应急测绘保障系统关键技术探析

郑巍

（辽宁省自然资源事务服务中心；辽宁沈阳 110032）

应急测绘保障系统的核心任务是为全省应对突发自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件等突发公共事件高效有序地提供基础地理信息数据、公共地理信息服务平台、地图等已有测绘地理信息成果资料，根据应急状况的需要开展导航定位、地图制作、地理信息服务、遥感监测、地形测绘等测绘地理信息服务。

一、无人机选型

辽宁省地势大体为北高南低，自东西两侧向中部倾斜，山地丘陵分列东西两厢，向中部平原下降，呈马蹄形向渤海倾斜。经研究表明地质、洪涝灾害多易发生在山地丘陵地区，综合考虑山地、丘陵地区地面起伏大,相对高度大,坡度陡峭，难见较大范围平整地面的地形特点，综合分析市场上各种类型的测绘无人机的特点，确定出我省采用纯电动力与油电混合动力相结合、垂直起降与弹射伞降相结合的无人机群部署。初步建成以大鹏无人机、雨燕无人机为主的无人机集群系统，可根据灾害类型和范围，灵活部署不同型号无人机开展应急监测，以满足不同类型的应急测绘需求。

1.大鹏无人机

大鹏无人机是垂直起降固定翼无人机（图1），采用固定翼结合四旋翼复合机翼布局形式，以简单可靠的方式解决固定翼无人机垂直起降的难题。并兼具固定翼无人机航时长、速度高、距离远、载荷大的特点和旋翼无人机垂直起降的功能，大幅降低起降跑道和场地空域要求，保证它能在山区，丘陵，丛林等复杂地形和建筑物密集的区域顺利作业。无需增加额外回收传感器，全程自主飞行，在没有操控人员干预的情况下，可自主完成自动巡航、飞行状态转换、垂直起降等飞行任务。大鹏无人机最大飞行速度110千米/小时，最大起飞重量24千克，任务载荷2千克，续航时间4小时，抗风能力达到7级。

2.雨燕无人机

采用快拆式机翼结构，拆装便捷，展开即飞、弹射起飞、伞降回收、无场地限制、低空飞行，抗干扰性强（图2）。弹射起飞方式是将无人机装在发射架上，借助于牵引索或橡筋绳等弹射装置，实现较短长度弹射起飞。弹射起飞优点是不受起飞地点的限制，不要求长且平整的滑行跑道，可以保证外场作业的及时性、安全性。降落采用伞降方式，一旦接到回收指令，无人机从飞行状态到安全着陆，整个回收过程自动完成。雨燕无人机最大飞行速度90千米/小时，最高爬升高度5000米，最大起飞重量5千克，续航时间45分钟，抗风能力达到5级。

3.功能

无人机可携带可见光/红外线吊舱保证全天时展开应急监测；航摄相机可获取高精度、高分辨率数字影像数据。

二、影像快速处理

目前无人机数据处理面临的困难包括IMU信息不准确或没有、不能充分利用硬件资源、多架次或不同相机获取的数据无法同时处理、处理结果有拉花现象及操作复杂等诸多问题。本项研究基于Pix4Dmapper数据处理软件，从应急数据快速制图的角度出发，探索出一套适合我省无人机影像数据应急快速处理流程，解决了影像正射校正、数据快速处理、多类数据同时处理等难题。

图3 双光吊舱和航摄相机

1.生成正射校正及镶嵌结果

利用Pix4Dmapper处理影像，在生成所有影像的正射校正结果同时，还自动镶嵌及匀色，将测区内所有数据拼接为一个大的影像，纠正了视角的扭曲，使结果看起来达到卫片效果。结果具有地理参考，还可以用其他专业的 GIS 和 RS 软件进行显示操作，提升了数据处理的自动化程度，同时降低了人工干预（图4）。

图4 DOM成果

2.实现影像快速处理

基于Pix4Dmapper改进的快速处理模式，达到在数分钟内即可预览到正射镶嵌结果和 DEM 结果，对于应急项目的工作需求来说是非常必要的，可实现事发现场地理数据的快速获取和调阅，对应急决策的制定提供及时的数据参考。快速处理模式在大部分的笔记本电脑上即可顺畅运行，降低了对计算机硬件配置的要求（图5）。

3.实现不同架次、不同相机的数据同时处理

基于Pix4Dmapper可以同时处理多个不同相机拍摄的测区影像数据（图6），例如，同时搭载近红外传感器和普通相机，将它们合并成一个工程进行处理。如果所使用的无人机不能同时携带多个相机，只需分别带着不同的相机，飞行多次，然后将其合并到一个工程中也可实现数据同时处理，大大的降低了数据的处理难度。

图5 笔记本上运行野外快速处理模式

三、互联互通的实现

1.应急通信传输

测绘应急是针对突发灾害而设的快速监测与服务体系，能在第一时间快速获取、处理灾区现场数据信息，并随时监测灾害的动态变化，进行评估，提供服务。在其运行机制中，无线数据通信起着关键性的作用[2]。

建设配备移动卫星通信设备和无线5G传输设备来实现灾害现场无人机、测控车、现场指挥中心和后方应急指挥中心之间的实时通信和数据传输。响应速度是应急测绘保障的核心评价指标，在极短或较短的时间内，通过任务规划和资源调度，以高水平、高质量和高时效的信息产品、信息技术和信息服务，帮助决策层及时做出科学合理的应急救援方案及恢复重建规划。而灾害现场往往运营商通信中断，或无法达到实时通信和数据传输的要求，严重影响后方应急指挥中心实时掌握现场情况和领导决策。所以这就需要建成实现“天空地一体化、互联互通”的应急测绘保障系统，应急测绘通信必须具备以下几种能力：

图6 同工程处理不同相机的数据

①具备5G无线通信能力，通过4G网络将视频图像和数据传输至应急指挥中心。

②具备卫星通信能力，实现应急现场与应急指挥中心之间的通信传输，将机载视频、现场视频、无人机遥测数据和现场数据处理成果实时传回后方应急指挥中心。

③具备运输指挥通信车作为临时现场指挥中心，可与后方应急指挥中心进行视频会商。

2.应急指挥调度

灾害发生后，政府和应急部门集结所有资源和人员参与救灾，特别是相关领导在资源调动和工作部署指挥调度时，急需掌握灾害现场的情况，以此做出正确、合理、及时的决策。然而，灾害救援专家和相关资源并不一定能在第一时间奔赴现场。所以需要在后方设立应急指挥中心，以实现对现场情况的掌握和现场工作的部署指挥，实现对灾害现场的实时监控，通过与现场指挥中心的实时通信和监控，直观的了解监测现场情况，视频会议设备通过卫星通信站与省应急办指挥中心实时通联和会商，为应急救灾提供指挥通道。