無(wú)人機(jī)在案事件現(xiàn)場(chǎng)勘查中的應(yīng)用

魯璽龍，劉冠華，晏于文，石 屹，趙曉輝，孫振文，李志剛，劉 晉，王明直

（公安部物證鑒定中心，北京 100038）

無(wú)人機(jī)作為搭載平臺(tái)，通過(guò)搭載不同設(shè)備，可具備執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)的能力。隨著體積小、重量輕、價(jià)格低廉和操作簡(jiǎn)便的微型無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，無(wú)人機(jī)逐漸從軍用市場(chǎng)走向商用和民用市場(chǎng)。同時(shí)，無(wú)人機(jī)技術(shù)與其他技術(shù)手段交叉融合的趨勢(shì)愈加明顯，推動(dòng)無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。目前無(wú)人機(jī)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于事故救援、森林防火、地質(zhì)勘探、空中測(cè)繪和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域[1-5]。

國(guó)外率先在警務(wù)領(lǐng)域開(kāi)展無(wú)人機(jī)應(yīng)用。據(jù)報(bào)道，瑞士警方已將無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用于跨度較大的案件現(xiàn)場(chǎng)的拍照，加拿大警方也已將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于道路交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)中[6]。

目前，隨著國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的趨向成熟，國(guó)內(nèi)也開(kāi)始嘗試將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于警務(wù)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)將諸如擴(kuò)音設(shè)備和物品拋投設(shè)備等搭載在無(wú)人機(jī)平臺(tái)上，在執(zhí)行執(zhí)法執(zhí)勤和應(yīng)急搶險(xiǎn)等警務(wù)任務(wù)中應(yīng)用無(wú)人機(jī)滿(mǎn)足遠(yuǎn)程喊話(huà)和物品定點(diǎn)拋投等需求。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)警務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，為規(guī)范和提高警務(wù)無(wú)人機(jī)的使用，公安院校開(kāi)始設(shè)立無(wú)人機(jī)警務(wù)駕駛課程，國(guó)家也制定和頒布了關(guān)于規(guī)范警務(wù)無(wú)人機(jī)管理和使用的相應(yīng)管理辦法及標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)實(shí)戰(zhàn)需求，公安部物證鑒定中心自2016年開(kāi)始組織人員對(duì)微型無(wú)人機(jī)操作方法進(jìn)行培訓(xùn)和試用，并開(kāi)展相關(guān)研究，已成功將無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用于真實(shí)案事件現(xiàn)場(chǎng)的勘查當(dāng)中。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)相關(guān)研究進(jìn)入快車(chē)道，但是警務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究剛剛起步，特別是在現(xiàn)場(chǎng)勘查領(lǐng)域的研究還鮮有報(bào)道，具體情況如圖1所示。無(wú)人機(jī)作為一種新型的現(xiàn)場(chǎng)勘查裝備，操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速、成本低廉，通過(guò)搭載拍攝和測(cè)繪設(shè)備，可用于解決人員難以到達(dá)或無(wú)法到達(dá)的危險(xiǎn)場(chǎng)景的物證搜索、發(fā)現(xiàn)和固定，既能提高現(xiàn)場(chǎng)勘查質(zhì)量和效率，同時(shí)也有效保護(hù)了現(xiàn)場(chǎng)勘查人員的自身安全。

