依托無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)實現(xiàn)“精準(zhǔn)應(yīng)急”

□ 浙江省第二測繪院 鄧廷起 陳駿明 徐勛江

8月10日1時45分，臺風(fēng)“利奇馬”在浙江省溫嶺市城南鎮(zhèn)沿海登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力有16級（52m/s），是2019年以來登陸中國的最強(qiáng)臺風(fēng)以及1949年以來登陸浙江第三強(qiáng)的臺風(fēng)。據(jù)中華人民共和國應(yīng)急管理部統(tǒng)計，截至2019年8月14日10時，“利奇馬”共造成中國1402.4萬人受災(zāi)，57人死亡，14人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失537.2億元人民幣。

在此次臺風(fēng)登陸前，浙江省第二測繪院認(rèn)真貫徹落實浙江省自然資源廳對防御“利奇馬”的工作部署，制定了由單位主要負(fù)責(zé)人帶班值守的24小時在崗值班表，全體應(yīng)急測繪隊伍進(jìn)入緊急待命狀態(tài)，及時準(zhǔn)備好各類應(yīng)急設(shè)備。8月10日中午，應(yīng)急測繪指揮中心接到消息，永嘉縣巖坦鎮(zhèn)山早村發(fā)生重大地質(zhì)災(zāi)害。接到應(yīng)急指令后，應(yīng)急測繪隊伍在單位負(fù)責(zé)人的帶領(lǐng)下火速前往事發(fā)地點展開應(yīng)急行動。當(dāng)日通過直升機(jī)、多旋翼等無人機(jī)設(shè)備獲取了正射影像、激光雷達(dá)點云、傾斜攝影、視頻等多類數(shù)據(jù)，并利用4G、衛(wèi)星等傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)及時回傳給內(nèi)業(yè)處理人員，以最快速度完成了數(shù)據(jù)處理任務(wù)并送交至相關(guān)救援部門。在接下來的兩天，應(yīng)急測繪隊伍又兵分兩路，分別趕往受災(zāi)較為嚴(yán)重的臨海、臨安等地展開應(yīng)急測繪保障工作，獲取了大量受災(zāi)地區(qū)影像數(shù)據(jù)，為應(yīng)急救援工作提供了有力的技術(shù)支撐。

▲ 永嘉縣山早村應(yīng)急現(xiàn)場——無人直升機(jī)采集三維點云數(shù)據(jù)

浙江省第二測繪院作為浙江省應(yīng)急測繪的重要力量，自2010年成立應(yīng)急測繪分院以來，先后參與了“菲特”臺風(fēng)應(yīng)急、麗水里東村救援、麗水蘇村救援等數(shù)次應(yīng)急救援任務(wù)，為浙江省政府、各救援單位提供了精準(zhǔn)有效的受災(zāi)區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)，強(qiáng)有力地保障了高效的現(xiàn)場救援及有規(guī)劃的災(zāi)后重建工作。

一、無人機(jī)攝影測量優(yōu)勢與作用

（一）無人機(jī)的快速反應(yīng)能力

無人機(jī)實際上是無人駕駛飛行器的統(tǒng)稱，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。 與載人飛機(jī)相比，它具有體積小、造價低、使用方便、對環(huán)境要求低、環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)等優(yōu)點。近年來，無人機(jī)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是以大疆等為代表的中國企業(yè)牢牢掌握了世界先進(jìn)的無人機(jī)核心技術(shù)。無人機(jī)的可靠性、安全性以及易操作性有了長足的進(jìn)步。

▲ 臨海市洪澇受災(zāi)區(qū)應(yīng)急現(xiàn)場——應(yīng)急人員調(diào)試應(yīng)急無人機(jī)設(shè)備

浙江省在梅雨、臺風(fēng)季時，往往洪澇、泥石流、山體滑坡等災(zāi)害頻發(fā)，由于天氣惡劣，衛(wèi)星遙感、有人飛機(jī)經(jīng)常因云層遮擋而獲取不到影像。與此同時，因為傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感重訪周期過長、云霧等惡劣氣象影響有人機(jī)安全飛行等問題，常常導(dǎo)致應(yīng)急不及時。應(yīng)對自然災(zāi)害的條件下，無人機(jī)可充分發(fā)揮其環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、起降條件要求低、系統(tǒng)展開時間短等優(yōu)勢，快速部署至受災(zāi)區(qū)域即時展開作業(yè)任務(wù)。同時，無人機(jī)類別齊全、載荷豐富，可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境靈活選擇合適機(jī)型、合適載荷執(zhí)行應(yīng)急作業(yè)任務(wù)。此次在“利奇馬”臺風(fēng)應(yīng)急時，永嘉山早村受災(zāi)面積相對不大，但災(zāi)害破壞程度高、現(xiàn)場地形復(fù)雜、起降條件較差，不適宜固定翼無人機(jī)飛行作業(yè)，所以采用直升機(jī)搭載激光雷達(dá)獲取精確點云數(shù)據(jù)；臨海古城受災(zāi)現(xiàn)場屬于洪水漫灌情形，受災(zāi)面積大，旋翼無人機(jī)受限于航時短速度慢，只適用于采集部分重點區(qū)域影像數(shù)據(jù)或視頻，無法完成全域范圍數(shù)據(jù)采集，所以使用垂直起降長航時固定翼無人機(jī)，搭載大畫幅可量測相機(jī)完成臨海受淹區(qū)域大面積高精度正射影像數(shù)據(jù)的采集。

