應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的組成與應(yīng)用

應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的組成與應(yīng)用摘要：災(zāi)害具有破壞性和突發(fā)性的特點(diǎn)，如何進(jìn)行災(zāi)害預(yù)警，如何在災(zāi)后科學(xué)、迅速的開展應(yīng)急救援工作是當(dāng)前應(yīng)急救災(zāi)面臨的迫切任務(wù)。無人機(jī)航攝系統(tǒng)，機(jī)動(dòng)靈活，操作簡(jiǎn)單，在應(yīng)急救災(zāi)中有巨大應(yīng)用前景。本文在全面分析了無人機(jī)航攝在應(yīng)急保障應(yīng)用需求的根底上，系統(tǒng)地提出了應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的概念，并對(duì)應(yīng)急無人機(jī)航攝中涉及的導(dǎo)航與定位、數(shù)據(jù)壓縮編碼、地理位置注冊(cè)、空間信息直播等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究分析，對(duì)于應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有借鑒意義，對(duì)于拓展無人機(jī)航攝在應(yīng)急保障中的應(yīng)用具有參考價(jià)值。1引言災(zāi)害具有突發(fā)性和強(qiáng)破壞性的特點(diǎn)，不僅造成重大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，甚至?xí)斐芍卮蟮娜藛T傷亡，應(yīng)急救災(zāi)是人類活動(dòng)面臨的迫切任務(wù)[\o"李云,2023#295"1]。無人機(jī)航攝系統(tǒng)，機(jī)動(dòng)靈活，操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，能深入到人員無法進(jìn)入到的區(qū)域，已經(jīng)在獲取地震、洪澇等地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情信息中得到廣泛應(yīng)用[\o"韓文權(quán),2023#302"2]。如何更好地發(fā)揮無人機(jī)航攝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，拓展和挖掘其在應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用，是值得研究的方向。陸博迪等[\o"陸博迪,2023#557"3]分析了無人機(jī)航攝系統(tǒng)在重大自然災(zāi)害中的應(yīng)用，馬瑞升等[\o"馬瑞升,2023#861"4]利用無人機(jī)搭載成像傳感器進(jìn)行了火情監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，陳為民等[\o"陳為民,2023#309"5]對(duì)無人機(jī)在城市應(yīng)急測(cè)繪保障體系建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步設(shè)想，但這些工作僅僅是對(duì)無人機(jī)航攝系統(tǒng)的在應(yīng)急中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，都未明確指出應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的概念，都沒有對(duì)對(duì)應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析。本文在分析了地質(zhì)災(zāi)害救援、森林火災(zāi)預(yù)警、大型活動(dòng)應(yīng)急保障、城市應(yīng)急測(cè)繪等應(yīng)急無人機(jī)航攝需求的根底上，系統(tǒng)地提出了應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的概念，闡述了應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的組成與功能，并與常規(guī)的無人機(jī)航攝系統(tǒng)進(jìn)行了比照，重點(diǎn)分析了應(yīng)急無人機(jī)航攝中涉及的導(dǎo)航地位、數(shù)據(jù)壓縮編碼、空間信息直播、地理位置注冊(cè)等關(guān)鍵技術(shù)。2應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)是通過無人飛行器搭載光學(xué)相機(jī)、紅外傳感器、視頻成像傳感器、機(jī)載雷達(dá)等航攝任務(wù)專用載荷，對(duì)作業(yè)區(qū)地表狀況進(jìn)行探測(cè)，獲取區(qū)域現(xiàn)勢(shì)性信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、信息提取與分析應(yīng)用[\o"Colomina,2023#332"6]，由無人飛行器、航攝傳感器、地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等局部組成〔圖1

