无人机在应急测绘领域运行模式探讨

2017-07-04王军华中航科工智绘航空科技有限公司

无人机 2017年11期

王军华(中航科工智绘航空科技有限公司)

针对目前国家应急测绘保障能力建设对无人机在应急测绘领域的建设需要，为达到快速高效的服务响应，本文从需求、装备、队伍建设、运行费用、具体方案等多方面进行综合分析，从中找出最优化的满足用户需求的运行模式。

目前，我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，灾害种类多，分布地域广，发生频率高，造成损失重。全国各省市（地区）均受到不同程度自然灾害的影响。近20年我国因灾害造成的直接经济损失占国内生产总值（GDP）的2.5%，平均每年约有20%的GDP增长率因自然灾害损失而抵消。据预测，今后10年，我国大陆将面临多次7级以上的强震威胁。而我国70%以上的城市和50%以上的人口分布在重大自然灾害频发地区，我国今后需要处置的各类应急突发事件将会异常复杂、艰巨，对应急突发事件测绘保障服务需求十分迫切，任务十分艰巨。

2012年6月印发了《国家航空应急救援体系建设“十二五”规划》（简称“航空应急规划”），根据国家应急规划要求，在充分利用各部门已有应急测绘装备基础上，统筹规划国家应急测绘保障能力建设。重点加强固定翼无人机在航空应急测绘、应急现场勘测、影像快速处理、多源数据集成、应急快速服务、应急地图快速制印、应急测绘调度、应急数据传输、应急测绘资源共享等方面的建设内容。将国家应急测绘响应时间提高3～4倍，具备起飞后3h可抵达我国60%以上陆地及沿海区域、4h可抵达80%陆地及沿海区域的现场影像获取能力，实现突发事件“第一时间”现场信息快速获取、分析、处理与高效服务。如何达到快速高效的服务响应，就需要从需求、装备、队伍建设、运行费用、具体方案等多方面综合分析考虑，从中找出最优化的满足用户需求的运行模式。

本文主要基于固定翼无人机在航空应急测绘领域运行模式进行探讨。

运行能力的需求分析

应急测绘载荷应该满足“三全”要求

根据国家航空应急测绘能力规划，将在青海西宁、新疆乌鲁木齐、西藏拉萨、黑龙江哈尔滨、云南昆明、广西南宁、陕西西安、浙江杭州、江苏南京、湖北武汉建设10个应急测绘中心。地理位置上基本覆盖了我国全境；各地海拔高度差异大，气象条件复杂多变。因此，应急测绘需要满足“三全”要求：（1）全天时。全天24h随时能够应急出动。（2）全天候。适应各地区大多数的恶劣天气，能够应急出动，要求应急出动能够应对白昼、多云雾、中等雨雪、中等强风等天气开展测绘。（3）全国境。适应全国大多数地形地貌云下低空飞行（山地多云）、高低温环境（-45～55℃）飞行的应急测绘能力。

飞行平台要具备“六项能力”

与之相应的飞行平台，也要满足相应的“六项能力”（简称“六能”）：（1）带得动。针对“全天候”应急测绘要求，需要多种测绘载荷同时装载，飞行平台要能够满足测绘载荷的重量、体积和电功率等需要。（2）集成好。多重载荷同时装机，飞行平台要能够集成所需导航数据、数据传输、测绘控制、应急管理等功能，确保按要求进行测绘。（3）出得去。飞行平台要能够“全天时、全天候”出动，特别是适应大多数恶劣天气，及时、安全出动和飞行。（4）看得清。飞行平台要能够适应云下低空、近地复杂地形等不利环境的飞行，能够服从地面控制指令灵活调整测绘航线，为临时任务、高分辨率、无遮挡等应急测绘创造时机、条件。（5）传得回。在远程、山区等地区低空测绘，所获测绘数据要能够实时传回地面，至少传回快视图。机载影像数据能够高质量记录带回。（6）回得来。飞行平台具备长时间飞行能力，飞机系统发生严重故障后，地面能够遥测识别或处置，具备自动应急返航着陆、迫降能力。