（二）無人機(jī)攝影測量助力“精準(zhǔn)預(yù)防”

原有地質(zhì)災(zāi)害隱患點排查采用的是“包村到戶、落實到人”，由村部實地走訪方式進(jìn)行，導(dǎo)致排查效率較低且容易出現(xiàn)人為疏漏等問題。此次臺風(fēng)“利奇馬”造成杭州市臨安區(qū)多地出現(xiàn)山體塌方，多處道路損毀、中斷，電力通訊等設(shè)施損失嚴(yán)重。多數(shù)塌方點、泥石流沖毀點為非原有統(tǒng)計上來的地質(zhì)災(zāi)害隱患點。依托航空攝影測量技術(shù)，可助力實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害隱患點的科學(xué)精準(zhǔn)分析。先利用現(xiàn)有全省等高線地形圖，使用自動分析軟件搜索全省坡度、高差超過一定限值的區(qū)域，聯(lián)合地質(zhì)等相關(guān)部門對所篩選出的區(qū)域進(jìn)行土質(zhì)、山體構(gòu)造分析，確定較為清晰的地質(zhì)災(zāi)害隱患點。然后利用無人機(jī)實施高精度航空攝影測量，對此類隱患點進(jìn)行精確的地形分析判斷，模擬災(zāi)害發(fā)生后果，為政府部門對隱患點實施改造、搬遷、設(shè)置地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警站點等預(yù)防措施提供精準(zhǔn)依據(jù)。同樣應(yīng)對洪澇災(zāi)害，可利用已有DSM、三維影像數(shù)據(jù)對全省地勢低洼地區(qū)、山區(qū)溪流匯流地區(qū)進(jìn)行模擬淹沒分析，根據(jù)降雨量大小對易淹沒區(qū)域進(jìn)行分級，為應(yīng)急管理部門由上至下精確發(fā)布災(zāi)害預(yù)警信息提供數(shù)據(jù)來源。同時利用無人機(jī)獲取河道、海堤、山塘等高風(fēng)險區(qū)域的高精度影像數(shù)據(jù)，聯(lián)合水文等部門，分析研判易發(fā)生險情點并上報至相關(guān)部門處置，通過精確數(shù)據(jù)在最大程度上做好災(zāi)害的提前預(yù)防。

（三）無人機(jī)攝影測量助力“精準(zhǔn)救援”

哪里是受災(zāi)最嚴(yán)重的區(qū)域，哪里適合搶通新的道路，受災(zāi)地區(qū)到底需要多少救援裝備和人員，這一系列的問題始終是擋在救援人員面前的難點，影響著救援的效率和準(zhǔn)確性。臺風(fēng)“利奇馬”影響杭州市臨安區(qū)的次日，浙江省委領(lǐng)導(dǎo)便趕赴災(zāi)區(qū)實地指導(dǎo)救援，但因通往重災(zāi)區(qū)的道路中斷，只能通過與通航公司剛剛抵達(dá)災(zāi)區(qū)的直升機(jī)上機(jī)組人員的通話來了解受災(zāi)情況。先不論通航直升機(jī)因空域申請等問題導(dǎo)致時效性較低，僅僅是機(jī)組人員的肉眼觀察而缺乏有力的數(shù)據(jù)分析，是無法滿足救援的實際需求的。俗話說“磨刀不誤砍柴工”，應(yīng)急救援的開展，可利用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)實時獲取受災(zāi)區(qū)域的影像數(shù)據(jù)。通過制作成完整清晰的受災(zāi)影像圖，哪里受災(zāi)、災(zāi)害程度、哪里有路，這些問題在影像圖上一目了然，讓應(yīng)急指揮決策者有更加清晰直觀的感受。同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析便于指揮人員更科學(xué)、更迅速地調(diào)配應(yīng)急物資、部署救援任務(wù)。在麗水蘇村應(yīng)急救援時，武警工程部隊就利用浙江省第二測繪院提供的無人機(jī)影像圖，對比原有歷史影像分析出被掩埋房屋的預(yù)測位置來實施精準(zhǔn)救援，同時還依據(jù)影像數(shù)據(jù)分析得出的覆土量來調(diào)配相應(yīng)的工程機(jī)械和人員，保證了救援工作的順利進(jìn)行。

（四）無人機(jī)攝影測量助力“精準(zhǔn)重建”

