近年來，我國自然災(zāi)害處于多發(fā)、頻發(fā)的分布態(tài)勢，極易出現(xiàn)事發(fā)區(qū)域斷路、斷網(wǎng)、斷電（后簡稱“三斷”）等極端且突發(fā)情形，從而嚴(yán)重影響現(xiàn)場應(yīng)急指揮決策與救援實施工作的開展。無人機(jī)以其靈活機(jī)動、操控方便、傳感器豐富等優(yōu)勢特性為應(yīng)急場景下超視距災(zāi)情偵察提供了一種全新視角。

目前，最常見的無人機(jī)應(yīng)急作業(yè)模式是通過無人機(jī)多機(jī)實時回傳視頻至指揮中心后輔助現(xiàn)場指揮決策；然而，回傳的視頻流缺乏精確的空間位置信息，較難實現(xiàn)災(zāi)害區(qū)域的精準(zhǔn)定位與定量分析，從而導(dǎo)致應(yīng)急決策的不及時、不精準(zhǔn)、不高效。

如何能在“三斷”環(huán)境下解決快速獲取災(zāi)害現(xiàn)場的“第一張圖”已成為應(yīng)急指揮救援向信息化、智能化、精準(zhǔn)化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵性難題。

專為極端應(yīng)急環(huán)境而制：無人機(jī)視頻實時建模解決方案

應(yīng)急場景下的無人機(jī)視頻實時建模的解決方案（后簡稱“聯(lián)合方案”），直擊高原、高寒及“三斷”極端條件下無人機(jī)高效作業(yè)、實時二三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)等技術(shù)難題，讓無人機(jī)在航飛過程中“邊飛、邊傳、邊建”，實時生成災(zāi)情現(xiàn)場正射影像圖、數(shù)字地表模型、實景三維模型，補(bǔ)齊應(yīng)急指揮救援“第一張圖”的實戰(zhàn)短板，加速推進(jìn)應(yīng)急救援信息化工作，提升應(yīng)急指揮的實時性、科學(xué)性，提高應(yīng)急救援的響應(yīng)速度。

聯(lián)合方案專為極端氣象與復(fù)雜性地形環(huán)境和“三斷”實戰(zhàn)場景下實時獲取災(zāi)情現(xiàn)場關(guān)鍵場景量身而制。方案由CW-100應(yīng)急通信偵察無人機(jī)系統(tǒng)（衛(wèi)通+光電吊艙+公網(wǎng)基站/PDT基站+寬帶自組網(wǎng)）、實時建模移動工作站（鷹眼實時建模軟件+移動建模算力重建農(nóng)場便攜版+野外電源）組成，可滿足超視距災(zāi)情實時回傳、超視距通信保障、超視距災(zāi)情實時偵測，滿足從視頻流到實時生成應(yīng)急“第一張圖”（實時正射影像、實時實景三維模型）的特殊需求。搭配由大勢智慧自主研發(fā)的“極速實景三維瀏覽器”DasViewer，可以讓應(yīng)急救援指揮現(xiàn)場實時看見到不止是視頻流，更是能夠丈量的運籌帷幄。

超視距災(zāi)情實時回傳

CW-100應(yīng)急通信偵察無人機(jī)系統(tǒng)（后簡稱“無人機(jī)系統(tǒng)”）可跨越復(fù)雜地形進(jìn)行大范圍、遠(yuǎn)距離、“三斷”場景下的通信保障，實現(xiàn)超視距災(zāi)情數(shù)據(jù)實時采集回傳。飛行平臺采用CW-100垂直起降固定翼無人機(jī)，具有巡航時間長、飛行速度快、作戰(zhàn)距離遠(yuǎn)的特點，無人機(jī)系統(tǒng)同時搭載衛(wèi)通、光電吊艙、公網(wǎng)基站/PDT基站、寬帶自組網(wǎng)多種設(shè)備，應(yīng)用于應(yīng)急通信、偵察監(jiān)測、災(zāi)害救援等任務(wù)領(lǐng)域。