全套装备要好用易用且好维护好维修

应急测绘无人机系统和测绘载荷需要满足以下要求：（1）好用、易用。应急救援飞行，要求无人机装备技术成熟、性能稳定，能够及时出动。要求地面人员实时获得飞行参数、有效控制飞行。同时，要求飞行操作简单易学，降低对操作人员的难度要求，培训方案易于实施。（2）好维护、好维修。无人机系统应具备自动检测性能，日常维护具有规范的指导，维修操作简易。定期和大多数应急维修能够在现场完成。

运行能力要能够长期并有效运行

实现应急测绘需要构建适合的运行机制，主要包括以下几点：（1）长期运行。运行方案应满足常态化、长期运行的需要，能够为日常运行提供“造血机制”支撑。（2）有效运行。运行方案应规划设备、场地、空域、队伍、资金、预案（应急、训练）、体系（当地救援组织）等条件，运行方案应处于常态化运行状态，确保“平战转换”可行。

应急测绘装备的解决方案

应急测绘载荷方案

为满足应急测绘“应急出动，多种任务”的需要，制定同时集成多种影像获取设备的组合方案。可全天时全天候有效工作，具备响应速度快，环境适应能力强，机动灵活，战时能应急，平时能测绘的特点。

飞行平台方案

目前国内已有的固定翼无人机系统已具备“三全”和“六能”的优秀飞行性能和高海拔机场起降性能，全系统集成技术成熟，没有发生过重大飞行事故。能够满足搭载的任务载荷的重量、体积、电功率以及数据链、飞行管理等所需的全部要求，并能通过集成测试。

同时还满足在风速30m/s的气象条件下正常飞行，飞行控制系统采用三余度设计，安全可靠。具备程控、遥控，半程控飞行模式，可随时修改并重装航线，具备自动起飞和着陆，自动复飞，一键自动返航，严重故障自动待机并返航着陆等功能，易学易用。

使用和维护维修分析

目前国内现有的应急测绘无人机系统的软件、硬件基本是国产和自产，设计和生产技术成熟，不受国外元器件限制，生产线完整齐套，能满足批量生存需要，维护维修的配件备件供应快捷、有保障，维护成本低，每套无人机系统提供必要的随机备件，能够保障无人机系统及组合载荷的正常运行、较高的出勤率和任务成功率。配备有使用和维护维修的成套技术手册资料。

培训、维护维修方案也要做到切实可行。国内企业已有的经验可以移植或借鉴到应急测绘。

应急测绘适用的分析

今年出台的《关于促进通用航空业发展的指导意见》提出到2020年全国注册的通用机场数量达到500个，进一步开放低空空域到3000m，简化飞行审批申请。目前，各地方建设通用航空机场的热情高涨、建设速度快，能够为无人机应急测绘提供有力条件。此外，争取得到各地“应急办”、地方测绘部门和测绘企业为应急测绘提供支持；应急测绘无人机系统落户地方后，除了保证应急测绘，还能够发挥优秀的大比例尺测绘服务功能，为构建“造血机制”和“平战转换”创造条件。

机场和维修条件

目前国内民用机场分布广泛，应急测绘可以联合企业、用户单位和政府部门等资源，利用已有的民用机场和空域，方便应急测绘中心建设，便于制定运行及维修预案。

应急测绘队伍的结构方案

基层救援中心运行维护队伍结构

按照“满足应急强度、一岗多责”的原则，每个救援中心的救援任务运营维护队伍按照飞行岗位需要可自主配备，人员数量根据无人机及其飞行要求确定。主要应该包含：中心领导，负责组织管理、任务协调；飞行指挥，负责日常和应急飞行指挥，可由中心领导兼任；市场人员，负责测绘任务实施方案、航管等保障和协调；财务人员，负责财务核算；飞行岗位操作手，负责飞行任务中的各项飞行操作；机务人员，负责飞行前装拆和性能检查、日常维护和维修。

（左）我国应急测绘能力建设的分布情况。

（右）我国民用机场布局规划分布图。

能力共享体系的能力

借助应急测绘无人机系统具备的远程数据链通行能力，加上地面的光纤网络，可以将全国各地配置的无人机系统联网，实现相互协助/协作。其中，测绘影像数据处理的关键人员、专家和设备可以集中在几个网络节点建设，避免各地布点。开展应急救援时，通过网络进行实时的专家会诊、数据集中处理。特别是，作为全国的救援体系，为保障应急救援所需的维修保障，可以采购储存多架应急测绘无人机系统的常用备件，集中在某地作为应急备件周转保障，可节省采购资金。

