無人機在應急測繪領域運行模式探討

王軍華(中航科工智繪航空科技有限公司)

針對目前國家應急測繪保障能力建設對無人機在應急測繪領域的建設需要，為達到快速高效的服務響應，本文從需求、裝備、隊伍建設、運行費用、具體方案等多方面進行綜合分析，從中找出最優化的滿足用戶需求的運行模式。

目前，我國是世界上自然災害最為嚴重的國家之一，災害種類多，分布地域廣，發生頻率高，造成損失重。全國各省市（地區）均受到不同程度自然災害的影響。近20年我國因災害造成的直接經濟損失占國內生產總值（GDP）的2.5%，平均每年約有20%的GDP增長率因自然災害損失而抵消。據預測，今后10年，我國大陸將面臨多次7級以上的強震威脅。而我國70%以上的城市和50%以上的人口分布在重大自然災害頻發地區，我國今后需要處置的各類應急突發事件將會異常復雜、艱巨，對應急突發事件測繪保障服務需求十分迫切，任務十分艱巨。

2012年6月印發了《國家航空應急救援體系建設“十二五”規劃》（簡稱“航空應急規劃”），根據國家應急規劃要求，在充分利用各部門已有應急測繪裝備基礎上，統籌規劃國家應急測繪保障能力建設。重點加強固定翼無人機在航空應急測繪、應急現場勘測、影像快速處理、多源數據集成、應急快速服務、應急地圖快速制印、應急測繪調度、應急數據傳輸、應急測繪資源共享等方面的建設內容。將國家應急測繪響應時間提高3～4倍，具備起飛后3h可抵達我國60%以上陸地及沿海區域、4h可抵達80%陸地及沿海區域的現場影像獲取能力，實現突發事件“第一時間”現場信息快速獲取、分析、處理與高效服務。如何達到快速高效的服務響應，就需要從需求、裝備、隊伍建設、運行費用、具體方案等多方面綜合分析考慮，從中找出最優化的滿足用戶需求的運行模式。

本文主要基于固定翼無人機在航空應急測繪領域運行模式進行探討。

運行能力的需求分析

應急測繪載荷應該滿足“三全”要求

根據國家航空應急測繪能力規劃，將在青海西寧、新疆烏魯木齊、西藏拉薩、 黑龍江哈爾濱、云南昆明、廣西南寧、陜西西安、浙江杭州、江蘇南京、湖北武漢建設10個應急測繪中心。地理位置上基本覆蓋了我國全境；各地海拔高度差異大，氣象條件復雜多變。因此，應急測繪需要滿足“三全”要求：（1）全天時。全天24h隨時能夠應急出動。（2）全天候。適應各地區大多數的惡劣天氣，能夠應急出動，要求應急出動能夠應對白晝、多云霧、中等雨雪、中等強風等天氣開展測繪。（3）全國境。適應全國大多數地形地貌云下低空飛行（山地多云）、高低溫環境（-45～55℃）飛行的應急測繪能力。

飛行平臺要具備“六項能力”

與之相應的飛行平臺，也要滿足相應的“六項能力”（簡稱“六能”）：（1）帶得動。針對“全天候”應急測繪要求，需要多種測繪載荷同時裝載，飛行平臺要能夠滿足測繪載荷的重量、體積和電功率等需要。（2）集成好。多重載荷同時裝機，飛行平臺要能夠集成所需導航數據、數據傳輸、測繪控制、應急管理等功能，確保按要求進行測繪。 （3）出得去。飛行平臺要能夠“全天時、全天候”出動，特別是適應大多數惡劣天氣，及時、安全出動和飛行。（4）看得清。飛行平臺要能夠適應云下低空、近地復雜地形等不利環境的飛行，能夠服從地面控制指令靈活調整測繪航線，為臨時任務、高分辨率、無遮擋等應急測繪創造時機、條件。 （5）傳得回。在遠程、山區等地區低空測繪，所獲測繪數據要能夠實時傳回地面，至少傳回快視圖。機載影像數據能夠高質量記錄帶回。（6）回得來。飛行平臺具備長時間飛行能力，飛機系統發生嚴重故障后，地面能夠遙測識別或處置，具備自動應急返航著陸、迫降能力。

全套裝備要好用易用且好維護好維修

應急測繪無人機系統和測繪載荷需要滿足以下要求：（1）好用、易用。應急救援飛行，要求無人機裝備技術成熟、性能穩定，能夠及時出動。要求地面人員實時獲得飛行參數、有效控制飛行。同時，要求飛行操作簡單易學，降低對操作人員的難度要求，培訓方案易于實施。（2）好維護、好維修。無人機系統應具備自動檢測性能，日常維護具有規范的指導，維修操作簡易。定期和大多數應急維修能夠在現場完成。