應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)組成〕。圖1

應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)組成2.1無人飛行器無人飛行器主要有固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)、無人直升機(jī)，無人飛艇等。固定翼無人機(jī)有彈射和跑道起飛兩種方式，回收方式有降傘回收和撞網(wǎng)回收，要求有一定范圍內(nèi)的空曠場(chǎng)地。多旋翼無人機(jī)和無人直升機(jī)通過旋翼在靜止空氣和相對(duì)氣流中產(chǎn)生向上的力，操縱自動(dòng)傾斜器可產(chǎn)生向前、后、左、右的水平分力，對(duì)于場(chǎng)地的要求較小。無人飛艇依靠空氣浮力，實(shí)現(xiàn)起飛，對(duì)場(chǎng)地要求也較小。地針對(duì)不同的應(yīng)急需求，采用不同的飛行器。對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情勘察，主要是為了勘察災(zāi)情現(xiàn)實(shí)性信息，獲取災(zāi)區(qū)的應(yīng)急影像圖，通常使用固定翼無人機(jī)以及多旋翼無人機(jī)。對(duì)于森林火災(zāi)預(yù)警，由于災(zāi)區(qū)范圍的不確定，需要飛機(jī)進(jìn)行盤旋勘察，通常采用多旋翼無人機(jī)和無人直升機(jī)。對(duì)于大型活動(dòng)的應(yīng)急保障和群體事件監(jiān)測(cè)，作業(yè)范圍較小，但要求飛行器有懸停能力，通常采用無人直升機(jī)和無人飛艇。對(duì)于城市應(yīng)急測(cè)繪，飛行作業(yè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，載荷較重，通常使用無人直升機(jī)。2.2航攝傳感器無人機(jī)航攝傳感器包括光學(xué)相機(jī)、紅外傳感器、視頻攝像機(jī)、機(jī)載雷達(dá)等。光學(xué)相機(jī)獲取災(zāi)區(qū)在可見光波段的影像信息，主要用于制圖、變化檢測(cè)等，也是現(xiàn)階段應(yīng)急工作中使用最多、技術(shù)手段最為成熟的傳感器。紅外傳感器包括近紅外和中紅外波段傳感器，近紅外波段傳感器主要是獲取夜間和陰天等環(huán)境中的災(zāi)情信息，而中紅外波段傳感器主要是獲取高溫信息，主要用于火源探查、火情監(jiān)測(cè)等。視頻攝像機(jī)主要是獲取作業(yè)區(qū)域?qū)崟r(shí)/近實(shí)時(shí)信息，主要用于大型活動(dòng)安保、群體事件監(jiān)測(cè)、城市應(yīng)急救援等，是提供實(shí)時(shí)地理信息效勞，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)繪、實(shí)時(shí)測(cè)繪、動(dòng)目標(biāo)精確測(cè)繪的主要傳感器。機(jī)載雷達(dá)對(duì)地表具有一定的穿透能力，且作業(yè)條件限制小，能實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)觀測(cè)，在洪水、內(nèi)澇淹沒區(qū)域水下地形探測(cè)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。2.3地面控制站地面控制站的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的飛行控制，進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，上傳飛控?cái)?shù)據(jù)，接收無人機(jī)下傳的飛行器飛行數(shù)據(jù)以及傳感器獲取的數(shù)據(jù)。在常規(guī)的無人機(jī)航攝中，地面控制站接收主要是無人機(jī)的飛行器數(shù)據(jù)。傳感器獲取的數(shù)據(jù)一般是存儲(chǔ)在航攝傳感器自身攜帶或者配置的存儲(chǔ)設(shè)備中，飛行結(jié)束后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。而在某些應(yīng)急航攝中，如大型活動(dòng)應(yīng)急保障和城市應(yīng)急測(cè)繪，要求實(shí)現(xiàn)影像、視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，對(duì)于地面控制站有了更高的要求?？刂普疽M(jìn)行影像、視頻數(shù)據(jù)的快速編碼壓縮，到達(dá)實(shí)時(shí)/近實(shí)時(shí)通信，不僅要提高硬件的處理速度，也要在軟件的算法上進(jìn)行改良。2.4數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)影像、視頻數(shù)據(jù)向決策信息轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。無人機(jī)航攝傳感器一般采用CCD和CMOS感光元件，且航上下，獲取的數(shù)據(jù)具有覆蓋范圍小，畸變大，成像關(guān)系不穩(wěn)定等特點(diǎn)。常規(guī)的無人機(jī)航攝系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)以光學(xué)影像數(shù)據(jù)為主，現(xiàn)有的PCI、INPHO、PIXELGRID等軟件已經(jīng)完全能滿足處理需要。針對(duì)DEM、DOM、DLG、DRG等4D產(chǎn)品為主要內(nèi)容的產(chǎn)品以及其他大比例尺地圖產(chǎn)品生產(chǎn)，以精度為主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性要求不高。應(yīng)急無人機(jī)航攝產(chǎn)品是面向應(yīng)急救災(zāi)應(yīng)用，對(duì)于數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性有更高的要求，尤其是針對(duì)森林火災(zāi)救援預(yù)警、群體活動(dòng)應(yīng)急保障、城市應(yīng)急測(cè)繪保障等應(yīng)急需求，數(shù)據(jù)處理要滿足近實(shí)時(shí)，甚至實(shí)時(shí)處理的要求。和常規(guī)無人機(jī)航攝的數(shù)據(jù)處理局部相比，應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理局部在硬件和軟件上都要有改良。軟件上，數(shù)據(jù)處理的算法要有高效性和易于硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)；硬件上宜采用以多GPU為核心，GPU-CPU處理相結(jié)合的并處理架構(gòu)，提升對(duì)圖形影像數(shù)據(jù)的處理能力，提高數(shù)據(jù)處理效率。常規(guī)無人機(jī)航攝系統(tǒng)和應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)比照，見表1常規(guī)無人機(jī)航攝系統(tǒng)與應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)。表1

