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自然災害具有突發性特點,災害應急救援的關鍵是災害發生后的快速反應。及時快捷的災情信息對于及時制定救援策略,提高救援效率和質量起著至關重要的作用。目前,由于衛星遙感和載人航空遙感在獲取災害信息時受時空分辨率、外界環境和使用成本的影響,其在災害應急救援過程中的作用受到限制。無人機航空遙感系統具有實時性強、機動靈活、影像分辨率高、成本低的特點,且能夠在高危地區作業。
中文名：無人機應急救援
外文名：uav emergency rescue
目錄
背景介紹
無人機概況
無人機航空遙感系統介紹
無人機航空遙感系統在災害應急救援中的應用
?洪澇災害監測評估
?氣象災害監測
?地質災害巡查與防護
?地震災害救援與災情評估
無人機參與應急救援的具體表現
無人機應急救援優勢
現存缺陷及相應解決辦法
意義
背景介紹
我國地域廣博,地質、自然條件復雜,是自然災害頻發的國家。災害發生后,為了提高救援效率和質量,降低災害損失程度,必須實施統一、高效、快速的應急救援。提高災害應急救援效率的關鍵因素是迅速準確獲取災害發生后的災情信息。無人機航空遙感系統具有實時性強、機動快速、影像分辨率高、經濟便捷的特點,且能夠在高危地區作業,非常適合于各種自然災害的應急救援。
近年來，突發災難性事件頻繁發生，嚴重威脅人民的生命和財產安全，同時，也對社會穩定造成了較大影響。因此，加強對突發事件的應急管理，是關系到國家經濟和社會發展全局以及人民群眾生命財產安全的大事。但是，我國應急管理機制尚不完善，預防和處置突發性公共事件的能力也很有限。除了在應急管理機制、體制和法制方面需要加大力度進行完善之外，在國家應急管理體系中引進和裝各一批先進的技術和設各，對提高各級政府的應急管理能力是大有幫助的。其中無人機就是一種不可多得的重要工具。
無人機經過了幾十年的發展歷程，從技術角度看已經比較成熟。其優點是成本低，易操縱，具有高度靈活性，能夠攜帶一些重要的設備從空中完成特殊任務，比如空中監測，空中監視，空中轉信，空中喊話，緊急救援等。在執行特殊任務時，一般不會造成人員傷亡，生存能力強，機動性能好，使用方便，在處理自然災害、事故災難以及社會安全事件等方面能發揮出重要作用。
無人機概況
無人機(unmanned aerial vehicle，簡稱UAV)是一種由無線遙控設備或由程序控制操縱的無人駕駛飛行器。它不需要飛行員在機艙內進行駕駛，飛行過程由電子設備控制自動進行。飛機上不用安裝任何與飛行員有關的設備，這樣就可以有效地節省和利用空間裝載應用設備以完成賦予它的各種任務。無人機與有人駕駛飛機的最大區別是，單純依靠無人機本身是不能完成任何任務的，它需要一套嚴密的控制系統和根據任務需要搭載的應用設各，所以無人機也稱為無人機系統。
無人機最早誕生于1917年，由英國人制造出第一架無人機，至今已有近百年的歷史了。但是無人機的應用則始于20世紀50年代。早期的角色是作為靶機使用，后來逐步用于空中偵察、電子對抗、目標指示等領域。在60年代的越南戰爭和70年代的中東戰爭中，無人機都有重要表現。在海灣戰爭以及北約空襲南斯拉夫的過程中，無人機都曾被頻繁地用于執行軍事任務。
無人機的快速發展和廣泛運用是在海灣戰爭以后。以美國為首的西方國家充分認識到無人機在戰爭中的作用，競相把高新技術應用到無人機的研制與發展上。輕型材料的使用和新的設計大大增加了無人機的續航時間;先進的信號處理與通信技術提高了無人機的圖像傳遞速度;自動駕駛儀能使無人機自動改變高度和航向飛往目標，地面操縱員可以通過計算機根據需要改變無人機的飛行數據。在阿富汗戰爭中，無人機已經能夠攻擊地面目標，其在軍事領域的重要價值越來越清晰地展現在世人面前。