這里所說的“重建”指災(zāi)后恢復(fù)工作?！俺鞘薪ㄔO(shè)，規(guī)劃先行”，這句話同樣適用于災(zāi)后重建工作。合理的重建工作離不開良好的設(shè)計規(guī)劃，而好的設(shè)計規(guī)劃又依托于精確的地理信息數(shù)據(jù)。小型的山體滑坡、塌方區(qū)域需要當(dāng)時的地形數(shù)據(jù)作為后期修復(fù)工作的依據(jù)，大規(guī)模的重建項目更是要依托地理信息數(shù)據(jù)，尋找資源環(huán)境承載能力較強(qiáng)、災(zāi)害風(fēng)險較小、適宜大規(guī)模聚集人口的區(qū)域。汶川地震后，國家規(guī)劃部門就是結(jié)合影像數(shù)據(jù)，分析確定了龍門山山前平原和與龍門山山脈接壤的淺丘等地區(qū)為災(zāi)后重建區(qū)域。近年來得到很大提升的無人機(jī)攝影測量技術(shù)便為這些重建、修復(fù)工作提供了高精度的影像數(shù)據(jù)來源。

二、無人機(jī)攝影測量在“精準(zhǔn)應(yīng)急”中面臨的問題與建議

（一）對地理信息數(shù)據(jù)作用的重視不足，應(yīng)急信息滯后

應(yīng)急現(xiàn)場及時的航空影像數(shù)據(jù)可謂是救援救災(zāi)工作的“眼睛”，相比普通的可見光視頻航拍，不論是正射影像圖還是三維模型數(shù)據(jù)都含有更為豐富精確的地理信息數(shù)據(jù)。專業(yè)的數(shù)據(jù)分析為應(yīng)急救援提供更為科學(xué)合理的指導(dǎo)依據(jù)。但是相關(guān)救援部門尚未意識到精確的地理信息數(shù)據(jù)可以對救援起到的分析與引導(dǎo)作用，仍然局限于以往的“摸黑”救援，這制約了救援工作的效率，加大了救援的成本，同時也導(dǎo)致應(yīng)急測繪部門獲取應(yīng)急信息滯后，無法及時開展應(yīng)急測繪工作。此外，各部門信息溝通不夠暢通，無法實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)共享。在原先的應(yīng)急情況下，應(yīng)急測繪隊伍獲取的無人機(jī)攝影測量數(shù)據(jù)是主動逐一提交給有關(guān)應(yīng)急救援單位，沒有明確的數(shù)據(jù)接收和分發(fā)部門，缺乏數(shù)據(jù)共享機(jī)制，有效數(shù)據(jù)無法及時提供到每一支需要信息的救援隊伍，導(dǎo)致數(shù)據(jù)時效性和價值性降低。機(jī)構(gòu)改革后，應(yīng)當(dāng)建立健全部門間應(yīng)急聯(lián)絡(luò)機(jī)制，構(gòu)建數(shù)據(jù)共享平臺，提高應(yīng)急測繪的工作效率和成效。

（二）數(shù)據(jù)分析仍不夠全面，缺乏豐富的救援參考信息

之前應(yīng)急，送到指揮決策者手中的往往是單一的航空影像正射圖或視頻資料，只做了簡單的地名等信息標(biāo)注。雖然影像圖可以給決策者比較直觀的感受，但是缺乏以數(shù)據(jù)分析為依據(jù)的有效的救援建議及參考信息，例如洪水淹沒分析、次生災(zāi)害易發(fā)區(qū)域分析、應(yīng)急救援物資堆放區(qū)域建議、臨時安置點分布建議等。通過開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)自動分析功能、結(jié)合現(xiàn)場救援人員實地判斷所形成的一整套救援意見，完全可以提供給指揮決策層更為有價值的、豐富的參考信息，助力更快、更高效、更精準(zhǔn)的救援行動。

（三）缺乏高效的空域協(xié)調(diào)機(jī)制

臺風(fēng)“利奇馬”過后，應(yīng)急測繪隊伍前往臨安市島石鎮(zhèn)參與應(yīng)急救援任務(wù)。因獲取消息滯后，現(xiàn)場已有通航直升機(jī)參與救援，導(dǎo)致無人機(jī)飛行需要與通航公司協(xié)調(diào)空域。由于缺乏有效的空域協(xié)調(diào)機(jī)制，雖然有人機(jī)和無人機(jī)不處于同一飛行高度，但為保證有人飛機(jī)的安全，無人機(jī)遲遲沒有起飛，導(dǎo)致指揮決策機(jī)構(gòu)無法及時獲取地理信息數(shù)據(jù)，來協(xié)助部署應(yīng)急救援任務(wù)。隨著航空救援力量的逐步擴(kuò)大，應(yīng)急管理部門可成立相應(yīng)的空域協(xié)調(diào)指揮機(jī)構(gòu)，保障今后應(yīng)急工作中各方面航空救援力量同步、有序、高效地開展救援工作，助力“精準(zhǔn)應(yīng)急”。