常規(guī)無人機(jī)航攝系統(tǒng)與應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)工程常規(guī)無人機(jī)航攝系統(tǒng)應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)POS系統(tǒng)

采用GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)POS系統(tǒng)總體精度不高

POS精度要求較高，通常要為差分多導(dǎo)航系統(tǒng)，集成GNSS、GPS、北斗系統(tǒng)、INS(慣性導(dǎo)航系統(tǒng))等傳感器

以光學(xué)相機(jī)為主

除了光學(xué)相機(jī)外，更多地使用紅外傳感器、視頻攝像機(jī)、雷達(dá)等作業(yè)條件

作業(yè)時(shí)間為白天，光照條件良好

除了在天氣晴好的白天外，還可以在夜間，以及陰天、多云甚至有降水的條件下作業(yè)原始數(shù)據(jù)

以光學(xué)影像數(shù)據(jù)為主

光學(xué)/紅外/雷達(dá)影像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)處理時(shí)間

數(shù)小時(shí)

時(shí)間短，到達(dá)實(shí)時(shí)、近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理處理精度

主要用于生產(chǎn)DEM/DOM/DLG/DRG等4D產(chǎn)品及各種大比例尺地圖產(chǎn)品，處理精度要求較高

數(shù)據(jù)產(chǎn)品面向應(yīng)急效勞，主要用于現(xiàn)勢(shì)性災(zāi)情信息顯示及提供給急救災(zāi)決策支持，時(shí)效性要求高，精度要求相對(duì)較低3關(guān)鍵技術(shù)分析應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)勢(shì)性數(shù)據(jù)獲取，提供給急測(cè)繪信息效勞，需要高精度的POS數(shù)據(jù)、高性能的數(shù)據(jù)壓縮編碼、穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸、高效的數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)的信息發(fā)布為支撐，涉及到導(dǎo)航定位、數(shù)據(jù)壓縮編碼、地理位置注冊(cè)、空間信息直播等關(guān)鍵技術(shù)。3.1導(dǎo)航定位技術(shù)導(dǎo)航定位技術(shù)是獲取無人機(jī)精確坐標(biāo)和姿態(tài)信息的關(guān)鍵，而無人機(jī)精確的外方位元素，是后續(xù)航攝數(shù)據(jù)處理的根底。導(dǎo)航定位系統(tǒng)與航攝傳感器無縫連接，實(shí)時(shí)獲取航攝傳感器攝影瞬間的開啟脈沖，在航攝傳感器對(duì)地觀測(cè)的同時(shí)，導(dǎo)航定位系統(tǒng)連續(xù)接收衛(wèi)星信號(hào)，并精確記錄曝光時(shí)刻。經(jīng)過載波相位差分動(dòng)態(tài)處理，獲取航攝傳感器在攝影時(shí)刻攝站的地心坐標(biāo)，并通過成像模型轉(zhuǎn)化為攝區(qū)坐標(biāo)，引入航攝區(qū)域區(qū)域網(wǎng)平差中，采用數(shù)學(xué)模型精確確定地面目標(biāo)點(diǎn)位和航攝數(shù)據(jù)的方位元素?，F(xiàn)有的常規(guī)無人機(jī)航攝系統(tǒng)，受本錢限制，一般采用低精度的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，多為GPS/INS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如果是僅僅獲取災(zāi)后的應(yīng)急影像信息，是能滿足航攝需要的。但單衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，導(dǎo)航定位精度與衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度密切相關(guān)，衛(wèi)星信號(hào)受衛(wèi)星過境時(shí)間限制，在不同的時(shí)段，信號(hào)強(qiáng)度差異較大，如果要進(jìn)行應(yīng)急目標(biāo)的精確定位和執(zhí)行隨時(shí)的應(yīng)急航攝任務(wù)，顯然是不能滿足需求的。應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的導(dǎo)航定位局部，要結(jié)合多種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，充分融合各導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，全天時(shí)提供高定位導(dǎo)航定位信息。受飛行器載荷、體積、功耗等多方面的條件限制，導(dǎo)航定位系統(tǒng)要具備集成化、緊耦合、輕小化的特點(diǎn)。3.2數(shù)據(jù)壓縮編碼高性能的數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)是確保航攝數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳的前提，除了壓縮算法的高效性和易實(shí)現(xiàn)外，還要求硬件處理實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性高。無人機(jī)利用各種成像傳感器獲取數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)鏈將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給地面系統(tǒng)，隨著無人機(jī)數(shù)量的增多以及任務(wù)數(shù)據(jù)量的增大，給通信帶寬帶來了很大的壓力，有效的解決方法是利用壓縮算法壓縮數(shù)據(jù)信息的容量。無人機(jī)一般在高空、高速飛行的情況下對(duì)地面景物進(jìn)行攝像，所得到的影像和一般的影像有很大的區(qū)別：影像內(nèi)目標(biāo)像素小且目標(biāo)數(shù)量大，幀內(nèi)相關(guān)性差；加上影像是滿屏運(yùn)動(dòng)，幀間相關(guān)性差。因此，影像的壓縮編碼必須采用高分辨率且具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)乃惴?