無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模在防爆安檢中的實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用

■文/濱州市公安局特巡警支隊(duì) 張棟 張彬 宋亮亮

關(guān)鍵字：無(wú)人機(jī) 三維實(shí)景建模 安檢防爆 掛圖作戰(zhàn)

1 引言

在防爆安檢實(shí)戰(zhàn)作業(yè)中，無(wú)人機(jī)利用高空優(yōu)勢(shì)及傾斜攝影技術(shù)，快速踏勘周?chē)h(huán)境和目標(biāo)區(qū)域，精準(zhǔn)還原實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景，為勤務(wù)方案制定、人員布控、掛圖作戰(zhàn)、研判指揮提供全方位保障。

2 概述

2.1 無(wú)人機(jī)實(shí)景建模

無(wú)人機(jī)利用高空優(yōu)勢(shì)及傾斜攝影技術(shù)，搭載多角度相機(jī)（或者單相機(jī)飛不同航線），運(yùn)用建筑信息模型（BIM）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，從垂直、四面傾斜等不同的角度采集影像，獲取地面物體完整準(zhǔn)確的圖像信息，利用專(zhuān)用建模軟件，將這些傾斜影像準(zhǔn)確生成三維實(shí)景模型。

該三維實(shí)景建模在實(shí)戰(zhàn)中的技術(shù)原理為：防爆安檢單位利用專(zhuān)業(yè)無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行測(cè)繪，對(duì)建模區(qū)域進(jìn)行正攝及多向傾斜圖像生成，運(yùn)用3D 建模軟件計(jì)算生成該區(qū)域或建筑物的三維實(shí)景模型，并可在模型上測(cè)量距離、面積和體積，為領(lǐng)導(dǎo)指揮調(diào)度警力提供位置參考。

2.2 防爆安檢

防爆安檢是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其組織程序復(fù)雜、任務(wù)要求高、涉及因素多、危險(xiǎn)系數(shù)大。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷上升和國(guó)際影響力的增強(qiáng)，各地承辦具有國(guó)內(nèi)外影響力的賽事、會(huì)議等越來(lái)越多，防爆安檢任務(wù)已經(jīng)成為各地公安機(jī)關(guān)的一項(xiàng)常態(tài)化工作。無(wú)人機(jī)實(shí)景建模技術(shù)的成熟應(yīng)用，極大地提升了防爆安檢的工作效率。

在防爆安檢工作中，無(wú)人機(jī)對(duì)某區(qū)域或建筑物進(jìn)行三維立體地理信息數(shù)據(jù)采集，運(yùn)用3D 建模軟件計(jì)算，生成該區(qū)域或建筑物的三維實(shí)景模型圖像。為防爆安檢的先期踏勘、方案制作、卡點(diǎn)布置、人員分布、任務(wù)分工、掛圖作戰(zhàn)等方面提供堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)保障。

圖1 無(wú)人機(jī)實(shí)景建模圖

3 無(wú)人機(jī)實(shí)景建模特色

3.1 三維模型場(chǎng)景真實(shí)還原

立體真實(shí)還原現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景的三維模型，具有足夠的細(xì)節(jié)，同時(shí)，具有精確的地理位置信息。

3.2 信息數(shù)據(jù)精準(zhǔn)

實(shí)景三維模型包含位置信息，可直接在模型中測(cè)量所需的長(zhǎng)寬高、面積、體積等信息。3D 實(shí)景模型中包含任意點(diǎn)的位置信息，其位置信息依據(jù)GPS 生成，突破了傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量的局限。所需實(shí)際數(shù)據(jù)可以直接在模型中進(jìn)行測(cè)量，精度達(dá)到厘米級(jí)。

3.3 采集處理實(shí)時(shí)快速

根據(jù)任務(wù)需求和建模區(qū)域面積，提前數(shù)小時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及模型制作。也可根據(jù)城市建設(shè)情況，定期進(jìn)行重拍更新。

3.4 一次采集，可反復(fù)使用

對(duì)城市重點(diǎn)區(qū)域的信息采集及模型制作，可作為智慧城市、數(shù)字城市建設(shè)的一部分，場(chǎng)景真實(shí)，視角多維。實(shí)景掃描的3D 模型是以現(xiàn)場(chǎng)拍攝的照片和視頻作為模型生成的依據(jù)，所以模型是現(xiàn)場(chǎng)100%真實(shí)反映?？梢詫?shí)現(xiàn)縮放、旋轉(zhuǎn)等多項(xiàng)功能，可以從各個(gè)角度進(jìn)行反復(fù)實(shí)景展示。

