基于航空遥感图像灾害区域定位系统设计

　　摘要：灾害发生时为缩小所获取定位区域与实发区域间的位置误差，提升遥感灾害定位的实时准确性，设计基于航空遥感图像灾害区域定位系统。选取关键的遥感定位信号，借助CC2430/2431结构，将其分享至航空传感器协调器、增强型8051内核两类元件应用结构之中，完成灾害区域定位系统的硬件执行环境搭建。按照遥感影像区域计算法则，完成直角坐标系的旋转变换，再通过检测图像边缘的方式，完成基于航空遥感的灾害区域图像处理。在此基础上，设置区域修正节点与遥感盲节点，以用于验证定位指令的执行有效性，联合上级硬件设备结构，实现基于航空遥感图像灾害区域定位系统的应用。实例分析结果表明，在轴、轴两个方向上，航空遥感图像定位系统所采集到的灾害区物理坐标值均与实发区域坐标值较为接近，与ZigBee型定位系统相比，确实能够缩小误差值结果，实现对灾害发生区域的准确定位。

　　关键词：航空遥感图像;区域定位;传感器协调器;影像区域;空间直角坐标系;边缘检测

　　引言

　　航空遥感也称机载遥感，通常以气球、飞艇、飞机等传感器设备作为运载工具。是一种由航空摄影发展而来的新型多功能探测遥感技术。大多数航空遥感平台的高度数值都保持在80km以下，并且在应用过程中，受到地面限制的影响较小，即便是在航空平台飞行高度较低的情况下，也能保持极强的灵活性与机动性。

　　因此，其调查周期表现时长总是相对较短[12]。飞机作为航空遥感领域中的主要应用平台，其飞行高度一般可在几百米到几十公里之间不断变化。随着遥感技术的不断发展，航空定位系统所获取到的景象数据，可同时包含视频图像、灰度图像、彩色图像等多种表现形式。物联网定位系统被誉为继互联网平台后的又一次遥感技术发展浪潮，原有的互联网平台只能将网络节点简单地连接起来，并形成独立的图片影像传输环境，虽然这种定位网络应用结构体，具有极为广泛的覆盖空间，但其对于目标事物的感知敏感性较差，在灾害发生时所能得到的区域节点定位结果也过于泛泛[3]。

　　ZigBee型定位系统是在物联网体系的基础上，衍生出来的网络结构型区域节点定位机制，与物联网定位系统相比，该类型系统可进一步提升定位结果的精度数值，但其所得数值依然与实发区域位置存在明显的精度误差[4]。为解决上述问题，对所获航空遥感图像进行加工以及处理，并以此为基础，设计一种新型的灾害区域定位系统。系统硬件实现基于航空遥感图像灾害区域定位系统的硬件执行体系，可在完成遥感定位信号选取后，借助CC2430/2431结构、航空传感器协调器等应用性设备，对已知信号进行检测与分辨，具体搭建方法如下。

　　1.1遥感定位信号选取

　　基于航空遥感图像的定位信号选取需要同时兼顾获取成本低、信号覆盖范围广、提取精度高等条件，因此，在设计灾害区域定位系统的过程中，首先应充分结合各项应用需求，再将已获取信号与待测对象结合起来，从而最大化缩小定位节点坐标与实发区域节点坐标之间的物理差值[5]。在待测灾害区域中，以图所示的航空遥感图像作为待测对象，借助遥感区域选取框，将整个图像分成多个相互独立的结构体，并且要求每一分割部分都必须能够完全反映该区域环境中的灾害地貌特征。

　　出于全局性考虑，关键灾害节点应尽量位于遥感图像中部，一方面在上下左右四个方位上保留足够的可筛选余地，使得最终定位结果的真实性水平得到提升;另一方面也可便于后续定位匹配指令的顺利实施[6]。根据上图得知，与图相比，图在内核元件的作用下，针对不同对象景观进行了灰度锐化处理。一般来说，处理后图像的灰度水平越高，则代表该区域距离实发灾害位置越近，而灰度水平越低，则表示该区域距离实发灾害位置越远，若出现“零”灰度图像节点，则可认为该位置处并无实发性灾害行为出现。

　　1.2CC2430/2431结构

　　CC2430/2431结构是灾害区域定位系统的最基本单元，负责完成航空遥感图像的采集以及处理，并可借助传感器协调器，实现对已选取遥感定位信号的定向筛查，从而最大化缩小灾害定位区域与实发区域间的位置误差数值。整个元件结构体由电源开关、复位按键、定位芯片等多个组织单元共同组成。电源开关与系统主电路元件相连，其闭合与断开行为能够直接决定已选取遥感定位信号的输入与否[7]。

　　复位按键能够根据航空遥感图像的分布情况，判断定位节点中所获取图像信息是否具有使用价值，在判断结果为否的情况下，复位按键自动复原为原始状态，并删除已存储的所有航空遥感图像信息。编程口作为已生成灾害区域定位指令的传输通道，能够以数据流的形式，将这些信息反馈至航空传感器协调器、增强型8051内核等下级应用元件之中。

