基于航空遙感圖像災害區域定位系統設計

　　摘要：災害發生時為縮小所獲取定位區域與實發區域間的位置誤差，提升遙感災害定位的實時準確性，設計基于航空遙感圖像災害區域定位系統。選取關鍵的遙感定位信號，借助CC2430/2431結構，將其分享至航空傳感器協調器、增強型8051內核兩類元件應用結構之中，完成災害區域定位系統的硬件執行環境搭建。按照遙感影像區域計算法則，完成直角坐標系的旋轉變換，再通過檢測圖像邊緣的方式，完成基于航空遙感的災害區域圖像處理。在此基礎上，設置區域修正節點與遙感盲節點，以用于驗證定位指令的執行有效性，聯合上級硬件設備結構，實現基于航空遙感圖像災害區域定位系統的應用。實例分析結果表明，在軸、軸兩個方向上，航空遙感圖像定位系統所采集到的災害區物理坐標值均與實發區域坐標值較為接近，與ZigBee型定位系統相比，確實能夠縮小誤差值結果，實現對災害發生區域的準確定位。

　　關鍵詞：航空遙感圖像;區域定位;傳感器協調器;影像區域;空間直角坐標系;邊緣檢測

　　引言

　　航空遙感也稱機載遙感，通常以氣球、飛艇、飛機等傳感器設備作為運載工具。是一種由航空攝影發展而來的新型多功能探測遙感技術。大多數航空遙感平臺的高度數值都保持在80km以下，并且在應用過程中，受到地面限制的影響較小，即便是在航空平臺飛行高度較低的情況下，也能保持極強的靈活性與機動性。

　　因此，其調查周期表現時長總是相對較短[12]。飛機作為航空遙感領域中的主要應用平臺，其飛行高度一般可在幾百米到幾十公里之間不斷變化。隨著遙感技術的不斷發展，航空定位系統所獲取到的景象數據，可同時包含視頻圖像、灰度圖像、彩色圖像等多種表現形式。物聯網定位系統被譽為繼互聯網平臺后的又一次遙感技術發展浪潮，原有的互聯網平臺只能將網絡節點簡單地連接起來，并形成獨立的圖片影像傳輸環境，雖然這種定位網絡應用結構體，具有極為廣泛的覆蓋空間，但其對于目標事物的感知敏感性較差，在災害發生時所能得到的區域節點定位結果也過于泛泛[3]。

　　ZigBee型定位系統是在物聯網體系的基礎上，衍生出來的網絡結構型區域節點定位機制，與物聯網定位系統相比，該類型系統可進一步提升定位結果的精度數值，但其所得數值依然與實發區域位置存在明顯的精度誤差[4]。為解決上述問題，對所獲航空遙感圖像進行加工以及處理，并以此為基礎，設計一種新型的災害區域定位系統。系統硬件實現基于航空遙感圖像災害區域定位系統的硬件執行體系，可在完成遙感定位信號選取后，借助CC2430/2431結構、航空傳感器協調器等應用性設備，對已知信號進行檢測與分辨，具體搭建方法如下。

　　1.1遙感定位信號選取

　　基于航空遙感圖像的定位信號選取需要同時兼顧獲取成本低、信號覆蓋范圍廣、提取精度高等條件，因此，在設計災害區域定位系統的過程中，首先應充分結合各項應用需求，再將已獲取信號與待測對象結合起來，從而最大化縮小定位節點坐標與實發區域節點坐標之間的物理差值[5]。在待測災害區域中，以圖所示的航空遙感圖像作為待測對象，借助遙感區域選取框，將整個圖像分成多個相互獨立的結構體，并且要求每一分割部分都必須能夠完全反映該區域環境中的災害地貌特征。

　　出于全局性考慮，關鍵災害節點應盡量位于遙感圖像中部，一方面在上下左右四個方位上保留足夠的可篩選余地，使得最終定位結果的真實性水平得到提升;另一方面也可便于后續定位匹配指令的順利實施[6]。根據上圖得知，與圖相比，圖在內核元件的作用下，針對不同對象景觀進行了灰度銳化處理。一般來說，處理后圖像的灰度水平越高，則代表該區域距離實發災害位置越近，而灰度水平越低，則表示該區域距離實發災害位置越遠，若出現“零”灰度圖像節點，則可認為該位置處并無實發性災害行為出現。

　　1.2CC2430/2431結構

　　CC2430/2431結構是災害區域定位系統的最基本單元，負責完成航空遙感圖像的采集以及處理，并可借助傳感器協調器，實現對已選取遙感定位信號的定向篩查，從而最大化縮小災害定位區域與實發區域間的位置誤差數值。整個元件結構體由電源開關、復位按鍵、定位芯片等多個組織單元共同組成。電源開關與系統主電路元件相連，其閉合與斷開行為能夠直接決定已選取遙感定位信號的輸入與否[7]。

　　復位按鍵能夠根據航空遙感圖像的分布情況，判斷定位節點中所獲取圖像信息是否具有使用價值，在判斷結果為否的情況下，復位按鍵自動復原為原始狀態，并刪除已存儲的所有航空遙感圖像信息。編程口作為已生成災害區域定位指令的傳輸通道，能夠以數據流的形式，將這些信息反饋至航空傳感器協調器、增強型8051內核等下級應用元件之中。