，以滿足較低比特率下高質(zhì)量的影像壓縮和傳輸[\o"毛偉勇,2023#693"7]。壓縮工作可以選用軟件或?qū)Ｓ糜布硗瓿伞Ｓ镁幋a壓縮軟件代碼規(guī)模較大，設(shè)備要求高，且機(jī)載微處理器功能有限,使其應(yīng)用受到限制，為保證系統(tǒng)最優(yōu)功能狀態(tài)，選用專用編碼芯片對(duì)采集后得到的數(shù)字影像進(jìn)行硬件編碼壓縮，生成壓縮后的數(shù)據(jù)通過機(jī)載傳感器平臺(tái)控制板數(shù)據(jù)通道，經(jīng)無人機(jī)上高速通信接口下傳數(shù)據(jù)。3.3地理位置注冊(cè)地理位置注冊(cè)的目的是確定目標(biāo)的精確位置，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在懸停和繞飛狀態(tài)下的空間位置標(biāo)注。它是以同步測(cè)量的動(dòng)態(tài)POS定位／定姿參數(shù)為根底，運(yùn)用高效率的參數(shù)內(nèi)插與瞬時(shí)賦值算法，將獲取的序列影像與原有地理數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，依照規(guī)那么的元數(shù)據(jù)體系實(shí)現(xiàn)序列影像的地理空間實(shí)時(shí)注冊(cè)，可實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域目標(biāo)的定點(diǎn)觀測(cè)和動(dòng)目標(biāo)的精確測(cè)繪。常用的方法是通過使用主動(dòng)輪廓模型及其改良模型提取影像序列特征[\o"Wang,2023#628"8]，與原有地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的特征要素進(jìn)行匹配，涉及形狀的描述、相似性度量以及定向的估計(jì)等關(guān)鍵步驟。常用的特征有點(diǎn)〔如建筑物角點(diǎn)〕特征和線特征〔如道路〕，點(diǎn)特征具有旋轉(zhuǎn)不變性，但是數(shù)目多，匹配的計(jì)算量大；線特征計(jì)算量相對(duì)較小，但匹配過程中存在偏移。如何對(duì)影像形狀特征形成有效的描述，如何實(shí)現(xiàn)多尺度下形狀特征與已有地理數(shù)據(jù)庫(kù)特征的匹配與優(yōu)化，是值得研究的方向。3.4空間信息直播空間信息直播是把應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)獲取的各種災(zāi)情數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間信息進(jìn)行發(fā)布，提供給急實(shí)時(shí)效勞，高效的數(shù)據(jù)傳輸是空間信息直播的根底。無人機(jī)搭載的任務(wù)載荷設(shè)備對(duì)地觀測(cè),將獲取的地表信息以數(shù)字形式記錄存儲(chǔ),機(jī)載測(cè)量平臺(tái)控制主板通過I/O設(shè)備讀取數(shù)據(jù),利用DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理，通過數(shù)據(jù)接口將壓縮后的數(shù)據(jù)傳至機(jī)載無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。在地面移動(dòng)接收系統(tǒng)視距內(nèi),數(shù)據(jù)通過無線方式傳給地面；在視距外,采用中繼方式，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給地面移動(dòng)接收系統(tǒng)。接收系統(tǒng)將獲取的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解壓，傳送至計(jì)算機(jī),就可以進(jìn)行顯示等后續(xù)處理工作[\o"秦其明,2005#702"9]。在數(shù)據(jù)鏈信道綜合程度方面,已普遍采用“四合一〞綜合信道體制；在數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)方面,已普遍采用卷積、RS和交織等抗干擾編碼,以及直接序列擴(kuò)頻技術(shù)；在無人機(jī)超視距中繼技術(shù)方面,已實(shí)現(xiàn)了空中中繼和衛(wèi)星中繼；在一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)方面,采用了先進(jìn)的相控陣天線和擴(kuò)頻技術(shù),能同時(shí)對(duì)多架無人機(jī)進(jìn)行跟蹤定位、遙測(cè)、遙控和信息傳輸。對(duì)于應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)，航攝數(shù)據(jù)下傳量大，在多數(shù)情況下，工作環(huán)境復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸干擾嚴(yán)重，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠傳輸，涉及到無線信道糾錯(cuò)編碼、信號(hào)擴(kuò)頻調(diào)制、抗干擾傳輸、超視距中繼傳輸、一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈、跨空域切換、數(shù)據(jù)包調(diào)度、擁塞控制等關(guān)鍵技術(shù)。只有實(shí)現(xiàn)上述關(guān)鍵技術(shù)，才能獲取穩(wěn)定的原始航攝數(shù)據(jù)，進(jìn)行地理位置注冊(cè)等后續(xù)處理，接入因特網(wǎng)進(jìn)行空間信息直播，提供實(shí)時(shí)的應(yīng)急效勞。3應(yīng)急無人機(jī)航攝需求隨著人們對(duì)環(huán)境理解的深入和無人機(jī)航攝系統(tǒng)的開展，無人機(jī)航攝與應(yīng)急的關(guān)系變得更加緊密。無人機(jī)航攝不僅提供了更加高效的測(cè)繪方式，也拓寬了航空攝影的應(yīng)用范圍，它不僅在區(qū)域大范圍靜態(tài)地理信息獲取方面有著明顯優(yōu)勢(shì)，而且能滿足動(dòng)態(tài)測(cè)繪、應(yīng)急測(cè)繪、動(dòng)目標(biāo)精確測(cè)繪的需求。我國(guó)是自然災(zāi)害多發(fā)國(guó)家，對(duì)于應(yīng)急測(cè)繪有著巨大需求，主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面〔圖2

