無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)在災(zāi)害應(yīng)急救援中的應(yīng)用

(河南省地震局，河南 鄭州 450016)

0 引言

自然災(zāi)害的發(fā)生通常讓人始料未及，所以發(fā)生災(zāi)害后迅速展開應(yīng)急救援極為重要。及時(shí)快捷的災(zāi)情信息有助于第一時(shí)間將救援策略制定出來，促進(jìn)救援效率與質(zhì)量的提高。當(dāng)前，因?yàn)橥饨绛h(huán)境、使用成本和時(shí)空分辨率等因素的原因，使載人航空遙感和衛(wèi)星遙感獲取災(zāi)害信息的效果造成了極大的影響，進(jìn)而阻礙了災(zāi)害應(yīng)急救援。而由于無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢，如成本低廉、具有很高的影像分辨率和較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、能夠靈活操作等，因而在高危地區(qū)能夠很好地發(fā)揮作用。

1 無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)的概述

無人機(jī)遙感系統(tǒng)包括諸多內(nèi)容，如飛行控制系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、應(yīng)用分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、任務(wù)傳感器、穩(wěn)定云臺(tái)、無人駕駛飛行器等均包括其中。其主要利用相應(yīng)的系統(tǒng)來更好的控制與使用無人機(jī)[1]。

無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)主要通過控制無人機(jī)來檢測和救援相應(yīng)的災(zāi)害。主要是借助舵機(jī)、無線通訊單元、GPS系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)反饋定云臺(tái)等多個(gè)部分來靈活控制無人機(jī)。飛行控制系統(tǒng)主要分為兩部分，即地面監(jiān)控與機(jī)載控制單元，前者主要是借助地面控制站來有效監(jiān)控和管理無人機(jī)的飛行狀態(tài)和任務(wù)狀態(tài)；而后者則是借助模塊設(shè)計(jì)來固話管理無人機(jī)的飛行器內(nèi)部。檢測無人飛機(jī)的另一個(gè)重要步驟就是穩(wěn)定云臺(tái)，其主要是監(jiān)控飛行器的翻轉(zhuǎn)角、航向等方面，并借助對三軸自反饋控制平臺(tái)的利用來傳遞相應(yīng)的任務(wù)，進(jìn)而讓和地面的平衡飛行得到保障。

地面控制系統(tǒng)的管理主要利用無線通信系統(tǒng)，以對無人機(jī)的飛行軌跡展開設(shè)置和研究，將無人機(jī)的相關(guān)信息和參數(shù)獲得，借以讓監(jiān)視無人機(jī)的效果順利達(dá)到，并結(jié)合無人機(jī)的參數(shù)展開實(shí)時(shí)調(diào)度，使無人機(jī)的工作效率得到保證。

2 無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)在地震災(zāi)害中的應(yīng)用—以5·12汶川大地震應(yīng)急救援為例

突發(fā)性是地震災(zāi)害的一個(gè)顯著特點(diǎn)，且地震災(zāi)害也具有很強(qiáng)的破壞性。因此在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)時(shí)效性就非常重要。一旦發(fā)生地震災(zāi)害需第一時(shí)間掌握相關(guān)情報(bào)，并立即展開調(diào)查，將損失降至最低，并對相應(yīng)的救援措施予以制定。但就目前的實(shí)際情況，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時(shí)，通訊、交通等均會(huì)遭到不同程度的破壞，由此很難第一時(shí)間獲取震區(qū)信息。無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)則能夠有效、快速地獲取災(zāi)區(qū)信息，借助相應(yīng)的傳感器來調(diào)查震區(qū)狀況，如此便能夠有效地解決震區(qū)的狀況、信息以及相應(yīng)的損失。同時(shí)提供依據(jù)給救援工作的有效開展，也能夠確定震區(qū)的位置、范圍、強(qiáng)度、建筑物以及基礎(chǔ)設(shè)施的破壞程度，從而促進(jìn)了救援的效果與質(zhì)量的顯著提高。