　　CC2430通信口、CC2431通信口是兩個保持互通連接狀態物理結構，前者負責采集災害實發區域的坐標數值，后者負責采集航空遙感圖像中的坐標數值，通過完成多次采集處理后，兩個通信口完全打開，存儲于其中的坐標信息也可以進行自發交換[8]。定位芯片負責制定災害區域定位系統中的傳輸指令，并可對其進行暫時存儲，以供其他連接元件的調取以及應用。指示燈僅顯示CC2430/2431結構的現有連接狀態。總的來說，災害實發區域的覆蓋面積越大，CC2430/2431結構所承擔的指令轉換狀態也就越明顯。

　　1.3航空傳感器協調器

　　航空傳感器協調器作為災害區域定位系統的核心部分，主要負責根據遙感元件中所顯示出的各項指標參數，對待測圖像與顯示圖像進行調試，從而使得定位傳感器中的信息參量能夠與外部航空遙感元件的表現形式保持一致，一方面為微處理器提供大量的可參考災害區域定位坐標值，另一方面實現對遙感信息參量的按需歸納。

　　協調主板作為航空傳感器協調器中的核心控制元件，能夠同時支配接口電路、航空遙感元件、內部協調結構與外部傳感器設備[910]。其具體工作流程為：首先協調主板同時向接口電路、航空遙感元件傳輸連接電子，然后CC2430/2431結構開啟轉換狀態，在此過程中，生成原始的災害區域航空遙感待測圖像，接著在滿足信號選取需求的同時，利用微處理器、存儲器及遙感模塊對圖像進行二次加工，并生成最終的災害區域定位顯示圖像。在系統運行過程中，航空傳感器協調器保持連續供電狀態，且所有圖像信息只有在經過結構體的暫時存儲之后，才能夠具備快速傳輸的能力。

　　1.4增強型8051

　　內核GND芯片作為增強型8051內核的中控元件，在災害區域定位系統中，可根據航空遙感圖像的表現形式，對隱藏于其中的定位節點進行選取與篩查，并借助內核邊緣覆蓋的40個獨立接口組織，將這些節點信息反饋至核心定位主機中，以便于生成更為真實的災害區域航空遙感圖像。

　　在應用過程中，GND芯片采用8051的指令集實現操作，其指令中的每一個獨立時鐘周期都與一個接口組織相對應，且由于8051指令的高度集成性，定位系統直接取消了所有無用的總線狀態，一方面可避免在多次傳輸過程中，災害發生定位區域的物理坐標數值出現較大的偏差，另一方面也能夠在一個指令周期時間內完成所有單字節信息的設置與標注[1112]。為保證航空傳感器協調器的應用平衡能力，8051型GND內核能夠準確記錄遙感定位信號的傳輸形式，且在信號選取結果出現較大偏差時，可通過閉合或斷開接口組織的形式，對傳輸信號進行及時調試。

　　2基于航空遙感的災害區域圖像處理

　　借助已連接的硬件設備結構，計算遙感影像區域的實際覆蓋面積，再通過旋轉變換直角坐標系的方式，得到災害區域圖像的邊緣檢測結果，完成基于航空遙感的災害區域圖像處理。

　　3關聯軟件設計

　　按照航空遙感圖像處理原則，分別定義區域修正節點與遙感盲節點，完成關聯定位軟件設計，再聯合各級硬件設備結構，實現災害區域定位系統的順利應用。

　　3.1區域修正節點

　　區域修正節點設計需要考慮到定位系統對于航空遙感圖像的協調處理能力，在初始階段，應將節點分布于系統的各個測算層級組織之中，一方面可保證定位系統在面對大規模災害區域時具備較強的遙感圖像檢測能力，另一方面也能夠較好縮小定位圖像與實時圖像之間的坐標差數值[1819]。

　　4實例分析

　　選取面積大于100m×100m的災害區域作為實驗背景環境，規定其水平方向為定位軸所在方向、豎直方向為定位軸所在方向，利用遙感框截取不同的實驗區域，多次調節遙感框大小，使得所截取實驗區面積分別為10m×10m、20m×20m、30m×30m、40m×40m、50m×50m、60m×60m、70m×70m、80m×80m、90m×90m、100m×100m。分別利用基于航空遙感圖像災害區域定位系統、ZigBee型定位系統對所選實驗區域進行定位檢測，其中前者作為實驗組、后者作為對照組。

　　5結束語

　　與ZigBee型定位系統相比，新型災害區域定位系統借助已選取的遙感定位信號，對災害區域的特征圖像進行細致處理，再聯合CC2430/2431結構、航空傳感器協調器等設備元件，確定遙感影像區域的實際面積，并以此為基礎，有序安排區域修正節點與遙感盲節點。從實用性角度來看，最終所獲災害區域定位圖像與實發區域對比，軸、軸兩個方向上的位置誤差值結果都出現了明顯縮小，較好符合了提升遙感災害定位實施準確性的實際應用需求。

　　參考文獻

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　　[5]景振華,胡秀清,殷德奎.TG多角度偏振成像儀遙感影像地理定位與誤差訂正[J].遙感技術與應用,2020,352):345354.

　　作者：張春華

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