摘要：為健全黑龍江省應急測繪保障工作，發揮應急測繪在突發事件中的保障服務作用，減少自然災害給人們帶來的生命和財產威脅，我省不斷加強應急測繪保障能力。無人機航空應急測繪系統作為一種新興的技術手段，可以為各類公共突發事件提供基礎地理資訊資料和技術支撐，是政府指揮決策的依據和保障。長航時固定翼無人機可搭多種載荷，具有良好的氣動設計，可滿足長時間、高航速、遠距離巡航的要求，並作為應對突發狀況的一種應急處理技術手段。本文介紹了長航時固定翼無人機系統的組成結構、功能特點、操作流程和成果形式。透過對實際案例成果的分析，總結出一套最佳化長航時無人機航測的技術引數，為黑龍江省應急測繪保障工作提供參考。
關鍵詞： 基礎地理資訊資料 應急測繪保障 無人機航測 測繪學 長航時固定翼無人機
近年來，隨著無人機航測技術的不斷髮展和完善，無人機在地質災害應急測繪中得到越來越多的應用。2010年以來，黑龍江省測繪主管部門加大了對無人機航測技術的研究，尤其是在應急測繪方面。2016年12月，國家發改委對國家應急測繪保障能力建設專案進行批覆，為黑龍江測繪地理資訊局配備了彩虹-4型長航時固定翼無人機。
本文分析了應急測繪保障任務對無人機遙感的需求，針對長航時固定翼無人機的優勢和特點，對應急測繪保障任務中的應用進行探討，結合彩虹-4型無人機航攝實驗測區例項，闡明瞭其在實際航攝任務中的應用情況，如精度、效率和時效性等。
1、概述
1。1無人機應急測繪任務的需求
當下應急測繪採用的無人機平臺都是小型、短航時的無人機。此種航測技術效果不夠理想，還存在很多問題亟待解決。
1）小型無人機搭載的航攝相機多采用非量測相機，此類相機屬於非測繪專用相機且未經檢定，相機的內方位元素無法獲取精確值，對後期的資料快速處理及精度造成較大影響。
2）小型無人機飛行姿態不平穩。由於其質量輕，抗風能力差，容易受大風氣流的影響。造成相片成果旋偏角、航線彎曲度較大，且對航高和飛行平穩度也有要求。因此，在設計航線時，需加大航向和旁向重疊，影響了作業效率，給後期質量檢查和資料處理造成很大負擔。
3）小型無人機效率低，受動力的限制，航攝時間被嚴重壓縮，無法完成大面積受災區域的航攝任務。
小型無人機重量輕，體型小，抗干擾能力差，飛行姿態易受氣流等外界因素的影響，只能搭載小型感測器，無法進行夜航，拍攝時相機傾角過大、高程精度差等劣勢，制約了應急測繪的發展。
1。2長航時固定翼無人機系統的特點
1）系統具有中空長航時的飛行能力，飛行姿態平穩，機動性、靈活性好，受天氣的影響小，為飛行質量提供保障。
2）系統具有長航時的飛行任務能力，在空域允許的條件下，每架次可飛行6h以上，可面向大範圍大區域航空測繪作業，縮短作業週期，提高作業效率。
3）系統具有搭載大載荷載重任務的能力，每次可搭載多類任務載荷，同步作業獲取多源資料，形成全天侯、全天時的作業監測能力。
4）系統具有強大的通訊能力，具有視距無線傳輸和衛通鏈路備份，可採用機場視距站和使用者辦公場所衛通地面站分佈設計，將災情現場資訊實時回傳至地面站，形成災情現場動態變化遠端監測監控的能力。
5）系統時效性強。突發狀況是不可預測的，需要應急保障系統具有極強的時效性和極高的應急預案響應速度。系統能夠提供時效性較強的影像資料，確保任務及時完成。
6）系統機動性強，便於遠距離運輸，具有較強的快速機動能力，可以保障應急裝備快速到達指定地點。
長航時固定翼無人機應急測繪系統作業方式，如圖1所示。
圖1長航時固定翼無人機應急測繪系統作業方式
2、系統設計及技術路線
根據應急測繪專案需求，長航時固定翼無人機應急測繪系統由無人機飛行平臺分系統、任務載荷分系統、綜合保障分系統、指揮控制分系統及運輸裝置分系統組成（如圖2所示）。透過視距及衛通資料鏈有機地將任務載荷、指揮中心連線形成一套應急測繪系統，採用視距和超視距鏈路無縫切換，構成“小視距大衛通”鏈路體系。地面指揮控制站分別完成多源資料的實時獲取、遠端控制與傳輸及快速處理，為重、特大突發事件提供現場資訊保障和決策支撐。系統組成如下：
圖2長航時固定翼無人機應急測繪系統組成
2。1無人機飛行平臺分系統
系統由機身、機翼、尾翼、起落架、動力、導航、電器、空管、飛行控制系統組成。
2。2任務載荷分系統
包括航測相機、光電吊艙、輕小型SAR、定位定姿系統（POS）和整合座架，可搭載適宜載荷飛往突發事件或自然災害應急現場。彩虹-4型無人機具有長航時及大載重的特點，可以同時搭載多種任務載荷（高畫質光學、航測相機、輕小型微型SAR、高畫質光電吊艙以及鐳射雷達），完成全天候、全天時的應急測繪任務。
