应急无人机航摄系统的组成及应用

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1、应急无人机航摄系统的组成与应用摘要：灾害具有破坏性和突发性的特点，如何进行灾害预警，如何在灾后科学、迅速的开展应急救援工作是当前应急救灾面临的迫切任务。无人机航摄系统，机动灵活，操作简单，在应急救灾中有巨大应用前景。本文在全面分析了无人机航摄在应急保障应用需求的基础上，系统地提出了应急无人机航摄系统的概念，并对应急无人机航摄中涉及的导航与定位、数据压缩编码、地理位置注册、空间信息直播等关键技术进行了研究分析，对于应急无人机航摄系统的设计和优化具有借鉴意义，对于拓展无人机航摄在应急保障中的应用具有参考价值。1 引言灾害具有突发性和强

2、破坏性的特点，不仅造成重大的经济财产损失，甚至会造成重大的人员伤亡，应急救灾是人类活动面临的迫切任务[1]。无人机航摄系统，机动灵活，操作简单，响应迅速，能深入到人员无法进入到的区域，已经在获取地震、洪涝等地质灾害灾情信息中得到广泛应用[2]。如何更好地发挥无人机航摄的技术优势，拓展和挖掘其在应急救灾中的应用，是值得研究的方向。陆博迪等[3]分析了无人机航摄系统在重大自然灾害中的应用，马瑞升等[4]利用无人机搭载成像传感器进行了火情监测实验，陈为民等[5]对无人机在城市应急测绘保障体系建设中的应用进行了初步构想，但这些工作仅仅是对

3、无人机航摄系统的在应急中的应用进行了探索，都未明确指出应急无人机航摄系统的概念，都没有对对应急无人机航摄系统涉及的关键技术进行系统分析。本文在分析了地质灾害救援、森林火灾预警、大型活动应急保障、城市应急测绘等应急无人机航摄需求的基础上，系统地提出了应急无人机航摄系统的概念，阐述了应急无人机航摄系统的组成与功能，并与常规的无人机航摄系统进行了对比，重点分析了应急无人机航摄中涉及的导航地位、数据压缩编码、空间信息直播、地理位置注册等关键技术。2 应急无人机航摄系统应急无人机航摄系统是通过无人飞行器搭载光学相机、红外传感器、视频成像传感

4、器、机载雷达等航摄任务专用载荷，对作业区地表状况进行探测，获取区域现势性信息并进行数据处理、信息提取与分析应用[6]，由无人飞行器、航摄传感器、地面控制系统、数据处理系统等部分组成（图1 应急无人机航摄系统组成）。  图1 应急无人机航摄系统组成2.1 无人飞行器无人飞行器主要有固定翼无人机、多旋翼无人机、无人直升机，无人飞艇等。固定翼无人机有弹射和跑道起飞两种方式，回收方式有降伞回收和撞网回收，要求有一定范围内的空旷场地。多旋翼无人机和无人直升机通过旋翼在静止空气和相对气流中产生向上的力，操纵自动倾斜器可产生向前、后、左、右的水

5、平分力，对于场地的要求较小。无人飞艇依靠空气浮力，实现起飞，对场地要求也较小。地针对不同的应急需求，采用不同的飞行器。对于地质灾害灾情勘察，主要是为了勘察灾情现实性信息，获取灾区的应急影像图，通常使用固定翼无人机以及多旋翼无人机。对于森林火灾预警，由于灾区范围的不确定，需要飞机进行盘旋勘察，通常采用多旋翼无人机和无人直升机。对于大型活动的应急保障和群体事件监测，作业范围较小，但要求飞行器有悬停能力，通常采用无人直升机和无人飞艇。对于城市应急测绘，飞行作业时间相对较长，载荷较重，通常使用无人直升机。 2.2 航摄传感器无人机航摄传感

6、器包括光学相机、红外传感器、视频摄像机、机载雷达等。光学相机获取灾区在可见光波段的影像信息，主要用于制图、变化检测等，也是现阶段应急工作中使用最多、技术手段最为成熟的传感器。红外传感器包括近红外和中红外波段传感器，近红外波段传感器主要是获取夜间和阴天等环境中的灾情信息，而中红外波段传感器主要是获取高温信息，主要用于火源探查、火情监测等。视频摄像机主要是获取作业区域实时/近实时信息，主要用于大型活动安保、群体事件监测、城市应急救援等，是提供实时地理信息服务，实现动态测绘、实时测绘、动目标精确测绘的主要传感器。机载雷达对地表具有一定的

7、穿透能力，且作业条件限制小，能实现全天候、全天时观测，在洪水、内涝淹没区域水下地形探测中具有明显优势。2.3 地面控制站地面控制站的主要作用是实现对无人机的飞行控制，进行航线设计，上传飞控数据，接收无人机下传的飞行器飞行数据以及传感器获取的数据。在常规的无人机航摄中，地面控制站接收主要是无人机的飞行器数据。传感器获取的数据一般是存储在航摄传感器自身携带或者配置的存储设备中，飞行结束后再进行数据处理。而在某些应急航摄中，如大型活动应急保障和城市应急测绘，要求实现影像、视频数据的实时处理，对于地面控制站有了更高的要求。控制站要进行影像

8、、视频数据的快速编码压缩，达到实时/近实时通信，不仅要提高硬件的处理速度，也要在软件的算法上进行改进。2.4 数据处理系统数据处理系统是实现影像、视频数据向决策信息转化的关键。无人机航摄传感器一般采用CCD和CMOS感光元件，且航高低，获取的数据具