無人機測繪在重大突發(fā)事件中的應用和影響

李國橋 岳佳偉

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 測繪地理信息院，河南 鄭州 450006；2.華北水利水電大學 測繪與地理信息學院，河南 鄭州 450046）

無人機早在20 世紀20 年代便已出現(xiàn)，最初是作為訓練靶機用于軍事領(lǐng)域。2001 年，無人機技術(shù)開始進入航拍、農(nóng)業(yè)植保、測繪等民事領(lǐng)域，大大拓展了其應用范圍?，F(xiàn)今低空無人機技術(shù)和無線操控技術(shù)的發(fā)展和應用，讓利用無人機進行航拍的夢想成真。在此次新冠肺炎疫情中，憑借時效性強、范圍廣等特點，無人機在應急報道、應急響應救災、體溫監(jiān)測、抗疫宣傳、測繪建設(shè)工程中發(fā)揮了重要作用。

1 應急報道方面

無人機新聞報道指使用無人機對新聞事件進行攝影報道，特殊情況下也可為突發(fā)事件提供及時報道[1]。

無人機航拍在新聞采訪中擁有以下特點：

（1）拍攝成本低廉。在過去對災難現(xiàn)場進行航拍，只有大型新聞機構(gòu)才能承擔起雇用直升機和專業(yè)飛行員的高額費用，而如今采用無人機大大降低了拍攝成本。

（2）安全風險較小。災難事故現(xiàn)場，記者采訪的危險系數(shù)較高。而無人機飛進現(xiàn)場航拍，克服了地面上的惡劣環(huán)境。

（3）傳播時效性強。無人機攜帶方便，操作簡便，場地要求低，能迅速升空作業(yè)，可以大大提高新聞報道的時效性。

（4）表現(xiàn)空間拓寬。無人機打破了對災難記錄的傳統(tǒng)手法，采取立體化、全方位形式了解事故現(xiàn)場狀況，拓寬了新聞表現(xiàn)空間。

2015 年8 月12 日，天津市瑞海國際物流有限公司危險品倉庫發(fā)生火災爆炸事故。15 日清晨，為了盡快還原現(xiàn)場實景，《新京報》首席記者陳杰通過航拍記錄了這一畫面，爆炸現(xiàn)場煙霧逐漸散去，中心處出現(xiàn)一個巨大的坑，現(xiàn)場情況清晰可見。（如圖1 所示，《新京報》記者陳杰拍攝）

2020 年1 月30 日，武漢火神山醫(yī)院建設(shè)進入沖刺階段，微博發(fā)布的無人機直播，讓公眾全方位了解現(xiàn)場建設(shè)情況。（如圖2 所示，新華社記者才揚拍攝）

圖1 天津爆炸事故現(xiàn)場

圖2 火神山醫(yī)院建設(shè)現(xiàn)場

2 宣傳方面

無人機在高空巡視時，受到地形因素影響較小，幾乎能夠到達任何區(qū)域獲取地面信息，對研判各種突發(fā)和異常情形有較強的輔助作用，既可以讓公眾及時獲得必要的提醒和幫助，又能在疫情期間減少不必要的接觸或其他人為因素的干擾，降低感染風險[2]。

（1）無人機巡視檢查

在無人機上搭載擴音系統(tǒng)，可以將地面情況盡收眼底，達到了巡視檢查的目的，特別是在疫情期間，無人機可在人群密集的街道、廣場、小區(qū)、村莊等場所進行巡邏宣傳，為工作人員巡查街頭路面提供了便捷路徑。

（2）警用航拍無人機宣講

警用航拍無人機（如圖3 所示）能幫助警察更好地維護秩序和為人民服務(wù)。疫情期間，在柳州東收費站，警用無人機在上空喊話，提醒過往司機收費站設(shè)有體溫檢測點，請大家積極配合，打開車窗準備進站。

（3）長滯空系留無人機協(xié)助交通管理

長滯空系留無人機（如圖4 所示）在原有無人機基礎(chǔ)上，增加了一條導線將無人機與地面聯(lián)系起來，從而完成對無人機的供電，解決了無人機續(xù)航問題，實現(xiàn)了24小時滯空。同時無人機攜帶有攝像頭、喊話器、照明燈等附件來完成對交通道路上的監(jiān)控和管理[3]。