應(yīng)急無人機(jī)航攝需求〕：圖2

應(yīng)急無人機(jī)航攝需求3.1地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救災(zāi)應(yīng)用需求主要包括地震救援、滑坡監(jiān)測(cè)、泥石流監(jiān)測(cè)、火山爆發(fā)監(jiān)測(cè)等。地震發(fā)生后，可以利用無人機(jī)航攝系統(tǒng)對(duì)災(zāi)區(qū)勘測(cè)，提供現(xiàn)場(chǎng)第一手資料，及時(shí)了解災(zāi)害發(fā)生情況、影響范圍、受困人員、道路是否暢通等，提高災(zāi)害救助時(shí)效性和針對(duì)性。預(yù)測(cè)震后受威脅的對(duì)象與潛在次生災(zāi)害發(fā)生體，如對(duì)于滑坡泥石流、塌方等形成的淤塞，結(jié)合降雨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、河流流量信息等，預(yù)測(cè)蓄滿溢流的可能性。利用無人機(jī)影像結(jié)合地面控制點(diǎn)，進(jìn)行空三加密，提取DEM，制作災(zāi)區(qū)三維景觀圖[\o"李軍,2023#303"10]，直觀反映災(zāi)區(qū)地形地貌景觀。應(yīng)急處置階段，通過無人機(jī)影像了解安置點(diǎn)周邊環(huán)境信息和空間分布，分析應(yīng)急安置點(diǎn)布置的合理性。災(zāi)后恢復(fù)重建階段，可以對(duì)重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用不同時(shí)相數(shù)據(jù)比照，分析重建進(jìn)度。用無人機(jī)開展臨近高等級(jí)公路、鐵路、高速公路等交通干道的易發(fā)生滑坡、泥石流塌方的區(qū)域重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，提升災(zāi)害預(yù)警能力。對(duì)于已發(fā)生泥石流、滑坡的區(qū)域，利用無人機(jī)影像和飛行控制數(shù)據(jù)進(jìn)行災(zāi)場(chǎng)重建，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)量與災(zāi)情評(píng)估[\o"沈永林,2023#296"11]。開展火山爆發(fā)周圍區(qū)域監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解災(zāi)害影響范圍，和人員財(cái)產(chǎn)傷亡情況，完成災(zāi)害監(jiān)測(cè)和災(zāi)情評(píng)估任務(wù)，為災(zāi)害預(yù)防和救援方案制定提供科學(xué)依據(jù)。3.2森林火災(zāi)救援預(yù)警應(yīng)用需求主要包括火情分析、火源確定，火勢(shì)蔓延趨勢(shì)預(yù)測(cè)、救援方案制定、火情預(yù)警等。利用無人機(jī)影像及實(shí)時(shí)獲取的火場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合林火模型，進(jìn)行火勢(shì)蔓延分析，監(jiān)測(cè)火勢(shì)大小，預(yù)測(cè)影響范圍，為救援途徑選擇、救援設(shè)備及人員部署，火情預(yù)警提供決策依據(jù)。3.3群體活動(dòng)應(yīng)急保障應(yīng)用需求主要包括大型活動(dòng)安保、重大群體事件監(jiān)測(cè)、防恐維穩(wěn)等。利用無人機(jī)搭載動(dòng)態(tài)位置姿態(tài)傳感器、高分辨率成像傳感器、序列成像傳感器等多模式組合傳感器[\o"張永生,2023#313"12]，通過近實(shí)時(shí)快速測(cè)繪處理，對(duì)于目標(biāo)區(qū)進(jìn)行快速探測(cè)解算及地理重建，將視頻信息轉(zhuǎn)化為具有定量地理信息標(biāo)志的動(dòng)態(tài)地理影像，并可接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或者近實(shí)時(shí)地理信息發(fā)布和用戶端直播效勞，使主管部門能及時(shí)獲取活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)信息，掌控事件進(jìn)展動(dòng)態(tài)。