無人機經過了近百年的發展，其產品種類繁多，外形千奇百怪，很難用簡單的語言將其一下子介紹清楚。如果以飛行距離的長短進行分類，有短程無人機、近程無人機、中程無人機和長航時無人機;如果以飛機的外形分類，有微型無人機、小型無人機、中型無人機和大型無人機;如果從軍事用途上進行分類，有靶機、偵察機、干擾機和攻擊機;如果從飛行原理上分類，則有固定翼無人機和旋翼無人機、無人直升機等。
無人機航空遙感系統介紹
無人機航空遙感系統主要由無人駕駛飛行器、飛行控制系統、穩定云臺、任務傳感器、無線通訊系統、數據處理與應用分析系統以及地面控制系統等幾部分組成。
無人駕駛飛行器采用的是無人飛機，其由發動機、舵機、飛行控制單元、無線通訊單元、GPS單元、姿態測量單元、自反饋穩定云臺等部分組成。飛行控制系統包括機載控制單元和地面監控站兩部分。機載控制單元采用模塊化設計,固化到無人飛行器內部;地面監控站實時進行飛行狀態、任務狀態監視與調控。穩定云臺自動監測飛行器的航向、俯仰角、翻轉角,通過三軸自反饋控制平臺,實現任務傳感器基本上保持與地平面平行,基本實現垂直投影(誤差±3°以內)。任務傳感器可以根據遙感任務要求，配備數碼相機、數碼攝像機、紅外攝像儀、高光譜儀等傳感器設備。數據處理與應用分析系統,能夠實時進行視頻圖像和多光譜圖像自動批處理、快速邊緣檢測識別和結構數據量算,實現對監測目標的快速定位、分類、特征參數統計和發展態勢預測以及專題信息提取和制圖。
地面控制系統主要通過無線通訊系統,設置無人機的飛行軌跡,采集無人機的飛行參數,接收、監視無人機所攜帶任務傳感器采集的數據,根據無人機的飛行參數和作業任務,實時調整無人機的飛行姿態和作業任務。
無人機航空遙感系統在災害應急救援中的應用
無人機航空遙感系統可用于資源調查、環境監測、災害應急救援等多個領域。
洪澇災害監測評估
目前，洪澇災害監測方法主要是通過地面上的水文實測站點獲取的水文數據分析整個流域的汛情。這些點上的分布特征，難于形成完整的面上信息。利用無人機航空遙感系統拍攝的災情信息比其他常規手段更加快速、客觀和全面。其主要應用包括：
(1)利用航拍結果，進行對比分析，詳細分析汛情的發展，研究汛情的變化情況，把握汛情現狀和發展趨勢。
(2)在航片上提取洪水范圍，評估災害損失情況。
(3)結合地形數據可以確定水位和水深，結合土地利用數據庫可以確定不同的土地淹沒類型和面積。
氣象災害監測
利用無人機航空遙感系統提供的災情信息和圖像數據可以進行災害損失評估與災害過程監測，估計災害發生的范圍，準確計算受災面積及其災害損失評估。對于雨雪、冰凍災害可以對低溫的發生強度以及低溫冷害的分布范圍實施實時動態監測，并且能夠迅速地研究低溫冷害發生發展的一般規律，為相關部門及時采取有效救災措施提供及時全面的信息。
地質災害巡查與防護
我國是地質災害最為嚴重的國家之一。無人機航空遙感系統提供的地質災害區圖像包括地質、地貌、土壤、水文、土地利用和植被等信息，這些信息構成地質災害災情評估的基礎數據，對于提高該區域地質災害管理和災情評估的科學性、準確性和有效性非常重要，而且可以大大提高減災、抗災、防災的效率和現代化水平。對于山體滑坡和泥石流等重大地質災害，可以分析災害嚴重程度及其空間分布，幫助政府分配緊急響應資源，快速準確地獲取泥石流環境背景要素信息，而且能夠監測其動態變化,為準確的預報提供基礎數據。
地震災害救援與災情評估
地震具有突發性和強破壞性的特點，地震災害的救援過程中，情報的時效性非常關鍵。地震發生以后，必須快速掌握地震災害早期綜合情報，快速調查清楚地震災害造成的損失，以便迅速準確地制定救災決策和實施措施，把災害造成的損失減少到最小。但是，由于震后通訊、交通中斷、而且，地震后往往余震不斷，采用常規手段無法快速了解災情信息。
無人機航空遙感系統可以快速獲取地震災區信息，利用其搭載的傳感器真實記錄災區地球表面的自然地貌、人工景觀以及人類活動的痕跡，能夠準確客觀、全面地反映地震后災區的全面景觀，為震害調查、損失快速評估提供科學依據，而且可以確定極震區位置、災區范圍、宏觀地震烈度分布、建筑物和構筑物破壞概況以及急需搶修的工程設施等，以便為震后速報災情、快速評估地震損失、救災減災提供決策。