圖3 警用航拍無人機

圖4 長滯空系留無人機

3 物資運輸方面

在突發(fā)事件現(xiàn)場，若地上交通處于癱瘓狀況，救援部隊只能步行背著物資趕往災區(qū)，甚至可能使得救援部隊無法抵達災禍現(xiàn)場，此時無人機的重大作用就凸顯出來。通過無人機裝載急需物資，如血液、藥物、醫(yī)療設(shè)備等，指揮人員只需在控制中心發(fā)布指令，無人機就可在災區(qū)上空大規(guī)模集中，并以最快速度完成物資運輸。小型物資運輸無人機（如圖5 所示）主要運輸藥品、口罩等輕便物資，大型物資運輸無人機（如圖6 所示）主要運輸醫(yī)療機械設(shè)備等昂貴物資。

圖5 小型物資運輸無人機

圖6 大型物資運輸無人機

2019 年7 月31 日，在涼山州阿土列爾村，四川省衛(wèi)生健康委員會與中國電信四川分公司、四川傲勢科技有限公司開展了全國首次災難醫(yī)療急救智慧送藥（如圖7 所示）演練，通過中國電信5G 網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場視頻實時連接，將數(shù)據(jù)回傳到成都市的中國電信四川分公司指揮中心[4]。此次演練取得圓滿成功，為中國災難醫(yī)療急救指揮提供了新思路、新方法、新的成功案例。

在新冠肺炎疫情中，湖北武漢作為全國暴發(fā)點之一，急需大量口罩、防護服、護目鏡等一次性防護物資。無人機運輸起到了重要作用，例如：無人機從順豐速運湖北區(qū)將軍路點部到武漢金銀潭醫(yī)院，僅耗時七分鐘[5]（如圖8 所示）。

4 測量方面

無人機測繪將一套RTK 定位模塊集成到無人機飛行平臺，并搭載相應的減震系統(tǒng)、鏡頭、相機及相關(guān)軟件來處理、生產(chǎn)實景三維模型，內(nèi)業(yè)處理則是基于三維模型生產(chǎn)數(shù)字線劃圖。

圖7 智慧送藥

圖8 順豐速運

4.1 無人機測量特點

（1）無人機拍攝范圍大、空間廣。無人機本身具有較好的機動性能，受客觀因素（如地形因素和人為干擾）影響較小，相比傳統(tǒng)測量拍攝范圍更廣，監(jiān)控范圍更大，拍攝更加靈活，既能對大范圍區(qū)域進行高空作業(yè)，又能拍攝小范圍區(qū)域，進行數(shù)據(jù)采集和預處理。 （2）無人機有較強的工作效率和靈活的周期性。只需按正確操作在測量區(qū)域上方飛行拍攝獲取數(shù)據(jù)，然后經(jīng)內(nèi)業(yè)處理數(shù)據(jù)，因此，較傳統(tǒng)測量方式，無人機測量效率更高，時間更短，周期更靈活。

4.2 無人機測量建設(shè)

在火神山醫(yī)院建設(shè)過程中，無人機的應用價值體現(xiàn)得淋漓盡致。在條件有限的情況下，無人機替代人力操作，高效地完成建筑工作乃至高危工作，還能在高空延時攝影，以更廣的視角實時復現(xiàn)建設(shè)過程[6]。

（1）提供全方位、全周期的工程安全管理

在火神山醫(yī)院建設(shè)中，無人機“一鍵起飛，一鍵返航”的定制功能，便于在工地實施更加精細化的實時監(jiān)管，合理安排人力和巡檢時間，可針對建筑工程作業(yè)，安全無死角地進行定點巡檢、實時預警，極大減少工程安全事故的發(fā)生。無人機巡檢監(jiān)測，把現(xiàn)場施工狀況和進度實時顯示在系統(tǒng)上，可供全面了解不同施工階段的詳細數(shù)據(jù)，方便記錄工程日記并回顧。

