四旋翼无人机在云南应急测绘保障中的应用

四旋翼无人机在云南应急测绘保障中的应用

郑雪丹

保山泰龙（集团）实业有限公司  云南保山678000

摘要：四旋翼无人机是近年来兴起的一种新型无人机，它具备了垂直起飞和静止飞行的能力，与传统的四旋翼无人机不同，它可以在恶劣的天气条件下自由飞行，并且具备一定的机动性和实时性。鉴于此，本项目拟基于四旋翼无人机系统在鲁甸“8.03”及沧源“3.01”两次大地震中的实际应用，通过四旋翼与固定翼的联合，实现多水平的协同、协同工作，确保灾害发生后能够在最短的时间内获得高分/高精度的卫星图像，提升云南省的应急救援支撑水平。

关键词：四旋翼无人机；云南省；应急测绘保障

引言

随着科学技术的进步，以无人飞行器为载体的数字化航空摄影具有其特有的优越性。无人驾驶飞机对场地的要求不高，起降方式简单，操作灵活，成本低，不会受到天气的影响，可以24小时工作，深入到一些比较危险的地方，也可以在人类无法到达的地方获得地理信息[1]。在重大工程建设、灾害应急处置、地理环境变化监测、任务区域专题地图绘制以及“数字城市”建设等方面，对提升我国应急测绘保障水平具有重要意义。

1、四旋翼无人机概述

云南省地处中国的西南部，印欧板块的东部边缘，其内部结构和新构造运动异常剧烈，是我国地震频发地区之一。地质灾害严重影响了地区的社会发展，对人民生活和生产造成了很大的影响。如何有效应对地质灾害，加强防灾减灾工作，减少人民群众生命和财产的损失，已成为我省当前面临的重要课题。2010年8月，云南省基础测绘科技中心装备了DM-150型固定翼无人机，鲁甸发生了2014年的大地震，于是装备了德国Md4-1000型四旋翼无人机航拍系统。从2010年8月份开始，承接了省委、省政府的紧急测绘任务，至今已开展19项紧急任务，包括13起地震、5起滑坡、1起滑坡。四旋翼无人机是一种轻型、可垂直起飞、可通过四个旋翼旋转速度变化实现对其进行操控的多旋翼远程操控，可实现悬停、前飞、侧飞、倒飞等多种飞行状态，通过改变安装的传感器方式，可获得图像、视频等多种类型的数据。四旋翼无人机对地形没有任何限制，可以在穿越云和下雨的环境中工作，也可以在交通不方便或者没有人去的地方进行作业，而且它比固定翼无人机更加灵活，可以在很短的时间内获得高精度的遥感图像[2]。当出现地质灾害后，四旋翼无人机与固定翼无人机协同工作，实现多层级、多层面的协同工作，确保受灾地区在灾难发生后能够及时获得高分/高精度的遥感图像或高清视频。通过对四旋翼无人飞行器在云南省的抢险救灾工作中的实际运用，介绍了其在航空摄影领域的实际运用。

2、md4-1000四旋翼无人机航摄系统的构成及特点

无人机航空测量是利用无人机作为载体，装载数码相机、相机等数字遥感仪器，利用卫星信息处理等手段，实现图像的实时传送。高精度的卫星遥感信息采集是其最显著的特征。针对某些对空间分辨能力需求较大的场景，采用无人机系统，能够携带多个传感器，实现对高分辨图像的实时传输。无人机体积小巧，成本低廉，培训时间更短，成本更低。该设备维护简单，无需另外租赁存储场所。而且由于是无人驾驶，所以不需要担心人类的安全，所以可以在极端恶劣和极端危险的情况下使用，是一种很高的安全保障。

四旋翼Md4-1000型四旋翼无人机的飞行摄影系统由飞行平台、远程控制系统、飞行控制系统和图像处理系统等部分组成。对于满足紧急测绘任务需求的多旋翼无人机而言，其工作环境的复杂性与严酷性要求是：系统可靠性、飞行安全性、环境适应性、自主导航功能、载荷承载能力最大、航程最长、操作困难最小等。Md4-1000型四旋翼无人机采用自主研发的大力矩低速马达，结合专门的Waypoint自主导航技术，是行业中仅有的一款“黑匣子”型多旋翼无人侦察机。四旋翼无人机在同样的电量和重量下，续航能力更强，而且在同样的质量和发动机的情况下，它的起飞质量更高，承载的负荷也更大[3]。

