抗震救灾中航空摄影测量的应急响应

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  摘 要:从地理技术方面而言,航空摄影测量本身就是测绘的主要方法之一,近年来,通过科学家的努力探索,航空摄影测量的应急响应逐渐被运用到抗震救灾行动中。但是传统数字摄影测量工作站没有办法准确处理航空摄影测量的应急响应中那些非常规的航空摄影数据,难以满足抗震救灾中的紧急性要求。所以,怎样能高效、准确地处理非常规航拍数据,成了抗震救灾中航空摄影测量应急响应的关键影响因素之一。文章将介绍数字摄影测量网格分布式计算技术以求为此问题的解决提供思路。
  关键词:抗震救灾;航空摄影测量;数字摄影测量网格系统
  航空摄影测量的应急响应在抗震救灾中的作用越来越被社会所重视,人们通过航空摄影测量技术的应用可以将几百张以至几千张航空拍摄所得的照片高效率、无缝痕地拼接在一起,最终形成正射影像图,使抗震救灾队伍了解到整个灾区完整、全面的状况。面对传统数字摄影测量工作站无法满足抗震救灾中应急性要求的问题,我国的数字摄影测量网格(DPGrid)系统做出了相应的努力和贡献。
  一、抗震救灾中航空摄影测量的应急响应
  通常情况下,航空摄影测量需要按照航空摄影规范预先进行航线的设计,然后根据预设航线飞行并获取影像资料。在一般常规的航空摄影中,影像间的重叠度是固定的,旋偏角极小,这样可以提高空中三角测量的精度,达到空中三角测量的测图要求,有利于自动进行匹配,从而减少处理数据的难度。但是在抗震救灾中进行应急响应,航空摄影测量就需要在最短的时间内获取通往灾区的主要道路、桥梁等交通设施的毁坏状况,以便及时地为地面救援行动提供决策参考,这样的情况下,就需要进行非常规航空摄影,具体而言就是说飞机需要沿着主要道路飞行,当抵达城镇上空时,需进行盘旋飞行来获取居民区更多的地面信息。
  二、航空摄影测量应急响应的难点
  (一)影像之间重叠度变化较大
  全面审视世界三大地震带环太平洋火山地震带、欧亚地震带、大洋中脊地震带,不难看出地震带主要分布在地形起伏比较大的区域。地震带这一显著特点给航空摄影测量带来了很大不便,使拍摄出的影像之间重叠度变化较大,很难系统自动确定并匹配搜索区域,耗费了大量的人力和物力。
  (二)影像之间旋转偏角较大
  正如上文所提到的,抗震救灾过程中的应急航空摄影测量需要飞机在城镇上空盘旋飞行,这样的旋转飞行摄影方式容易使影像之间的旋转偏角增大,当偏角大于一定的角度后,匹配相关系数和区域的难度就会增大,匹配结果的可靠性和准确性就会降低,甚至会无法匹配成功。
  (三)其他难点
  地震后,受灾区域上空会漂浮着需更多粉尘颗粒,能见度降低,再加上本就存在的云层遮挡和相机自重等原因,在航空摄影测量中容易出现断裂航线,导致影像不能自动化处理。
  地震过程中进行应急响应,航空摄影测量的区域大多未设置GPS 基站和地面控制点,因此GPS/IMU 系统没有经过检校,获得的POS数据精度较低,无法直接利用摄影得到的数据进行核线约束的匹配和正射影像图的制作。
  因为通常情况下,地震强度大,受灾面积大,对地观测面积广,应急响应时航空摄影测量获取了大量影像,因此短时间处理海量数据又增加了工作难度,一旦处理数据的速度太慢,就会对救援行动产生不利影响。
  三、数字摄影测量网格系统对抗震救灾中航空摄影测量数据的处理
  在传统的摄影测量工作中,其数字摄影测量工作站采用单机作业的作业模式,采用串行的计算方法,因而数字摄影测量工作站大大束缚了航空摄影测量的效率和精度,无法满足当前环境下大量航空摄影数据快速更新的现状。同时,进入21世纪以来,计算机技术迅猛发展,高分辨率卫星影像、线阵与面阵航空数码相机等新一代传感系统的迅速发展与日渐广泛应用,数字摄影测量理论的不断发展,这些都给数字摄影测量处理带来了新的机遇与挑战。在时代的需求下,数字摄影测量网格系统(DPGrid)应运而生。在我国多年来对摄影测量学科的探索和创新的基础之上,数字摄影测量网格系统成功地将计算机网络技术、并行处理技术、高性能计算技术与数字摄影测量处理技术结合在一起,得以在抗震救灾行动中发挥重要作用。
  (一)数字摄影测量网格系统体系的结构
  数字摄影测量网格系统以集群计算机系统为数据处理平台,利用高效的刀片服务器作为计算节点。刀片式服务器系统是一种服务器平台,它具有高可用、高密度的特点,刀片服务器,磁盘阵列,工作站和千兆以太网交换机是它的主要硬件系统。每个刀片服务器有自己独立的中心处理器、内存条、硬盘和操作系统;磁盘阵列是文件服务器,用来储存航空影像数据;工作站是客户端,用来管理和分发任务;千兆以太网交换机是媒介物,刀片服务器,磁盘阵列和工作站需要通过千兆以太网交换机和光纤通信等设备建立连接,从而集合形成一个服务器集群。只有在集群模式下,所有刀片服务器才可以连接起来稳定运行,从而提供一个高速的网络环境,进而使各客户端可以进行资源共享。
  (二)数字摄影测量网格系统的并行处理机制
  在数字摄影测量网格系统中,工作站首先会收到传输进系统的数据,然后要通过千兆以太网交换机给刀片服务器分发任务,接着刀片服务器则会根据接收到的任务,从磁盘阵列中取出影像进行处理,然后在将结果再存入磁盘阵列,继而系统会将消息成功返回到工作站,工作站会根据处理后的数据给救援行动作出相应指示。
  (三)数字摄影测量网格系统提高处理数据的速度
  上文已经具体陈列过数字摄影测量网格系统的组成部分和数据处理机制,该系统只需要2 名员工,每天就可以处理500—800张影像图片,并生成无缝拼接的、高分辨率的、广泛领域的正射影像图。从而提高救援行动的速度和效率。
  四、结语
  回顾历史上的抗震救灾行动,在科技不断进步的二十一世纪,航空摄影测量开始发挥出了其巨大的作用,不断为抗震救灾行动提供大量的精确、直观并且宝贵的测量数据,为救援行动的快速化和准确化做出了巨大贡献。虽然抗震救灾行动存在各种困难,而且目前的救援机制不够完善,存在一些问题,但是随着国内数字摄影测量网格分布式计算技术的日渐成熟,未来的地震灾区救援行动将会越来越容易,人民群众得到的救助会越来越迅速,“天灾无情,人有情”,在科学的带领下,人们会更平安的生活。
  参考文献
  [1] 张祖勋,柯涛,郭大海,王建超.数字摄影测量网格在汶川大地震中的快速响应[J].中国工程科学,2009(06).
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