圖1 無(wú)人機(jī)應(yīng)用研究情況Fig.1 Applications and researches of UAV

1.1 現(xiàn)場(chǎng)照相

在案事件現(xiàn)場(chǎng)，通常需要拍攝現(xiàn)場(chǎng)方位照、概貌照和細(xì)目照來(lái)記錄和展示現(xiàn)場(chǎng)方位、周?chē)h(huán)境和與犯罪有關(guān)痕跡、物品。目前大部分案事件現(xiàn)場(chǎng)方位照和概貌照還采用高位手持拍照法，即選擇一處較高且能顯示現(xiàn)場(chǎng)及周?chē)h(huán)境特點(diǎn)的位置進(jìn)行拍照，用一張或多張照片的拼接實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)方位的固定，但此種拍照方式存在幾個(gè)問(wèn)題：1）案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)及周?chē)鷽](méi)有高層建筑物，如鄉(xiāng)村、山區(qū)、海上發(fā)生的案件或案件現(xiàn)場(chǎng)范圍大，很難找到高點(diǎn)進(jìn)行全景拍照；2）高層建筑物遮擋現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致選擇拍照點(diǎn)困難；3）即使可以選擇拍照位置，但無(wú)法攀登至拍照點(diǎn)；4）拍照點(diǎn)距離現(xiàn)場(chǎng)太遠(yuǎn)，影響拍攝效果[6]?，F(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)面對(duì)案件現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)波及范圍廣的現(xiàn)狀，高位手持拍照法已不能滿(mǎn)足執(zhí)法辦案的新要求。隨著航拍技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，無(wú)人機(jī)可進(jìn)行大范圍、大面積區(qū)域的勘查和圖像采集，飛行高度可達(dá)幾百至上千米，航拍面積可達(dá)幾十甚至上百平方公里，對(duì)常規(guī)照相、攝影技術(shù)不能滿(mǎn)足實(shí)戰(zhàn)需求的幾類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查。經(jīng)過(guò)試用和在某些案例中的實(shí)際應(yīng)用，無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)的出現(xiàn)可解決特殊案件現(xiàn)場(chǎng)（爆炸、山洞、峽谷、高樓、海上）難以進(jìn)行全景拍照的難題。如圖2所示，利用無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)可以有效提高拍攝方位照的效果和效率。無(wú)人機(jī)不僅在拍攝方位照方面優(yōu)勢(shì)明顯，利用無(wú)人機(jī)拍攝特殊現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)概貌效果和效率也明顯優(yōu)于人工手持拍照，如圖3～4。在拍攝細(xì)目照時(shí)，無(wú)人機(jī)可以遠(yuǎn)距離采用高倍光學(xué)變焦鏡頭實(shí)現(xiàn)對(duì)高層建筑外圍等人員不易到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的痕跡物證的細(xì)目拍攝。圖5是應(yīng)用無(wú)人機(jī)代替勘查人員拍攝橋梁外側(cè)痕跡物證細(xì)目照片的案例，有效解決了人員不易拍攝和拍攝時(shí)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高等問(wèn)題。在爆炸案件現(xiàn)場(chǎng)勘查中，無(wú)人機(jī)可以代替勘查人員進(jìn)入危樓進(jìn)行拍照固定。同時(shí)，在爆炸、放火、制毒等犯罪現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)人機(jī)可以先期進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)排查是否存在爆炸物、有毒有害物質(zhì)等危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離，遠(yuǎn)程巡視，避免因次生事故造成人員傷亡[7]。

圖2 無(wú)人機(jī)航拍現(xiàn)場(chǎng)方位照Fig.2 Azimuth of one crime scene by UAV aerial photography

圖3 無(wú)人機(jī)航拍現(xiàn)場(chǎng)概貌Fig.3 Survey of one crime scene by UAV aerial photography

圖4 無(wú)人機(jī)航拍現(xiàn)場(chǎng)概貌Fig.4 Overview of one crime scene by UAV aerial photography

圖5 無(wú)人機(jī)航拍現(xiàn)場(chǎng)細(xì)目Fig.5 Close-up of one crime scene by UAV aerial photography