（2）提供高效、精準的土方測量

土方測量時，采用無人機自動化采集所需區(qū)域的地塊屬性信息，將得到的數(shù)據(jù)同步到網(wǎng)絡(luò)云存儲端，構(gòu)建精度比傳統(tǒng)模型高的數(shù)學模型，運用構(gòu)建的模型來計算土方量。利用無人機的便捷、高效率、高精度，監(jiān)督測量每日的土方施工量，精確掌握施工進度。與傳統(tǒng)建筑工程模式、傳統(tǒng)測量和繪圖手段相比，無人機測繪能提供更為全面直觀的數(shù)據(jù)，為工程施工、精細管理等提供有效的技術(shù)支持。

采用無人機測量作業(yè)，短時間內(nèi)即可完成外業(yè)工作，相對于傳統(tǒng)測量方式，具有測量時間短、工作效率高的特點，在分析土地成本和復墾工程的效益方面，可提供有效依據(jù)。

（3）提供更加高效的測繪手段

在火神山醫(yī)院建設(shè)中，使用移動激光雷達系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)作業(yè)方式效率低下的問題，降低了惡劣地形環(huán)境帶來的施工影響。激光雷達測繪無人機可以從空中實時實現(xiàn)光點云建模，精密程度提高了一個等級。干涉雷達可以疊加分析多期數(shù)據(jù)，對所屬區(qū)域進行穩(wěn)定性分析，確定不穩(wěn)定時期與位置，火神山醫(yī)院建筑物的變形分析離不開該技術(shù)的支撐。此外，建設(shè)工程的三維圖和正射影像圖起到了決定性作用，真實地記錄和構(gòu)建三維場景，使得通過采集和顯示技術(shù)傳遞的信息更加真實直觀，讓火神山醫(yī)院建設(shè)更加迅速。

4.3 無人機測量的應用

在山區(qū)地質(zhì)災害調(diào)查方面，在調(diào)查點進行實測，采用錄像、拍照或者繪制素描圖方式繪制剖面線[7]。預估地質(zhì)災害造成的損失并進行分析，從而預測災害影響范圍，為后期維護奠定基礎(chǔ)。

在橋梁方面，橋梁的主要結(jié)構(gòu)，例如橋梁墩臺、支座及橫梁的變形監(jiān)測也可依靠無人機[8]。采用無人機駕駛技術(shù)，采集橋梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)，為分析橋梁裂縫狀態(tài)提供依據(jù)。

在水域方面，空域申請和氣候是水域監(jiān)測的兩大影響因素，但無人機系統(tǒng)憑借其機動性能和響應能力，可快速對水域的生態(tài)環(huán)境和突發(fā)事件進行監(jiān)測[9]，提高了水域監(jiān)測的靈活性，解決了這兩大問題。

利用無人機三維建模技術(shù)（如圖9 所示），繪制災區(qū)現(xiàn)場實景圖和災害類型圖，對采集到的各類信息進行評估預測，從而為災區(qū)救援工作提供理論依據(jù)。

利用無人機氣象觀測技術(shù)，實現(xiàn)了基于無人機平臺的氣溫、氣壓、相對濕度、風速、風向、顆粒物濃度等氣象要素的采集與實時傳輸[10]，在氣象觀測預報、環(huán)境監(jiān)測、資源配置等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

無人機航測技術(shù)大大提高了工作效率，優(yōu)化了農(nóng)村地籍調(diào)查的工作流程，保障了農(nóng)村地籍工作中數(shù)據(jù)的可靠性和準確性[11]。航測技術(shù)流程如圖10 所示。

5 結(jié)論

憑借報道迅速、宣傳廣泛、無須接觸等特點，無人機在新冠肺炎疫情防控阻擊戰(zhàn)中得到了充分應用，減輕了相關(guān)人員的工作強度。利用先進技術(shù)防災救災減災，是科技發(fā)展的一部分，相信在科技工作者的共同努力下，無人機在未來必將發(fā)揮更重要的作用。

圖9 無人機三維建模技術(shù)

圖10 航測技術(shù)流程