應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探析

鄭巍

（遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心；遼寧沈陽 110032）

應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)的核心任務(wù)是為全省應(yīng)對突發(fā)自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件、社會安全事件等突發(fā)公共事件高效有序地提供基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、公共地理信息服務(wù)平臺、地圖等已有測繪地理信息成果資料，根據(jù)應(yīng)急狀況的需要開展導(dǎo)航定位、地圖制作、地理信息服務(wù)、遙感監(jiān)測、地形測繪等測繪地理信息服務(wù)。

一、無人機選型

遼寧省地勢大體為北高南低，自東西兩側(cè)向中部傾斜，山地丘陵分列東西兩廂，向中部平原下降，呈馬蹄形向渤海傾斜。經(jīng)研究表明地質(zhì)、洪澇災(zāi)害多易發(fā)生在山地丘陵地區(qū)，綜合考慮山地、丘陵地區(qū)地面起伏大,相對高度大,坡度陡峭，難見較大范圍平整地面的地形特點，綜合分析市場上各種類型的測繪無人機的特點，確定出我省采用純電動力與油電混合動力相結(jié)合、垂直起降與彈射傘降相結(jié)合的無人機群部署。初步建成以大鵬無人機、雨燕無人機為主的無人機集群系統(tǒng)，可根據(jù)災(zāi)害類型和范圍，靈活部署不同型號無人機開展應(yīng)急監(jiān)測，以滿足不同類型的應(yīng)急測繪需求。

1.大鵬無人機

大鵬無人機是垂直起降固定翼無人機（圖1），采用固定翼結(jié)合四旋翼復(fù)合機翼布局形式，以簡單可靠的方式解決固定翼無人機垂直起降的難題。并兼具固定翼無人機航時長、速度高、距離遠、載荷大的特點和旋翼無人機垂直起降的功能，大幅降低起降跑道和場地空域要求，保證它能在山區(qū)，丘陵，叢林等復(fù)雜地形和建筑物密集的區(qū)域順利作業(yè)。無需增加額外回收傳感器，全程自主飛行，在沒有操控人員干預(yù)的情況下，可自主完成自動巡航、飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換、垂直起降等飛行任務(wù)。大鵬無人機最大飛行速度110千米/小時，最大起飛重量24千克，任務(wù)載荷2千克，續(xù)航時間4小時，抗風(fēng)能力達到7級。

2.雨燕無人機

采用快拆式機翼結(jié)構(gòu)，拆裝便捷，展開即飛、彈射起飛、傘降回收、無場地限制、低空飛行，抗干擾性強（圖2）。彈射起飛方式是將無人機裝在發(fā)射架上，借助于牽引索或橡筋繩等彈射裝置，實現(xiàn)較短長度彈射起飛。彈射起飛優(yōu)點是不受起飛地點的限制，不要求長且平整的滑行跑道，可以保證外場作業(yè)的及時性、安全性。降落采用傘降方式，一旦接到回收指令，無人機從飛行狀態(tài)到安全著陸，整個回收過程自動完成。雨燕無人機最大飛行速度90千米/小時，最高爬升高度5000米，最大起飛重量5千克，續(xù)航時間45分鐘，抗風(fēng)能力達到5級。

3.功能

無人機可攜帶可見光/紅外線吊艙保證全天時展開應(yīng)急監(jiān)測；航攝相機可獲取高精度、高分辨率數(shù)字影像數(shù)據(jù)。

二、影像快速處理

目前無人機數(shù)據(jù)處理面臨的困難包括IMU信息不準(zhǔn)確或沒有、不能充分利用硬件資源、多架次或不同相機獲取的數(shù)據(jù)無法同時處理、處理結(jié)果有拉花現(xiàn)象及操作復(fù)雜等諸多問題。本項研究基于Pix4Dmapper數(shù)據(jù)處理軟件，從應(yīng)急數(shù)據(jù)快速制圖的角度出發(fā)，探索出一套適合我省無人機影像數(shù)據(jù)應(yīng)急快速處理流程，解決了影像正射校正、數(shù)據(jù)快速處理、多類數(shù)據(jù)同時處理等難題。

圖3 雙光吊艙和航攝相機

1.生成正射校正及鑲嵌結(jié)果

利用Pix4Dmapper處理影像，在生成所有影像的正射校正結(jié)果同時，還自動鑲嵌及勻色，將測區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)拼接為一個大的影像，糾正了視角的扭曲，使結(jié)果看起來達到衛(wèi)片效果。結(jié)果具有地理參考，還可以用其他專業(yè)的 GIS 和 RS 軟件進行顯示操作，提升了數(shù)據(jù)處理的自動化程度，同時降低了人工干預(yù)（圖4）。