1.2 現(xiàn)場(chǎng)重建

無(wú)人機(jī)航拍測(cè)繪主要用于地圖繪制，和橋梁、鐵路、公路修建之前地形測(cè)繪，相比于傳統(tǒng)測(cè)量測(cè)繪工作，無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)大大降低了測(cè)量測(cè)繪工作中需要的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量[8]。同時(shí)，相比于以往的測(cè)繪工作采用大型飛機(jī)裝載設(shè)備進(jìn)行工作，小型無(wú)人機(jī)體積較小、方便攜帶，更容易上手和操控，無(wú)人機(jī)測(cè)繪開(kāi)始嘗試應(yīng)用于警務(wù)領(lǐng)域。刑事案件現(xiàn)場(chǎng)勘查不但能夠利用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)獲得地形、地貌和建筑物的尺寸具體信息，實(shí)現(xiàn)人工測(cè)量難以完成的場(chǎng)景中空間距離、體積、面積的數(shù)據(jù)測(cè)量，比如測(cè)量炸坑深度，如圖6。如圖7所示，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)有助于建立現(xiàn)場(chǎng)的三維立體模型，實(shí)現(xiàn)地形地物可視化，建立實(shí)物化三維場(chǎng)景。通過(guò)快速、高精度、全方位自動(dòng)記錄案事件現(xiàn)場(chǎng)的三維場(chǎng)景，改善和提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、取證、制圖技術(shù)，提高事件現(xiàn)場(chǎng)三維環(huán)境分析與處理速度，建立全方位的案事件信息化記錄，提高現(xiàn)場(chǎng)勘查工作效率與處理能力。

圖6 無(wú)人機(jī)測(cè)繪Fig.6 Surveying and mapping by UAV

圖7 無(wú)人機(jī)測(cè)繪建立三維立體模型Fig.7 A three-dimensional view restored by UAV surveying and mapping

2 拓展應(yīng)用

雖然有部分現(xiàn)場(chǎng)已引入無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)，但由于搭載設(shè)備功能和性能的限制，除能滿(mǎn)足基本照相和錄像需求外，勘驗(yàn)效果并不理想。為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用無(wú)人機(jī)在有毒有害等危險(xiǎn)場(chǎng)景和低照度條件下的勘查應(yīng)用，滿(mǎn)足對(duì)整個(gè)案事件現(xiàn)場(chǎng)全方位、多角度的立體化勘查需求，筆者單位組織技術(shù)人員開(kāi)展相關(guān)研究和應(yīng)用，目前已取得部分研究成果，供讀者參考，為重特大案事件現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2.1 固體采集

在爆炸和放火現(xiàn)場(chǎng)，建筑物會(huì)受到不同程度的破壞，貿(mào)然勘查現(xiàn)場(chǎng)存在風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，還可能存在其他潛在危險(xiǎn)，比如化工品泄漏、爆炸物未完全爆炸等。為避免現(xiàn)場(chǎng)勘查過(guò)程中發(fā)生次生事故，選擇遠(yuǎn)程控制無(wú)人機(jī)首先探查室內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)是否存在危險(xiǎn)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在無(wú)人機(jī)上搭載機(jī)械臂抓取現(xiàn)場(chǎng)塊狀或粉末狀固體物證，如圖8～9。如圖10在室內(nèi)無(wú)GPS的情況下，選擇具有光流定位等功能的無(wú)人機(jī)，保證室內(nèi)飛行安全，實(shí)現(xiàn)危樓內(nèi)的物證提取。在峽谷、高樓等人員不易到達(dá)的現(xiàn)場(chǎng)，同樣可以使用無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)固體物證的安全、快速提取。

圖8 無(wú)人機(jī)搭載機(jī)械臂Fig.8 UAV equipped with a mechanical arm

圖9 無(wú)人機(jī)搭載機(jī)械臂Fig.9 UAV equipped with a mechanical arm

圖10 無(wú)人機(jī)室內(nèi)飛行Fig.10 UAV flying indoors

2.2 液體采集

在化工品爆炸案事件現(xiàn)場(chǎng)，如圖11所示，第一時(shí)間提取疑似爆炸泄漏物有助于案事件的定性。由于難以第一時(shí)間消除危險(xiǎn)，或案事件發(fā)生在河、海上人員難以靠近，同時(shí)為避免次生事故危害勘查人員的人身安全，如圖12可通過(guò)搭載液體采集設(shè)備，第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)此類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)的液體采集，降低此類(lèi)案事件現(xiàn)場(chǎng)勘查提取液體過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，并提高勘查效能。

圖11 某化工倉(cāng)庫(kù)爆炸現(xiàn)場(chǎng)概貌Fig.11 Survey of one crime scene by UAV aerial photography