3.4城市應(yīng)急測(cè)繪效勞城市應(yīng)急測(cè)繪主要是指在發(fā)生臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪災(zāi)、沙塵暴等自然災(zāi)害，以及火災(zāi)等危險(xiǎn)事件時(shí)，提供給急測(cè)繪保障效勞。利用無人機(jī)航攝手段，結(jié)合城市應(yīng)急專題信息庫(kù)〔城市地形數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)輿情數(shù)據(jù)庫(kù)、河網(wǎng)水庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)、氣象資料等〕，進(jìn)行洪水淹沒區(qū)域、火情影響范圍、臺(tái)風(fēng)影響范圍等分析，以便合理安排人員撤離路線及救援路線、進(jìn)行救援人員、物質(zhì)調(diào)配等。在無人機(jī)上搭載視頻傳感器和導(dǎo)航定位設(shè)備，獲取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)影像及災(zāi)區(qū)定位信息，在搜救工作中開展定位效勞，彌補(bǔ)救災(zāi)人員救援漏洞，提高搜救效率。5結(jié)論本文首先完整地提出了應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的概念，對(duì)其無人飛行器、航攝傳感器、地面控制站、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等主要組成局部進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并與常規(guī)的無人機(jī)航攝系統(tǒng)進(jìn)行了比照；其次，對(duì)系統(tǒng)涉及的導(dǎo)航定位技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮編碼、地理位置注冊(cè)、空間信息直播等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究性探討，最后全面分析了應(yīng)急無人機(jī)航攝在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救災(zāi)、森林火災(zāi)救援預(yù)警、群體活動(dòng)應(yīng)急保障、城市應(yīng)急測(cè)繪效勞等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，對(duì)于應(yīng)急無人機(jī)航攝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有借鑒意義和參考價(jià)值。無人機(jī)航攝在應(yīng)急中的應(yīng)用還處于初步開展階段，如何將本文的設(shè)想轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，拓寬和挖掘無人機(jī)航攝在應(yīng)急保障中的應(yīng)用，是以后的研究方向。參考文獻(xiàn)[1]李云,徐偉,吳瑋.災(zāi)害監(jiān)測(cè)無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用與研究[J].災(zāi)害學(xué),2023,26(1):138-43.[2]韓文權(quán),任幼蓉,趙少華.無人機(jī)遙感在應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害中的主要應(yīng)用[J].地理空間信息,2023,5):6-8.[3]陸博迪,孟迪文,陸鳴,etal.無人機(jī)在重大自然災(zāi)害中的應(yīng)用與探討[J].災(zāi)害學(xué),2023,04):122-6.[4]馬瑞升,馬舒