四川汶川縣在2008年5月12日發(fā)生了8級(jí)地震，此后震區(qū)發(fā)生了很多次余震，并引發(fā)泥石流、滑坡、堰塞湖、崩塌等諸多地質(zhì)災(zāi)害，對當(dāng)?shù)氐膰?、省道以及鄉(xiāng)村道路造成了極大的破壞，阻礙了救災(zāi)工作的順利開展。受天氣原因影響，載人航空遙感系統(tǒng)和衛(wèi)星遙感系統(tǒng)均無法在第一時(shí)間對災(zāi)區(qū)的實(shí)時(shí)地面影像給采集到。在地震發(fā)生后，各種不同型號(hào)的無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)第一時(shí)間進(jìn)入到災(zāi)區(qū)，廣泛應(yīng)用于多個(gè)方面，包括堰塞湖和滑坡動(dòng)態(tài)監(jiān)測、災(zāi)情調(diào)查、房屋與道路損害情況評(píng)估、災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建、救災(zāi)效果評(píng)價(jià)等，效果非常好，其作用是其他手段所不能代替的[2]。在第一次用于大規(guī)模應(yīng)急救災(zāi)中，無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)取得的成功就讓人大呼意外。地震發(fā)生兩天之后，民政部國家減災(zāi)中心和桂林航龍公司、北京師范大學(xué)一同將兩架“千里眼”無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)帶到了災(zāi)區(qū)。2008年5月15日上午，便借助此無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)拍攝了北川縣震后航空影像。這次拍攝，借助運(yùn)用低空云下飛行方式，影像分辨為0.1～0.2 m。拍攝影像后第一時(shí)間向現(xiàn)場指揮部傳輸，并借助BGAN衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)給民政部，進(jìn)而確保救災(zāi)決策有據(jù)可循。同時(shí)，也第一時(shí)間將傳回的影像發(fā)在國家減災(zāi)網(wǎng)以及民政部網(wǎng)站，大部分網(wǎng)站進(jìn)行了轉(zhuǎn)載，以此使公眾更加充分了解北川災(zāi)區(qū)。接著再接著這一系統(tǒng)對堰塞湖的航空遙感影像予以了拍攝，提供了重要幫助給堰塞湖搶險(xiǎn)和監(jiān)測。

3 我國無人機(jī)救援技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在自然災(zāi)害的緊急救援方面，無人機(jī)主要在實(shí)時(shí)監(jiān)控和災(zāi)后的搜索救援活動(dòng)中應(yīng)用。現(xiàn)階段，中小型機(jī)為我國無人機(jī)的主要機(jī)型，且飛行距離以短近程為主，通常突發(fā)性的緊急救援活動(dòng)較為適用[3]。如今，在國內(nèi)外的災(zāi)后緊急救援中均可見無人機(jī)的影子，其發(fā)展速度非?？?。災(zāi)害發(fā)生后對大量信息與物流的傳輸需求量較大，通過進(jìn)一步研究國內(nèi)外無人機(jī)技術(shù)發(fā)展，無人機(jī)的救援功能勢必會(huì)越來越豐富，且無人機(jī)更多豐富實(shí)用的功能也將被開發(fā)出來，綜合能力顯著提高，可讓無人機(jī)對災(zāi)后數(shù)字地圖的繪制成功實(shí)現(xiàn)，同時(shí)能夠直接對災(zāi)區(qū)進(jìn)行物資補(bǔ)給和指揮調(diào)度[4]。同時(shí)，無人機(jī)的飛行平臺(tái)與飛行方式也將得到顯著改善，飛行方式日趨多樣化，可工作的平臺(tái)更廣，而不斷增強(qiáng)的綜合國力與經(jīng)濟(jì)水平，相應(yīng)的也會(huì)增加無人機(jī)的數(shù)量，使之被廣泛應(yīng)用于不同地區(qū)、救援隊(duì)、醫(yī)療團(tuán)隊(duì)中等[5]。此外，在無人機(jī)的控制方面也取得了顯著成果，可將無人機(jī)的調(diào)控效率有效提高。當(dāng)發(fā)生緊急情況后，近程—遠(yuǎn)程、基層—總部均能夠直接控制，在短時(shí)間內(nèi)升空執(zhí)行任務(wù)[6]。在進(jìn)行災(zāi)區(qū)救援時(shí)，可共享信息，及時(shí)有效地開展救援工作。為了讓無人機(jī)工作更有組織、更有計(jì)劃，就應(yīng)該建立健全相關(guān)制度，確保操作人員的專業(yè)技術(shù)水平。應(yīng)進(jìn)一步研究與完善無人機(jī)救援工作的理論，專業(yè)培訓(xùn)無人機(jī)操作人員，劃分無人機(jī)的飛行空域。同時(shí)，對相關(guān)法律法規(guī)的制定、出臺(tái)和執(zhí)行引起高度重視，讓無人機(jī)工作的有序性和有效性得到充分保證，盡最大努力將發(fā)生無人機(jī)的失控和墜機(jī)等事故的幾率降低[7]。

4 結(jié)語

常規(guī)的災(zāi)情預(yù)警存在諸多弊端，如周期長、成本高等，對搶險(xiǎn)救援的實(shí)際需要未起到積極作用。無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)很好地補(bǔ)充了載人航空遙感、衛(wèi)星遙感，不論是從應(yīng)用前景還是發(fā)展空間上來說，其都擁有很大優(yōu)勢，因此推廣應(yīng)用價(jià)值非常高。