圖4 DOM成果

2.實現(xiàn)影像快速處理

基于Pix4Dmapper改進的快速處理模式，達到在數(shù)分鐘內(nèi)即可預(yù)覽到正射鑲嵌結(jié)果和 DEM 結(jié)果，對于應(yīng)急項目的工作需求來說是非常必要的，可實現(xiàn)事發(fā)現(xiàn)場地理數(shù)據(jù)的快速獲取和調(diào)閱，對應(yīng)急決策的制定提供及時的數(shù)據(jù)參考。快速處理模式在大部分的筆記本電腦上即可順暢運行，降低了對計算機硬件配置的要求（圖5）。

3.實現(xiàn)不同架次、不同相機的數(shù)據(jù)同時處理

基于Pix4Dmapper可以同時處理多個不同相機拍攝的測區(qū)影像數(shù)據(jù)（圖6），例如，同時搭載近紅外傳感器和普通相機，將它們合并成一個工程進行處理。如果所使用的無人機不能同時攜帶多個相機，只需分別帶著不同的相機，飛行多次，然后將其合并到一個工程中也可實現(xiàn)數(shù)據(jù)同時處理，大大的降低了數(shù)據(jù)的處理難度。

圖5 筆記本上運行野外快速處理模式

三、互聯(lián)互通的實現(xiàn)

1.應(yīng)急通信傳輸

測繪應(yīng)急是針對突發(fā)災(zāi)害而設(shè)的快速監(jiān)測與服務(wù)體系，能在第一時間快速獲取、處理災(zāi)區(qū)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，并隨時監(jiān)測災(zāi)害的動態(tài)變化，進行評估，提供服務(wù)。在其運行機制中，無線數(shù)據(jù)通信起著關(guān)鍵性的作用[2]。

建設(shè)配備移動衛(wèi)星通信設(shè)備和無線5G傳輸設(shè)備來實現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)場無人機、測控車、現(xiàn)場指揮中心和后方應(yīng)急指揮中心之間的實時通信和數(shù)據(jù)傳輸。響應(yīng)速度是應(yīng)急測繪保障的核心評價指標(biāo)，在極短或較短的時間內(nèi)，通過任務(wù)規(guī)劃和資源調(diào)度，以高水平、高質(zhì)量和高時效的信息產(chǎn)品、信息技術(shù)和信息服務(wù)，幫助決策層及時做出科學(xué)合理的應(yīng)急救援方案及恢復(fù)重建規(guī)劃。而災(zāi)害現(xiàn)場往往運營商通信中斷，或無法達到實時通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅瑖?yán)重影響后方應(yīng)急指揮中心實時掌握現(xiàn)場情況和領(lǐng)導(dǎo)決策。所以這就需要建成實現(xiàn)“天空地一體化、互聯(lián)互通”的應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)，應(yīng)急測繪通信必須具備以下幾種能力：

圖6 同工程處理不同相機的數(shù)據(jù)

①具備5G無線通信能力，通過4G網(wǎng)絡(luò)將視頻圖像和數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)急指揮中心。

②具備衛(wèi)星通信能力，實現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場與應(yīng)急指揮中心之間的通信傳輸，將機載視頻、現(xiàn)場視頻、無人機遙測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理成果實時傳回后方應(yīng)急指揮中心。

③具備運輸指揮通信車作為臨時現(xiàn)場指揮中心，可與后方應(yīng)急指揮中心進行視頻會商。

2.應(yīng)急指揮調(diào)度

災(zāi)害發(fā)生后，政府和應(yīng)急部門集結(jié)所有資源和人員參與救災(zāi)，特別是相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)在資源調(diào)動和工作部署指揮調(diào)度時，急需掌握災(zāi)害現(xiàn)場的情況，以此做出正確、合理、及時的決策。然而，災(zāi)害救援專家和相關(guān)資源并不一定能在第一時間奔赴現(xiàn)場。所以需要在后方設(shè)立應(yīng)急指揮中心，以實現(xiàn)對現(xiàn)場情況的掌握和現(xiàn)場工作的部署指揮，實現(xiàn)對災(zāi)害現(xiàn)場的實時監(jiān)控，通過與現(xiàn)場指揮中心的實時通信和監(jiān)控，直觀的了解監(jiān)測現(xiàn)場情況，視頻會議設(shè)備通過衛(wèi)星通信站與省應(yīng)急辦指揮中心實時通聯(lián)和會商，為應(yīng)急救災(zāi)提供指揮通道。