無人機參與應急救援的具體表現
1. 實現快速響應，在第一時間到達現場，迅速展開作業
小型無人機只有幾千克或十幾千克，依靠遙控器或手提電腦就可以對其進行操控。裝備該類無人機的小分隊只需2—3人就可以完成任務。即使在道路被毀的情況下，徒步也可以到達事故現場。一架未組裝起來的無人機，有的僅有一個標準行李箱那么大，放在汽車或飛機上就可以很方便地攜運。有些無人機的起飛條件很簡單，在汽車上就可以彈射起飛。尤其是無人直升機的起降，有塊幾平米的平地就行。
無人機不僅能夠有較快的反應能力，而且對環境和氣象條件有較強的適應性，在這方面比有人駕駛飛機更優越。例如：參加“4·20雅安地震”救援的易瓦特無人機能在6級風下完成飛行任務，受陰、雨、霧等天氣條件的限制比有人駕駛飛機要小得多。飛機可超低空作業，受天氣條件的限制非常小，但是獲取地面影像的速度非常快。
2. 采集現場數據，迅速將現場的視、音頻信息傳送到指揮中心，供指揮者進行判斷和決策
無人機通常配置的基本設備就是多媒體采集系統，負責完成視、音頻數據的采集，通過無線傳輸方式，傳輸到地面的接收機。其機載攝像機能夠對視頻數據進行編碼壓縮，以圖像方式把視頻數據送回指揮中心。如果配置高清晰度的數碼攝像機，能夠對現場進行高質量的視頻采集以及音頻的實時采集。
無人機能方便地使用攝像機、熱像儀等各種載荷。即使是普通的民用級專業數碼相機，也能安裝到飛機的平臺上。配合自動曝光攝影等一系列先進技術，就能自動獲取高清晰數碼照片。通過后期處理，生成的數碼影像和地形圖可為災難評估和災后重建提供可靠的數據保障。在“8·12”天津濱海新區爆炸后現場搶險救災過程中，“EWZ-S8”無人機在第一時間獲取了大量災后詳細影像，為救援提供了可靠的決策依據。
通過對災區或事故現場進行視、音頻圖像采集并及時傳報給指揮中心，能夠使政府相關部門掌握現場情況第一手資料，對情況的分析更加全面、準確，使判斷和決策更加及時、正確，反應更加迅速，各部門以及各類救援人員的協調也會更加充分。
3. 能夠實現通信中繼功能，快速恢復現場局部通信
空中通信中繼是無人機的一個重要用途。當自然災害(如地震、洪水、泥石流、海嘯等)發生時，在一定地域內地面原有的有線、無線通信系統均遭到破壞，此時此地，在最需要通信聯絡的時候信息傳遞就成為一個大問題。而無人機則可以作為一個便捷的通信中繼機，在指揮中心與現場之間搭建一條無形的信息“橋梁”，快速構成一個應急局域無線通信網以解燃眉之急，為救災贏得寶貴時間。
4. 跟蹤事件的發展態勢，幫助指揮中心實施不問斷指揮處理
由于無人機的使用方便快捷，到達現場之后能夠迅速展開，展開之后就能夠不間斷地跟蹤事件的發展，利于指揮中心及時掌握事件態勢。在追蹤事件態勢方面，無人機有大飛機無法比擬的優點。由于其機體小巧，速度容易控制，機動性好，在需要急轉彎時，無人機可以一下子轉過來，大飛機就不行。此外無人機能超低空飛行，適應性更強，相對而言，大飛機在山區飛行就受限制。因、為飛得低，也能看得更清楚。
使用無人機獲取信息的分辨率很高，可以達到0.1米。目前無人機所措載的傳感器一般都采用光學傳感器，夜間使用還受到限制，如果配備紅外或具有夜視功能的系統，其功能就更加強大。
5. 參與救援行動，投擲緊急救援物資
不同的無人機都具有一定的負載能力。可以裝載一定數量的裝備或物資。在危急條件下，可以向被圍困的受難者或處于惡劣環境下以正常手段不能被施救的人投放救援物資或工具，以幫助受固者盡快脫離危險。
6. 在媒介失靈的狀態下，播撒傳單，向受害人傳遞政府施救信息
我國目前正處于經濟社會發展的關建階段，各種社會矛盾不斷涌現，即使是人民內部矛盾也會出現一些新問題，如果處置失當，有可能會出現騷亂、械斗甚至暴亂等影響社會安全的重大事件。當該類事件出現時，由于參加的人群眾多，容易缺乏理智，現場很難控制。必要時可利用無人機播撒傳單，向現場群眾傳遞有關信息，引導群眾配合政府的施救行動。