运行费用测算方法

运行费用测算可以从无人机年度运行费用和每架次运行费用进行测算。对年度运行费用和每架次运行费用包含的项目进行细化。其中，飞行费用分别按日常训练和应急出动的规模测算，人员规模按照应急出动的需要测算。可参考民航局有关收费标准，但实际情况的收费项目较多、较高，实际测算中应当适当考虑。

如果每年的飞行架次少，各项费用摊销少，每架次运行费用将会偏高。但如果增加年飞行数量，可以降低该费用。

运行模式解决方案

模式一

由基地测绘地理信息部门，结合测绘事业单位分类改革和人员分流工作，在编制内调配人员,自行组建应急测绘中心队伍，独立负责系统的管理和运行。前期由无人机企业负责培训和技术保障，在队伍完全掌握系统运行及维护技术后由中心独立开展工作。主要优点有：（1）人员由事业编制调剂解决，基本经费有了保障，并保持了与省局的行政隶属关系。（2）有利于各省测绘地理信息部门对中心所覆盖地区的应急测绘任务和基础测绘业务统筹规划，将1万以上的大比例尺地形图纳入国家和省级基础测绘管理，增强了测绘地理信息部门的工作职责，提高了为政府、为市场的服务能力。（3）实现了由测绘地理信息部门统一向政府提供多种遥感影像和数据，基本满足该地区社会发展和经济建设对遥感信息的需求。（4）实现遥感影像数据在该地区的统一规划，做到影像数据统一获取，统一提供，避免重复航摄，重复投资，为政府节约资金。

但是，该模式也存在着一些缺点，主要有：（1）受客观条件制约，难以深入规划系统能力建设的措施和需求。（2）难以克服体制弊端，队伍松散，工作效率低下，运行成本增高。（3）缺乏技术创新的大氛围，容易脱离技术和服务创新。

模式二

由应急测绘中心将系统交由无人机企业使用维护，并向其购买运行和维护服务，自己不建队伍。主要优点有：（1）测绘地理信息部门没有建队伍的负担。（2）系统可以迅速投入运行，发挥作用。（3）发挥了企业人才、技术和设备专长优势，系统运行高效。（4）测绘地理信息部门可以侧重应急测绘和平战结合的规划。（5）系统产权明确，便于升级换代。

主要缺点为：（1）测绘地理信息部门对企业队伍的管束能力弱。（2）企业难以协调与地方的关系。（3）难以最大发挥系统能力，实现平战结合。（4）企业容易受利益驱使难以开展大协作。

模式三

由当地政府、测绘地理信息部门、企业共建应急测绘中心。可根据政府制定的本地区社会发展和经济建设规划，统筹协调各地区、各部门对地理信息的需求，进一步做出地理信息获取、使用的中长期规划和年度计划，并列入省级财政预算，下达省测绘地理信息部门执行；测绘地理信息部门根据政府下达的规划和计划，制定详细具体的实施计划，以任务或项目形式下达（或合同或模拟租赁）给企业。以合同形式承包或租赁给应急测绘企业，独立运行；应急测绘企业按计划或合同，可与当地测绘企业合作，完成省测绘地理信息部门下达的应急测绘任务和平战结合项目，并承担系统安全责任。应急测绘企业在完成省测绘地理信息部门下达的任务和项目的前提下，可自主参加一些市场的遥感项目竞标，以补贴运行费用不足问题。

该模式的主要优点有：（1）把国家应急测绘任务，当地社会发展和经济建设对遥感的需求，基础测绘业务三者紧密结合起来。（2）推动地区地理信息数据库建设，强化了测绘地理信息部门工作的公共服务性，推动本地区大数据发展；实现地区测绘地理信息工作与政府工作统一安排，统一规划，统一航摄，统一提供成果。（3）发挥企业的作用，利用好计划与市场优势，为政府、为市场搭建了一个高层次、全覆盖的地理信息服务大平台。