超視距通信保障

在極端情形下，超視距通信的保障將是連接空中采集作業(yè)與地面算力中心、指揮中心的關(guān)鍵一環(huán)。利用地面分布式組網(wǎng)、空中中繼、衛(wèi)通小站等通信保障方式，在無運營商通訊條件時保障監(jiān)控數(shù)據(jù)實時回傳，完成無人機(jī)視頻監(jiān)控的通信設(shè)備跨越復(fù)雜地形進(jìn)行大范圍和遠(yuǎn)距離通信的需求。主要用的設(shè)備有：地面控制和高清圖傳接收設(shè)備一體化的GCS-303便攜式地面指控站，地面基站可選配ZT202轉(zhuǎn)塔或GCS1000D。也可根據(jù)業(yè)務(wù)需要選擇VCS-100無人機(jī)應(yīng)急指揮車作為地面指控系統(tǒng)。

超視距災(zāi)情偵測：從視頻流到實時實景三維建模

超視距災(zāi)情偵測由實時建模移動工作站完成，通過鷹眼實時建模軟件搭載重建農(nóng)場便攜算力接收無人機(jī)實時回傳視頻并進(jìn)行實時二三維建模，實現(xiàn)災(zāi)情現(xiàn)場正射影像圖（DOM）、數(shù)字地表模型（DSM）、實景三維模型的實時輸出，讓應(yīng)急救援一線人員現(xiàn)場實時獲取高精度、高準(zhǔn)確度的二三維場景數(shù)據(jù)，實現(xiàn)偵測一體。

聯(lián)合解決方案中鷹眼、重建農(nóng)場便攜算力進(jìn)行實時二三維建模主要采用的關(guān)鍵技術(shù)包括：視頻流與空間位姿的精確融合、實時增量式精確空三、快速實景三維建模策略、野外穩(wěn)定算力保障。

CW-100應(yīng)急通信偵察無人機(jī)系統(tǒng)實時回傳的視頻數(shù)據(jù)為全動態(tài)視頻數(shù)據(jù)（將視頻數(shù)據(jù)和相關(guān)元數(shù)據(jù)組合成一個視頻文件或視頻流），采用無人機(jī)系統(tǒng)自研配套的流媒體SDK即可獲取視頻中的每一幀影像及其對應(yīng)的元數(shù)據(jù)信息（即影像拍攝時刻的位姿外參信息），實現(xiàn)視頻流與空間位姿的精準(zhǔn)匹配。實時增量式精確空三基于大勢智慧全自主的立體像對空三計算算法，對于實時回傳的視頻流數(shù)據(jù)同步進(jìn)行計算。隨著實時回傳數(shù)據(jù)量逐步增加，地物影像信息增多，通過多次整體空三計算，可精準(zhǔn)還原拍攝時刻影像的位姿。

為了保障實時三維建模高效穩(wěn)定，鷹眼創(chuàng)新推出快速實景三維建模策略，通過糾正影像、內(nèi)參數(shù)據(jù)、空三文件覆蓋原始影像的方式進(jìn)行高效實時建模，進(jìn)而減少GPU、SSD、CPU、內(nèi)存之間細(xì)碎文件的反復(fù)讀寫。為進(jìn)一步支撐野外應(yīng)急算力，聯(lián)合方案采用打造的“移動式實景三維數(shù)據(jù)中心”重建農(nóng)場便攜版，滿足鷹眼集群運行環(huán)境要求，從而為二三維重建提供穩(wěn)定且高效的算力保障，消除算力在無穩(wěn)定電源支撐情況下自動降頻問題。

地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)用保障

為提升應(yīng)急現(xiàn)場地理信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用率，鷹眼實時建模軟件將數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)生產(chǎn)做到同頻，以“邊飛、邊傳、邊建”的作業(yè)模式實現(xiàn)正射影像（DOM）的實時生成，確保應(yīng)急指揮現(xiàn)場實時獲取災(zāi)害現(xiàn)場真實而直觀的地形、地貌、地物，以及道路交通、周邊環(huán)境等地理環(huán)境信息；

與此同時，由鷹眼實時生成的數(shù)字表面模型（DSM）可對災(zāi)害現(xiàn)場地形進(jìn)行數(shù)字化模擬，便于指揮中心人員迅速了解包括高程在內(nèi)的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等因子在內(nèi)的線性和非線性組合的空間分布。