3、遥感影像的获取与处理

四旋翼（md4-1000）是一种适应性较好、实时性较好的新型无人机，它采用索尼a7r型全画幅微单相机，采用数码摄影测量与机器视觉的相关技术，实现了对小面积、大范围、高精度的立体成像（GSD:0.05米）。

4、典型应用案例

4.1“8.03”鲁甸地震

2014年8月3日16时30分，云南省昭通市鲁甸县(N27.1度，E103.3度）发生了6.5级大地震，震中距震中12公里，是近18年来云南历史上最大的一起强震。这次地震导致多栋建筑坍塌，地基破坏，交通堵塞，给人民生命财产带来巨大的损失。导致在建红石岩水库的两面塌方，会泽县纸厂乡江边村的牛拦江阻塞，影响到江边村5个村委会800多人的生命和财产安全。鲁甸震区地势较高，气候多变，加之牛栏河河谷地区的湿度较大，只有在正午时分，才会逐渐消散，因此，无人机紧急支援部队采用了多个层面的无人机与固定翼的组合，实现了多个层面的协同工作。四旋翼无人机具有较短的飞行范围和定点飞行能力，克服了传统四旋翼无人机受场地、天气、空中管制等因素的制约，灵活机动，实时采集到受灾地区的高分辨遥感图像或高清晰图像，从而解决了当前地震灾害应急指挥中心对地震灾害的急需。针对牛栏江红石岩堰塞湖，采用四旋翼与固定翼的多水平协同工作方式，开展逐日水位观测，获得多时间尺度的高分遥感图像，实现多时相高精度遥感图像的快速提取，提取出各阶段的湖泊面积，提取湖泊面积的数值模式，实现湖泊水体的连续覆盖，实现湖泊面积的自动覆盖，同时结合卫星图像的自动判读，实时检测湖泊的动态变化，直到水位趋于平稳为止。4日13时，无人驾驶飞机在牛栏江红石岩堰塞湖上空2米分辨率的卫星图像，为受灾地区提供了第一手的高分辨遥感数据。本项目拟以4-16日为研究对象，采用四旋翼（1659km）进行13次空中作业，获得900平方公里（>0.2米）的高精度遥感图像，5台四旋翼无人机采集的视频数据，为防灾减灾一线指挥人员提供必要的科学依据。

4.2“3.01”沧源地震

云南省临沧市沧源佤族管理区（N23.5度，98.9度），震级为5.5，震中距1km，距震中约1公里。地震的震央在沧源佤族自治县的芒卡镇莱片村，与缅甸的果敢、佤邦相邻，与国家界线直线距离只有2.5公里。这个时候，缅甸政府和果敢联军发生了矛盾，中缅边界也是一个非常重要的时刻，一旦无人机失控从边界飞过，很可能会引起国际争端，造成严重不良影响。针对固定翼无人驾驶机动范围受限的问题，本项目拟利用Md4-1000型四旋翼无人机航拍技术，以芒卡镇、来片村、南景村、南腊村为重点区域，以4架次起飞的方式，采集到8平方公里以上的遥感图像，并将其应用于地震灾区，为我国地震灾区的防灾减灾工作和防灾减灾工作提供科技支持[4]。

5、结语

四旋翼无人机航拍技术为云南应急测绘工作提供了有力支撑，极大地提升了云南省应急测绘的服务水平。通过四旋翼与固定翼两种方式，实现多层级、多层面的协同工作，确保受灾地区能够在最短的时间内获得高分辨遥感图像或者是高清晰的视频，从而为地震灾区的防灾减灾等工作提供科学支撑，为全省各级党委、政府的快速决策与高效处置提供强有力的支撑，可以有效地减轻政府的应急决策与管理工作的风险，将人民的生命和财产损失降到最低。

参考文献

[1]陈笑峰,周兴霞,沈富强,等.无人机原始航片压缩技术在应急测绘保障中的应用[J].测绘与空间地理信息,2022(004):045.

[2]陆双飞,张文照.无人机航测技术在矿山地质灾害应急测绘中的应用探究[J].世界有色金属,2023(11):127-129.

[3]李超,柯尊杰,陈姣.四旋翼无人机在云南应急测绘保障中的应用[J].地矿测绘,2015(3):31-33.

[4]李茂,高利锋,丁圣泽.无人机在应急测绘保障中的应用[J].军民两用技术与产品,2018(24):21-22.