2。3綜合保障分系統
包括航線設計、光學面陣影像、影片、微型SAR資料處理模組。
2。4指揮控制分系統
2。4。1視距機載資料終端
安裝在無人機平臺上，用於接收指揮控制站的指令及向指揮控制站傳送遙測資訊，主要由兩部分組成：
1）L波段機載資料終端
包括全向天線、收發組合、影象壓縮裝置。
2）UHF波段機載資料終端
包括UHF全向天線和收發組合。
2。4。2超視距機載資料終端
安裝在無人機平臺上，透過衛星通訊天線接收和發射訊號，從而實現超遠距離的雙向通訊，確保遙測及遙控資料、任務載荷資料的高速傳輸，主要由衛星通訊天線、衛星功放、定製型衛星綜合業務通訊終端三部分組成。
2。5運輸裝置分系統
包括無人機平臺運輸的集裝箱，提供裝置拆裝工具和儲運固定裝置，提供電磁遮蔽、抗衝擊力、抗震動方艙等。
3、任務流程
長航時固定翼無人機具有大範圍、大載重和整合多工載荷（高畫質相機、微型SAR及高畫質光電、鐳射雷達）等特點，可協同作業獲取多源、多型別的地理資訊資料，透過視距和超視距衛星通訊線路無縫切換，實時傳輸高畫質影像及影片至地面指控站，並與由三維平臺數字地球構建的災情實時資料服務系統，形成應急救災監測技術體系，為突發事件應急處理及應急救災決策提供高效的地理資訊資料服務保障。基於彩虹-4型長航時固定翼無人機應急測繪流程（如圖3所示）如下：
圖3應急測繪的任務流程圖
1）災情發生後，接到航空應急飛行任務指令，應急準備並啟動應急飛行任務；
2）無人機搭載適宜的任務載荷（光學面陣感測器、輕小型SAR及光電吊艙）飛往突發事件或自然災害應急現場，實現全天候、全天時的航測任務；
3）由視距鏈路指揮控制（200km內）無人機飛行作業；
4）超視距鏈路控制（超出200km）無人機飛行作業及獲取資訊傳輸；
5）獲取航空遙感資料用於後期地面處理，形成應急災情現場重點區域一張圖；
6）實時回傳影片資訊至機場基地和應急中心，用於分析應急現場災情，指導應急救災；
7）無人機落地後完成資料複製及地面快速處理，製作災情現場影像圖，提供用於救災決策的影像資料支撐；
8）將資料處理的影像成果和原始資料傳輸回用戶應急中心，為應急災情指導及備案存檔，形成災情現場第一手資料，為災後重建工作提供基礎地理資訊資料。
4、系統應用情況
透過實際的作業案例，獲得系統應用引數和技術指標如下：
1）航測相機
成果資料在符合飛行質量要求的情況下，滿足1∶2000地形圖規範要求。10GB影像快速拼接時間小於1h。
2）輕小型SAR
全極化16位偽彩色RGB影像，在條帶模式下解析度優於0。5m，聚束模式下解析度優於0。15m。成像與處理效率90G/h，快速拼接和正射處理效率110G/h，平面精度優於7。5m。
3）光電吊艙資料處理能力
平面位置精度優於50m，500張關鍵幀影像快速拼接時間小於1h。
4）作業效率
載荷重量可達345kg，正常起飛準備時間小於1h，二次起飛準備時間小於0。5h，巡航速度為150—230km/h，續航時間在30h以上，巡航高度為1000—5000m。可獲取2。5—50cm解析度的影像資料，作業效率可達20—500km2/h。攝影測量軟體可完成原始資料的空中三角測量建模和計算、相對定向和絕對定向及勻色鑲嵌成圖，其中，10cm處理時間為91min，20cm解析度處理時間為52min。
5）飛行狀態
彩虹-4型無人機具有中空長航時的飛行能力，飛行姿態基本在-2°—+2°之間變化，飛行姿態平穩。
6）精度情況
透過已有參考資料進行機上實時處理，平面精度優於10m；使用航測軟體結合參考資料對原始資料進行攝影測量處理及空中三角測量建模計算，並進行檢查點殘差計算。其中，10cm解析度正射影像的整體中誤差小於0。8m，平面誤差小於0。64m，高程精度誤差小於1。07m；20crn解析度正射影像整體中誤差小於1。30m，平面誤差小於0。88m，高程誤差小於2。26m。
5、結束語
本文介紹了長航時固定翼無人機系統的組成和特點，航空攝影測量的相關技術及彩虹-4型無人機的應用案例情況。可指導大型無人機航攝任務的開展，促進空間地理資訊資料在應急救援工作中的應用。同時，促進長航時固定翼無人機應急測繪技術在黑龍江省的落地吸收，從而進一步提升黑龍江測繪地理資訊局為政府及行業部門提供測繪應急保障服務的能力與水平。