從視頻流到可丈量的模型，鷹眼將實時建模做到“極致”，在滿足實時、極速的更新現(xiàn)場災(zāi)害信息的同時，所生產(chǎn)的模型測量誤差優(yōu)于10cm，有效保障現(xiàn)場指揮與工作人員實時、極速查看現(xiàn)場災(zāi)害信息、高效多頻次更新災(zāi)害信息、直觀清晰的開展救援統(tǒng)籌、線路規(guī)劃、災(zāi)害預(yù)防、災(zāi)后重建等應(yīng)急工作。

應(yīng)急實戰(zhàn)現(xiàn)場：視頻實時三維建模驗證

經(jīng)過實戰(zhàn)考驗，在大高差、高海拔惡劣環(huán)境下，無人機(jī)視頻實時三維建模解決方案有效克服了數(shù)據(jù)采集作業(yè)中爬升坡度大、續(xù)航時間長、荷載重量大和數(shù)據(jù)傳輸過程中“三斷”環(huán)境下算力降頻、建模難度大等客觀性挑戰(zhàn)，并以鷹眼搭載移動建模工作站（重建農(nóng)場便攜版）進(jìn)行了自動化實時視頻三維建模驗證，突破了視頻流數(shù)據(jù)空三提點難、三維Mesh構(gòu)網(wǎng)難、紋理映射錯位模糊等各個技術(shù)難點，第一時間為應(yīng)急現(xiàn)場提供了真實、精確、多元的二三維空間信息數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場實時建模參數(shù)說明：

作業(yè)區(qū)域：從起飛點到偵測點所覆蓋的區(qū)域。

超視距災(zāi)情偵測與實時回傳無人機(jī)：采用兩架CW-25E，一架CW-25E搭載雙光吊艙作為偵察任務(wù)機(jī)，實現(xiàn)對地面的實時圖像偵測。一架CW-25E作為通信中繼無人機(jī)，將任務(wù)機(jī)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈中繼回傳至地面，起飛海拔3663米。

超視距通信保障設(shè)備：地面采用ZT202轉(zhuǎn)塔地面站系統(tǒng)，作為無人機(jī)與指控終端的數(shù)據(jù)傳輸通道，實現(xiàn)無人機(jī)實時飛行數(shù)據(jù)和載荷視頻數(shù)據(jù)的下行接收及指控終端控制指令的實時發(fā)送。

測區(qū)面積：226451.43平方米；

原始視頻分辨率：1080P；

實時三維建模時間：15分47秒；

實時建模軟件：鷹眼；

移動建模工作站：重建農(nóng)場便攜版；

結(jié)合應(yīng)急業(yè)務(wù)場景需求，利用DasViewer軟件可對正射影像、實景三維模型進(jìn)行極速瀏覽、標(biāo)注與空間量測分析等功能，指揮與救援人員可在應(yīng)急現(xiàn)場第一時間輕松獲取災(zāi)害現(xiàn)場精準(zhǔn)空間尺度信息（坐標(biāo)、距離、面積、立方等）；通過指揮大屏在實景三維模型中直觀的地物標(biāo)注，能夠快速展示與突出事發(fā)現(xiàn)場地標(biāo)點、線段、多邊形等重點地物信息，有效降低現(xiàn)場的溝通成本與救援成本，輔助現(xiàn)場更好地制定指揮方案，有序開展救援行動。

聚焦極端環(huán)境下災(zāi)情獲取需求，無人機(jī)視頻實時建模解決方案有效解決了應(yīng)急救援工作中快速獲取現(xiàn)場“第一張圖”難題。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，聯(lián)合方案所生產(chǎn)的實景三維模型成果可達(dá)到應(yīng)急管理部科技和信息化司對實時三維模型要求，同時在實戰(zhàn)任務(wù)中，成果做到了地形、地貌可判讀、空間信息可量測。該方案實時還原災(zāi)害二三維場景，直觀監(jiān)測災(zāi)害場景態(tài)勢變化，為應(yīng)急救援場景下無人機(jī)超視距災(zāi)情偵測開辟了一條可落地、可復(fù)制、可推廣的技術(shù)路徑，加快推進(jìn)應(yīng)急救援“最后一公里”偵察速報、救援保障信息化實戰(zhàn)。