3.5 機(jī)動(dòng)靈活，高效便捷

與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)勘察相比，無(wú)人機(jī)實(shí)景建模技術(shù)大大提高工作效率。無(wú)人機(jī)實(shí)景建模的軟硬件高度集成化，無(wú)人機(jī)體積小便于攜帶、快速安裝與拆卸，對(duì)起飛場(chǎng)地要求很小。無(wú)人機(jī)飛行高度低，攜帶的傾斜攝影傳感器所拍攝出的圖片分辨率高，顏色真實(shí)，100-300 米高度的航空攝影飛行任務(wù)可準(zhǔn)確還原地面的建筑細(xì)節(jié)，尤其適合對(duì)局部重點(diǎn)目標(biāo)的航攝與建模任務(wù)。

4 在防爆安檢中的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用

4.1 大膽設(shè)想，小心求證

利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行防爆安檢現(xiàn)場(chǎng)踏勘，憑借高空優(yōu)勢(shì)可全面概覽目標(biāo)場(chǎng)地和周?chē)h(huán)境情況，并對(duì)某些建筑或道路的高度、寬度、位置形成精準(zhǔn)數(shù)字化概念，避免漏勘誤勘，極大降低了人工成本、提高勘查效率及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。場(chǎng)地勘察是勤務(wù)受領(lǐng)后，對(duì)實(shí)地檢驗(yàn)總結(jié)和場(chǎng)景推演的過(guò)程，要求區(qū)域“點(diǎn)位走到、掌握全面、大膽設(shè)想、小心求證”，這是信息收集的重要環(huán)節(jié)，也是制定安保方案的基礎(chǔ)。人身安檢、車(chē)輛安檢、排爆待命點(diǎn)安檢都是以場(chǎng)地安檢為基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)采集，生成該目標(biāo)區(qū)域三維實(shí)景模型圖像，數(shù)據(jù)誤差為厘米級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)參戰(zhàn)警力可直接在圖像上對(duì)場(chǎng)地概況、馬路寬度、樓體高度、廣場(chǎng)面積進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，便于車(chē)輛隊(duì)形擺放、人員編隊(duì)前進(jìn)?？梢栽陔娔X、平板上瀏覽最真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況，并從各個(gè)角度進(jìn)行反復(fù)實(shí)景研判。

圖2 實(shí)景數(shù)據(jù)測(cè)量

4.2 制定方案，任務(wù)分工

借助無(wú)人機(jī)勘察實(shí)景模型，進(jìn)一步制定防爆安檢勤務(wù)方案，這是對(duì)前期任務(wù)受領(lǐng)和勘察信息的整理和綜合。群眾性活動(dòng)或重要警衛(wèi)的防爆安檢任務(wù)，涉及人員、車(chē)輛、物品，情況復(fù)雜多變，稍有疏漏可能引起不必要的恐慌，造成巨大損失。

無(wú)論是制定總體方案，還是具體的任務(wù)分工清單，都應(yīng)該以圖文并茂的形式，詳細(xì)直觀呈現(xiàn)工作流程，工作人員對(duì)防爆安檢任務(wù)充分認(rèn)識(shí)、有章可循、點(diǎn)位明確，任務(wù)具體。同時(shí)，借助三維實(shí)景模型，方案可具體到實(shí)戰(zhàn)中，進(jìn)行全要素現(xiàn)場(chǎng)演練，查缺補(bǔ)漏，避免紙上談兵。

4.3 掛圖作戰(zhàn)，指揮研判

掛圖作戰(zhàn)，按照方案計(jì)劃及進(jìn)度要求，利用無(wú)人機(jī)三維實(shí)景模型沙盤(pán)，進(jìn)一步明確路線措施、責(zé)任分工、點(diǎn)位細(xì)則，從而保證勤務(wù)的順利推進(jìn)。利用無(wú)人機(jī)實(shí)景建模技術(shù)，可迅速進(jìn)行正射地圖構(gòu)建，短時(shí)間能夠在平臺(tái)操控大屏上實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。該系統(tǒng)二維建圖航拍任務(wù)支持實(shí)時(shí)正射處理，二維地圖可測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)的經(jīng)緯度、單線段或多線段直線距離、多邊形面積，可以有效避免圖像扭曲變形，準(zhǔn)確直觀地呈現(xiàn)目標(biāo)對(duì)象。如果時(shí)間允許，無(wú)人機(jī)搭載多臺(tái)傳感器對(duì)防爆安檢區(qū)域進(jìn)行五組不同角度的傾斜攝影：下視、左視、右視、前視、后視，五向采集影像，獲取真實(shí)地物信息，立體視角構(gòu)建高精度的實(shí)景三維模型。在模型上可查看每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的真實(shí)地理坐標(biāo)位置，標(biāo)注駐站、卡口、場(chǎng)館、場(chǎng)地外圍的安檢力量，實(shí)現(xiàn)對(duì)全部安保人員的掌控，以及對(duì)具體站點(diǎn)的及時(shí)調(diào)度。在反恐處突、群體性事件、防爆安檢等警務(wù)實(shí)戰(zhàn)中，對(duì)檢查站的設(shè)立、卡點(diǎn)的布置、安保力量的擺放可以直接標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)掛圖作戰(zhàn)，為指揮研判、現(xiàn)場(chǎng)決策提供技術(shù)支持。

