶段无人机应急测绘中影像图单一、应急反应时间长等问题,提出了制作应急专题地图的方法。基于多光谱相机获取的常州市某水域多光谱数据,结合机载多光谱摄影测量技术,构建了基于N DW I的多光谱无人机影像在洪涝应急测绘中自动提取水体范围的方法,并在灾害发生时对受灾地区进行多光谱数据采集,通过比较洪涝前后水
2、体变化,提取水体范围的空间分布、变化大小等信息,为常州市洪涝应急测绘提供了一种新的针对性应急方法。关键词 应急测绘;洪涝灾害;N DW I;水体提取0 引 言应急测绘是指在各种紧急情况下进行的必要测绘工作,通过快速获取相关地理信息和数据,从而为应急响应和灾害管理提供支持。我国是一个地大物博、人口众多的国家,进入新世纪,全球都面临着严峻的气候和自然灾害问题,我国也同样面临着各种自然和人为灾害的威胁,例如河南“72 0”暴雨灾害1和2 0 2 2年凉山森林火灾等2,因此应急测绘工作尤为重要。近几年,低空无人机技术在我国得到了快速发展,逐渐成为国家建设、资源调查和应急救灾等方面的重要技术手段3。低空
3、无人机技术能够快速获取大范围的地理数据,在各种灾难面前都发挥了至关重要的作用,能够实时、方便、快捷展示灾区的受灾情况和分布,结合软件快速生成灾区应急影像和三维模型,为救援、灾情评估提供基础数据和技术保障。我国目前拥有丰富的地理信息资源,包括地理数据库、地形数据、遥感影像等。这些数据资源为应急测绘提供了重要的基础。目前,我国建立了完善的应急响应机制,包括国家级、地方级和行业级的相关部门和机构。这些机构在应急测绘方面具有较强的组织和协调能力,能够在灾害发生时及时调动资源,同时进行系统功能设计展开应急测绘工作4。针对现阶段无人机应急测绘中影像图单一、应急反应时间长等问题,本文提出了制作洪涝应急专题地
4、图的想法,在极端情况下应用无人机进行影像数据的快速采集、处理与成果输出等一系列作业流程,生成更有针对性的应急测绘地图,提供给有关部门参考,并以此制定后续的救援手段,为全国的突发灾害的无人机监测和应急救灾辅助决策提供机动灵活、快速响应的应急测绘保障。传统应急测绘通常采用目视解译的方法提取水体范围,增加了应急测绘的作业时间3,而采用卫星遥感进行灾区影像提取缺乏实时性和动态性1,本文基于低空多光谱相机获取的常州市某水域多光谱数据,采用低空机载多光谱摄影测量技术,研究并提出了基于N DW I(N o r m a l i z e dD i f f e r e n c eW a t e r I n d e
5、 x)的多光谱无人机影像在洪涝应急测绘中自动提取水体范围的方法,在灾害发生时对受灾地区进行实时、动态的多光谱数据采集,通过对原有水体范围和洪涝时水体范围进行比较,获取水体范围的空间分布、变化大小等信息5,为常州市洪涝应急测绘提供了一种新的针对性应急方法。1 无人机应急测绘技术与设备1.1 无人机应急测绘设备无人机应急测绘设备包括无人机和各类传感器设备,由于需要面对极端恶劣天气和灾害,无人机需要选择能够在极端情况下能够运行的稳定飞行器,同样的情况下无人机所携带的传感器也需要能够承受极端的自然环境。(1)多旋翼机:多旋翼机是目前常见的无人机类型之一,具有垂直起降能力和灵活机动性,但是稳定性较差。它
6、可以搭载各种传感器,可用于快速获取高分辨率的测绘数据。(2)固定翼机:固定翼机无人机相比多旋翼无53基于低空UAV的多光谱遥感在洪涝应急测绘中的应用人机具有较长的续航时间和较大的航程,适用于大范围的应急测绘任务,但是起飞更加复杂,且有更大危险性。在应急测绘中,它通常搭载高分辨率的相机,可以快速捕捉大面积的地理信息。(3)机载激光雷达(L i D AR):激光雷达是一种通过激光束进行距离测量的设备,采集手段受极端天气影响较少。在应急测绘任务中,它可以搭载在各类无人机上,快速获取三维地理数据。(4)多光谱机相:多光谱相机是一种利用目标不同谱段光辐射,来执行复杂的目标检查和分析的成像系统。在应急测绘
7、中,它可以对波段进行分析,快速提取所需的数据和影像。1.2 无人机测绘应急软件系统软件系统的作用主要在于数据通讯、数据处理、分析软件和成果输出,目前由于5 G技术的蓬勃发展,相关通讯技术已经应用于应急测绘领域,进行采集数据的实时传输和处理,计算机终端在接收到相关数据之后进行数据处理与分析,目前常用的处理软件有大疆智图和重建大师等。经过空中三角测量和建模处理,输出应急测绘初步成果,在初步成果的基础上,再借助A r c G I S等分析软件,生成相关的专题地图和针对应急情况的应急方案。1.3 无人机应急测绘成果(1)遥感影像图:利用无人机搭载的航空相机,可以获取大范围的高分辨率影像图,为救援行动提
8、供准确、详细的地形信息。(2)实景三维模型:通过无人机搭载的测量仪器,可以获取地物的三维信息,生成真实的三维模型,为救援指挥提供直观的地理环境。(3)热成像图:利用无人机搭载的热成像仪,可以获取地面的热分布图像,用于寻找失踪人员、评估火灾情况等。(4)管道巡检图:无人机可以用于巡查管道,通过搭载的红外线相机,可以检测管道中的渗漏、破损等问题,提前发现并进行修复。(5)灾害变化监测图:通过连续监测特定区域的影像数据,可以生成灾害变化监测图,帮助救援人员及时了解灾情。(6)空中视频数据:通过5 G实时通讯,实现灾情的实时传递与分析,有助于指挥中心实时做出救援决策,帮助外界了解灾情4。2 无人机在洪
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