　　CC2430通信口、CC2431通信口是两个保持互通连接状态物理结构，前者负责采集灾害实发区域的坐标数值，后者负责采集航空遥感图像中的坐标数值，通过完成多次采集处理后，两个通信口完全打开，存储于其中的坐标信息也可以进行自发交换[8]。定位芯片负责制定灾害区域定位系统中的传输指令，并可对其进行暂时存储，以供其他连接元件的调取以及应用。指示灯仅显示CC2430/2431结构的现有连接状态。总的来说，灾害实发区域的覆盖面积越大，CC2430/2431结构所承担的指令转换状态也就越明显。

　　1.3航空传感器协调器

　　航空传感器协调器作为灾害区域定位系统的核心部分，主要负责根据遥感元件中所显示出的各项指标参数，对待测图像与显示图像进行调试，从而使得定位传感器中的信息参量能够与外部航空遥感元件的表现形式保持一致，一方面为微处理器提供大量的可参考灾害区域定位坐标值，另一方面实现对遥感信息参量的按需归纳。

　　协调主板作为航空传感器协调器中的核心控制元件，能够同时支配接口电路、航空遥感元件、内部协调结构与外部传感器设备[910]。其具体工作流程为：首先协调主板同时向接口电路、航空遥感元件传输连接电子，然后CC2430/2431结构开启转换状态，在此过程中，生成原始的灾害区域航空遥感待测图像，接着在满足信号选取需求的同时，利用微处理器、存储器及遥感模块对图像进行二次加工，并生成最终的灾害区域定位显示图像。在系统运行过程中，航空传感器协调器保持连续供电状态，且所有图像信息只有在经过结构体的暂时存储之后，才能够具备快速传输的能力。

　　1.4增强型8051

　　内核GND芯片作为增强型8051内核的中控元件，在灾害区域定位系统中，可根据航空遥感图像的表现形式，对隐藏于其中的定位节点进行选取与筛查，并借助内核边缘覆盖的40个独立接口组织，将这些节点信息反馈至核心定位主机中，以便于生成更为真实的灾害区域航空遥感图像。

　　在应用过程中，GND芯片采用8051的指令集实现操作，其指令中的每一个独立时钟周期都与一个接口组织相对应，且由于8051指令的高度集成性，定位系统直接取消了所有无用的总线状态，一方面可避免在多次传输过程中，灾害发生定位区域的物理坐标数值出现较大的偏差，另一方面也能够在一个指令周期时间内完成所有单字节信息的设置与标注[1112]。为保证航空传感器协调器的应用平衡能力，8051型GND内核能够准确记录遥感定位信号的传输形式，且在信号选取结果出现较大偏差时，可通过闭合或断开接口组织的形式，对传输信号进行及时调试。

　　2基于航空遥感的灾害区域图像处理

　　借助已连接的硬件设备结构，计算遥感影像区域的实际覆盖面积，再通过旋转变换直角坐标系的方式，得到灾害区域图像的边缘检测结果，完成基于航空遥感的灾害区域图像处理。

　　3关联软件设计

　　按照航空遥感图像处理原则，分别定义区域修正节点与遥感盲节点，完成关联定位软件设计，再联合各级硬件设备结构，实现灾害区域定位系统的顺利应用。

　　3.1区域修正节点

　　区域修正节点设计需要考虑到定位系统对于航空遥感图像的协调处理能力，在初始阶段，应将节点分布于系统的各个测算层级组织之中，一方面可保证定位系统在面对大规模灾害区域时具备较强的遥感图像检测能力，另一方面也能够较好缩小定位图像与实时图像之间的坐标差数值[1819]。

　　4实例分析

　　选取面积大于100m×100m的灾害区域作为实验背景环境，规定其水平方向为定位轴所在方向、竖直方向为定位轴所在方向，利用遥感框截取不同的实验区域，多次调节遥感框大小，使得所截取实验区面积分别为10m×10m、20m×20m、30m×30m、40m×40m、50m×50m、60m×60m、70m×70m、80m×80m、90m×90m、100m×100m。分别利用基于航空遥感图像灾害区域定位系统、ZigBee型定位系统对所选实验区域进行定位检测，其中前者作为实验组、后者作为对照组。

　　5结束语

　　与ZigBee型定位系统相比，新型灾害区域定位系统借助已选取的遥感定位信号，对灾害区域的特征图像进行细致处理，再联合CC2430/2431结构、航空传感器协调器等设备元件，确定遥感影像区域的实际面积，并以此为基础，有序安排区域修正节点与遥感盲节点。从实用性角度来看，最终所获灾害区域定位图像与实发区域对比，轴、轴两个方向上的位置误差值结果都出现了明显缩小，较好符合了提升遥感灾害定位实施准确性的实际应用需求。

　　参考文献

　　[1]刘学吉,丁亚林,李锋等.航空遥感相机Ronchi光栅自准直检焦模型分析与验证[J].光学精密工程,2020,286):12361244.

　　[2]刘晨,郑恩让,张桐.基于最优区域生成的深度多尺度融合遥感飞机检测方法[J].科学技术与工程,2019,19(30):258262.

　　[3]刘顺财,卢志雄,林胜青.基于红外技术的物联网异常节点智能定位系统设计[J].激光杂志,2020,41(12):104109.

　　[4]黄一才,李森森,鲍博武等.面向ZigBee网络节点安全定位的消息签名方案[J].电子与信息学报,2019,413):702708.

　　[5]景振华,胡秀清,殷德奎.TG多角度偏振成像仪遥感影像地理定位与误差订正[J].遥感技术与应用,2020,352):345354.

　　作者：张春华

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