圖12 無(wú)人機(jī)液體取樣Fig.12 Extracting liquid by UAV

2.3 氣體采集

在爆炸和放火案事件現(xiàn)場(chǎng)存在氣體泄漏和化學(xué)藥劑擴(kuò)散等威脅勘查人員生命安全的情形時(shí)，利用無(wú)人機(jī)搭載氣體采樣或氣體監(jiān)測(cè)模塊，針對(duì)爆炸區(qū)域或有危險(xiǎn)氣體泄漏區(qū)域的大氣污染物成分進(jìn)行采樣和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免人員進(jìn)入發(fā)生危險(xiǎn)，提高安全性，縮短響應(yīng)時(shí)間，保證勘查人員自身安全。

2.4 低照度場(chǎng)景攝錄

通過(guò)搭載紅外攝錄設(shè)備和輔助照明裝置，實(shí)現(xiàn)夜間等低照度環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)勘查，解決因光線(xiàn)條件差難以勘查的問(wèn)題。圖13是沒(méi)有輔助照明裝置在夜間拍攝的效果，圖14是無(wú)人機(jī)搭載輔助照明裝置拍攝照片的效果。對(duì)兩者拍攝效果進(jìn)行對(duì)比可以看出，無(wú)人機(jī)搭載輔助照明裝置可以為夜間突發(fā)案事件搶得第一手資料，為此類(lèi)案事件現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間開(kāi)展勘查提供可能。

圖13 無(wú)輔助燈光拍攝Fig.13 Photographing with no auxiliary lighting

圖14 有輔助燈光拍攝Fig.14 Photographing with auxiliary lighting

圖15是熱成像儀拍攝效果，如圖16所示熱成像攝像頭同時(shí)具備實(shí)時(shí)測(cè)溫功能，不僅可以夜間觀察周?chē)h(huán)境，在爆炸案件現(xiàn)場(chǎng)勘查中也可提供溫度信息，有助于判斷炸點(diǎn)。

圖15 熱成像拍攝Fig.15 Photographing from thermal imaging

圖16 熱成像測(cè)溫Fig.16 Measuring temperature by thermal imaging

3 前景展望

將來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)勘查領(lǐng)域的研究和應(yīng)用將不僅是搭載設(shè)備和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)充，更重要的將是面對(duì)復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)和復(fù)雜物證的精細(xì)化和智能化勘驗(yàn)。引入自動(dòng)駕駛和深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，智慧型無(wú)人機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)勘查過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)規(guī)劃路徑和航程，自主搜索和發(fā)現(xiàn)物證，有效應(yīng)對(duì)不同物證固定和提取的差異化需求。屆時(shí)，智慧型無(wú)人機(jī)將作為人工勘驗(yàn)的一種有效補(bǔ)充手段，將有限的警力解放出來(lái)。同時(shí)，隨著無(wú)人機(jī)在公安領(lǐng)域應(yīng)用的日益廣泛和深入，信息安全與危險(xiǎn)評(píng)估是無(wú)人機(jī)應(yīng)用中一個(gè)不可回避的問(wèn)題。一方面，由于無(wú)人機(jī)在公安領(lǐng)域特別是刑事案事件現(xiàn)場(chǎng)勘查的應(yīng)用中，將起到對(duì)案件信息，比如位置、死傷情況、作案手段等敏感信息的記錄和傳遞作用，所以，刑事案事件現(xiàn)場(chǎng)勘查無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)安全加密是十分必要的，以防惡意攻擊。另一方面，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查需要，無(wú)人機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜多樣，如橋梁、隧道、山區(qū)等，其飛行安全性易受氣溫、海拔、風(fēng)力、磁場(chǎng)及物體遮蔽等因素影響。所以，無(wú)人機(jī)應(yīng)具備應(yīng)對(duì)極端天氣與條件的能力，提高續(xù)航和避障能力，并具備針對(duì)不同場(chǎng)景下安全自評(píng)估能力，確保飛行安全。相信借力新科技的不斷涌現(xiàn)，無(wú)人機(jī)飛行的安全性和功能多樣性都將日趨完善。未來(lái)，無(wú)人機(jī)在刑事科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用前景將會(huì)愈加廣闊。