無人機遙感技術在機場凈空障礙物測量中的應用

魯東昌

摘 要：為了解決由于定位不準確引起的障礙物測量準確度較低的問題，提出無人機遙感技術在機場凈空障礙物測量中的應用研究，利用無人機遙感技術采集機場凈空數據信息，通過GIS系統實現數據柵格化處理，形成機場凈空的三維圖像，將障礙物的位置信息導入到圖像中，實現對其位置的精準定位，并以不同目標為基礎測量障礙物位置。進行試驗測試時，結果表明，所提方法的測量結果與實際結果具有較高的擬合度，具有良好的測量效果。

關鍵詞：無人機遙感技術;機場凈空;障礙物測量;柵格化;三維圖像

0 引言

近些年來，無人機遙感技術發展迅猛，由于其能夠在大面積范圍內實現對目標的準確識別，在諸多領域中都得到了廣泛應用[1]。與此同時，國內的機場建設也越來越現代化。在此背景下，無論是在客機還是軍事飛機的著陸過程中，對其對應空間環境的準確識別是十分重要的[2]，即準確識別障礙物的位置并采取適當的處理措施是確保飛行安全的重要保障的重要前提。

基于此，本文提出無人機遙感技術在機場凈空障礙物測量中的應用研究，并通過試驗驗證了所提方法的實際應用價值。通過該研究，以期為機場的安全穩定運行提供有價值的參考。

1 基于無人機遙感技術的機場凈空數字化處理

1.1 機場凈空數據采集

本文設計的機場凈空障礙物測量方法中，主要是通過無人機遙感技術對機場凈空范圍內的信息進行精準識別[3]，并建立其對應的數字化三維圖像，使機場凈空管理實現可視化，因此，本文首先采用無人機遙感技術對獲取機場凈空區域的數據進行獲取。

無人機遙感技術采集到的信息中，包含的內容包括屬性信息和圖像信息。屬性信息可直接用于機場凈空數字化的建設之中。而對于圖像信息，考慮圖像的整體效果，采用直方圖均衡化和分段線性拉伸兩種方法對圖像進行預處理。擴展后的圖像呈現標準正態分布，通過調整平均值，壓縮高亮度區域，擴展低亮度區域，提高圖像質量。以此作為構建機場凈空的基礎數據，為機場凈空數字化處理提供可靠基礎。

1.2 機場凈空三維圖像構建

利用無人機遙感技術對對應空間內的位置信息進行識別，將數據值傳到GIS中，并建立機場凈空數據集[4]。本文設計的測量方法中，對于無人機遙感技術采集到的數據主要是采用以下方式進行圖像轉化處理的。

首先，對無人機采集到的遙感數據進行柵格化處理，通過這樣的方式，使數據與GIS系統的格式要求相匹配，以此完成機場凈空圖像的配準和剪裁。設采集到的數據集為A=[xi，yi，zi]，柵格化處理過程可以表示為：

（1）

其中，表示柵格化系數，其主要取決于應用的GIS系統的屬性。通過轉化數據，使其在GIS系統中作為圖像的組成信息，以此構建機場凈空的三維圖像。

2 障礙物定位與測量

在上述構建的三維圖像基礎上，實現對凈空障礙物的識別與測量。

當無人機遙感技術在對凈空范圍識別到障礙物時，將其信息傳輸到三維圖像中，圖像系統對于障礙物的信息進行轉化處理，使其嵌入到三維圖像中，其可表示為：

（2）

其中，表示識別到的障礙物信息，a，b，c分別表示遙感技術采集到的障礙物的空間位置信息，n表示GIS系統對圖像的放縮倍數。

通過上述方式，實現三維圖像中障礙物的位置信息可視化處理。在此基礎上，測量障礙物與不同待測目標之間的位置關系，輸出對應的測量結果，其可表示為：

（3）

其中，W表示最后輸出的測量結果，F表示參照物的位置信息，在機場凈空中，一般是以塔臺和飛機為參照物對其進行測量，以此確保每架飛機獲得到的信息都是準確的。

3 試驗測試

為了測試本文提出的障礙物測量方法的實際應用效果，進行了試驗測試，同時，為了提高測試結果的可靠性，分別采用文獻[2]融合激光雷達與視覺信息的小型障礙物測量方法和文獻[3]應用激光雷達與相機信息融合的障礙物識別方法同時進行測試，通過對比三種測量方法的結果，客觀評價本文設計方法的有效性。

3.1 試驗環境

試驗的硬件環境為Windows 10，操作平臺為SuperMap GIS 10i。試驗選擇的環境為某機場，其占地面積為260 km2，飛機起飛及降落的領空面積為480 km2，高度范圍為762 m，為了測試三種方法的測量效果，分別在不同維度設置了5個障礙物，并分別編號1～5。分別采用三種方法對機場上空的領空范圍進行障礙物測量，并對檢測到的障礙物進行定位。

3.2 試驗結果

在上述環境下，分別采用三種方法對障礙物進行測量，

其結果如表1所示。

從表1中可以看出，本文方法的測量結果與障礙物的設定值之間的擬合度最高，能夠實現對障礙物位置的精準定位，同時，在障礙物測量過程中，由于高空的氣流變化速度較快，因此障礙物的位置會受到影響而發生一定變化，從而對測量結果產生影響。綜上分析可知，本文設計的障礙物測量方法具有較高的實際應用價值。這主要是因為本文采用無人機遙感技術實現了對測量范圍內環境的障礙物識別，通過在計算機中形成對應的定位，提高測量的準確度。

4 結束語

隨著航班的頻次逐漸增加，飛行軌跡所在的高度范圍也越來越多樣化，在此環境下，提高對飛行空間內，特別是起飛空間以及降落空間內障礙物的準確識別與測試，對于飛機的安全飛行是十分重要的。本文提出無人機遙感技術在機場凈空障礙物測量中的應用，有效提高了對障礙物的定位準確度，為機場飛機的安全起飛及降落提供了重要保障。

參考文獻：

[1]張慧.可視化技術在遙感圖像處理系統中的應用[J]. 信息與電腦（理論版），2021（1）：4-5.

[2]張國強，韓軍，成堅煉，等.融合激光雷達與視覺信息的小型障礙物測量方法[J].電光與控制，2021（2）：69-74.

[3]黃興，應群偉.應用激光雷達與相機信息融合的障礙物識別[J].計算機測量與控制，2020（1）：184-188+194.

[4]郭揆.無人機遙感影像下數字攝影測量技術分析[J]. 自動化技術與應用，2020（9）：52-56.