7. 進行空中喊話，傳遞政府領導者講話，并通過視頻與受害人對話
突發事件具有不確定性，如果在處置過程中不能使用正常的宣傳工具與群眾進行溝通，可通過無人機搭載擴音設備對現場進行喊話，傳達領導人意圖。同時，指揮中心通過無人機直接監視現場情況，必要時也可與其進行對話，以緩解矛盾，控制事態發展。
8. 參與災后重建，提供有關地理及氣象相關信息
事實上，我國無人機在洪澇災害應急監測、太湖藍藻爆發、森林火災監測、大氣臭氧監測以及大型科學試驗中已經發揮了重要作用，也形成了推動無人機技術發展的專業技術隊伍。
無人機應急救援優勢
作為衛星遙感和載人航空遙感不可缺少的補充手段，無人機航空遙感系統應用于災害應急救援有如下優點：
(1)快速的應急響應能力
無人機航空遙感系統體積小、重量輕,運載方便,災害發生后可以快速到達目標監測區域。而且,系統操作簡單、準備時間短,可以在短時間內迅速展開,快速升空,迅速進行飛行、快速成像,搭載的高精度裝備能在短時間內獲得監測結果,實現遙感數據的快速獲取。
(2)緊急情況下的作業能力強
在危險區進行災情調查與評估以及救援指揮,人員往往無法到達或不能前往目標區域,這時無人機航空遙感系統更可顯示其獨特的優勢。
(3)能夠云下獲取數據
無人機航空遙感系統可在云下飛行,彌補了衛星光學遙感和普通載人航空遙感受云層遮擋無法獲取影像的缺陷。
(4)安全作業保障能力強
無人機航空遙感系統,采用自主和地面遙控作業的方式,執行航空遙感任務,回避了飛行人員安全風險。
(5)影像獲取成本低
無人機航空遙感系統的購置、運行成本都大大低于載人飛機,其對場地和人員的要求也比載人飛機低,且日常維護簡單,使遙感數據的獲取成本大大降低。
現存缺陷及解決辦法
目前，無人機航空遙感系統存在的缺陷包括:航線設計時，可使用的航點數較少，加上機載GPS定位誤差較大和偏航等因素的影響，導致每次飛行的有效拍攝面積還比較小;無人機體積小、載重量輕，導致飛行時穩定性差，其獲取的航片變形大;無法使用專業航空相機以及姿態測量儀、穩定平臺等輔助設備，所得圖像的相關參數少，導致后期圖像處理困難，圖像精確度低。
對于上述缺陷，解決辦法包括:提高飛行器的平衡性、穩定性和操縱性，研制出適應不同飛行任務需要的不同型號微型無人直升機;在現有GPS導航基礎上，進一步實現GPS/慣性導航/影像匹配的組合導航方式，提高導航精度。
意義
1. 有利于管理與技術相融合
技術與管理相脫節，是我們國家科技界和實踐界長期以來在應對突發事件的過程中共同面臨的一個難題。“科技應用于減災”，在過去大多數情況下是指網絡或者一般的技術在減災救災上的應用，而在運用技術直接掌握災情信息方面存在很大的局限性。無人機在應對突發事件過程中的運用，是管理與技術相融合的重要開拓，必將使我國的減災救災水平得到飛躍式的提高。
2. 有利于帶動相關產業的發展并擴大內需
低空空間領域所屬的無人駕駛飛機技術是一個國家科技、經濟等方面的重要象征，它涉及到電子、通訊、遙感、控制系統、輕型材料等多項科學技術領域，多年以來西方國家為限制這種產品和技術在中國的發展，對我國采取了全面的技術封鎖和產品禁運。但我國科技人員經過自主創新，掌握了實現本土化工業批量生產的關鍵技術，而且性能達到國際先進水平。如能大力推廣無人機在應對突發事件中的應用，定能帶動低空空間領域高新技術產業的大發展，并對擴大內需產生積極影響。
3. 有利于滿足眾多領域的需求
民用無人機主要搭載可見光攝像機、紅外攝像機、三維激光雷達、航掃儀和熱成像儀、無線中繼轉發設備和用戶特制設備等，這些設備負責完成視、音頻數據的采集，通過無線傳輸方式，傳輸到地面的接收機。其機載攝像機能夠對視頻數據進行編碼壓縮，以圖像方式把視頻數據送回指揮中心。這些，可以極大滿足國家資源管理、環境保護、生態建設等眾多領域的需求。