4.4 總結(jié)戰(zhàn)果，舉一反三

防爆安檢戰(zhàn)果來(lái)源于實(shí)戰(zhàn)，彌足珍貴，務(wù)必善于梳理勤務(wù)流程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教育，不斷復(fù)盤(pán)演練，提升總體技能水平。以三維實(shí)景模型為依托，圖文并茂，直觀總結(jié)工作方案的利弊，分析過(guò)程存在的問(wèn)題，提出更佳的處置方案，做到揚(yáng)長(zhǎng)避短，有的放矢。尤其是警力投放布置，要遵循原則性和靈活性，借助實(shí)景模型具體到點(diǎn)位，還要增加部分機(jī)動(dòng)力量以應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況和機(jī)動(dòng)任務(wù)。開(kāi)展防爆安檢實(shí)戰(zhàn)大練兵，是提高各種爆炸事件處置能力的有效途徑。根據(jù)往年的三維實(shí)景模型勤務(wù)，結(jié)合本地工作實(shí)際，借鑒國(guó)內(nèi)外典型案例，從嚴(yán)從難從實(shí)設(shè)置訓(xùn)練科目，突出紅藍(lán)對(duì)抗演練，舉一反三，反復(fù)復(fù)盤(pán)，建立基于三維實(shí)景模型的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練營(yíng)，打造防爆安檢的人才孵化器。

5 無(wú)人機(jī)實(shí)景建模的應(yīng)用意義

在大型安?；顒?dòng)中，通過(guò)對(duì)安保區(qū)域進(jìn)行無(wú)人機(jī)實(shí)景建模，可大幅提升排爆安檢工作效率和水平，具有重大意義。

首先，無(wú)人機(jī)實(shí)景建模，避免傳統(tǒng)踏勘場(chǎng)地的繁瑣，為防爆安檢分組劃片提供更加直觀的真實(shí)場(chǎng)景。我們可以直接在模型上查看每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的真實(shí)地理坐標(biāo)位置，對(duì)安保區(qū)域進(jìn)行整體三維制圖。傳統(tǒng)的三維建模方法自動(dòng)化程度低，建模成本耗費(fèi)大量人力物力，且模型存在不同程度的變形、遮擋及特殊位置不具體等問(wèn)題。

其次，在反恐處突、群體性事件、防爆安檢等警務(wù)實(shí)戰(zhàn)中，對(duì)檢查站的設(shè)立、卡點(diǎn)的布置、領(lǐng)導(dǎo)駐地安保力量的擺放都可以直接標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)掛圖作戰(zhàn)。可以直接在上面對(duì)馬路寬度、樓體高度、廣場(chǎng)面積進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，便于對(duì)車(chē)輛隊(duì)形擺放、人員編隊(duì)前進(jìn)路線進(jìn)行標(biāo)注，便于現(xiàn)場(chǎng)指揮員進(jìn)行決策研判。

最后，實(shí)景三維建模逐漸成為智慧城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，也為智慧城市、智慧公安的建設(shè)提供技術(shù)支撐。

6 結(jié)語(yǔ)

三維實(shí)景建模技術(shù)是近年國(guó)際測(cè)繪遙感領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的三維建模，實(shí)景三維建模的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)景模型提供極其仿真的三維環(huán)境。尤其是在防爆安檢、反恐處突、群體性事件等警務(wù)工作中進(jìn)行模擬實(shí)景的地理坐標(biāo)定位、建筑三維測(cè)量、周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)掌控，具有實(shí)時(shí)操作速度快捷、三維建模全面準(zhǔn)確、擺陣步兵直觀呈現(xiàn)等特點(diǎn)。但是三維建模技術(shù)也存在一系列技術(shù)短板，例如對(duì)硬件配置要求很高，建模區(qū)域大模型生成需要較長(zhǎng)時(shí)間等。因此，無(wú)人機(jī)三維實(shí)景建模在防爆安檢實(shí)戰(zhàn)中，具有更廣的發(fā)展空間和更大的推廣價(jià)值。