運行能力要能夠長期并有效運行

實現應急測繪需要構建適合的運行機制，主要包括以下幾點：（1）長期運行。運行方案應滿足常態化、長期運行的需要，能夠為日常運行提供“造血機制”支撐。（2）有效運行。運行方案應規劃設備、場地、空域、隊伍、資金、預案（應急、訓練）、體系（當地救援組織）等條件，運行方案應處于常態化運行狀態，確保“平戰轉換”可行。

應急測繪裝備的解決方案

應急測繪載荷方案

為滿足應急測繪“應急出動，多種任務”的需要，制定同時集成多種影像獲取設備的組合方案。可全天時全天候有效工作，具備響應速度快，環境適應能力強，機動靈活，戰時能應急，平時能測繪的特點。

飛行平臺方案

目前國內已有的固定翼無人機系統已具備“三全”和“六能”的優秀飛行性能和高海拔機場起降性能，全系統集成技術成熟，沒有發生過重大飛行事故。能夠滿足搭載的任務載荷的重量、體積、電功率以及數據鏈、飛行管理等所需的全部要求，并能通過集成測試。

同時還滿足在風速30m/s的氣象條件下正常飛行，飛行控制系統采用三余度設計，安全可靠。具備程控、遙控，半程控飛行模式，可隨時修改并重裝航線，具備自動起飛和著陸，自動復飛，一鍵自動返航，嚴重故障自動待機并返航著陸等功能，易學易用。

使用和維護維修分析

目前國內現有的應急測繪無人機系統的軟件、硬件基本是國產和自產，設計和生產技術成熟，不受國外元器件限制，生產線完整齊套，能滿足批量生存需要，維護維修的配件備件供應快捷、有保障，維護成本低，每套無人機系統提供必要的隨機備件，能夠保障無人機系統及組合載荷的正常運行、較高的出勤率和任務成功率。配備有使用和維護維修的成套技術手冊資料。

培訓、維護維修方案也要做到切實可行。國內企業已有的經驗可以移植或借鑒到應急測繪。

應急測繪適用的分析

今年出臺的《關于促進通用航空業發展的指導意見》提出到2020年全國注冊的通用機場數量達到500個，進一步開放低空空域到3000m，簡化飛行審批申請。目前，各地方建設通用航空機場的熱情高漲、建設速度快，能夠為無人機應急測繪提供有力條件。此外，爭取得到各地“應急辦”、地方測繪部門和測繪企業為應急測繪提供支持；應急測繪無人機系統落戶地方后，除了保證應急測繪，還能夠發揮優秀的大比例尺測繪服務功能，為構建“造血機制”和“平戰轉換”創造條件。

機場和維修條件

目前國內民用機場分布廣泛，應急測繪可以聯合企業、用戶單位和政府部門等資源，利用已有的民用機場和空域，方便應急測繪中心建設，便于制定運行及維修預案。

應急測繪隊伍的結構方案

基層救援中心運行維護隊伍結構

按照“滿足應急強度、一崗多責”的原則，每個救援中心的救援任務運營維護隊伍按照飛行崗位需要可自主配備，人員數量根據無人機及其飛行要求確定。主要應該包含：中心領導，負責組織管理、任務協調；飛行指揮，負責日常和應急飛行指揮，可由中心領導兼任；市場人員，負責測繪任務實施方案、航管等保障和協調；財務人員，負責財務核算；飛行崗位操作手，負責飛行任務中的各項飛行操作；機務人員，負責飛行前裝拆和性能檢查、日常維護和維修。

（左）我國應急測繪能力建設的分布情況。

（右） 我國民用機場布局規劃分布圖。

能力共享體系的能力

借助應急測繪無人機系統具備的遠程數據鏈通行能力，加上地面的光纖網絡，可以將全國各地配置的無人機系統聯網，實現相互協助/協作。其中，測繪影像數據處理的關鍵人員、專家和設備可以集中在幾個網絡節點建設，避免各地布點。開展應急救援時，通過網絡進行實時的專家會診、數據集中處理。特別是，作為全國的救援體系，為保障應急救援所需的維修保障，可以采購儲存多架應急測繪無人機系統的常用備件，集中在某地作為應急備件周轉保障，可節省采購資金。

運行費用測算方法

運行費用測算可以從無人機年度運行費用和每架次運行費用進行測算。對年度運行費用和每架次運行費用包含的項目進行細化。其中，飛行費用分別按日常訓練和應急出動的規模測算，人員規模按照應急出動的需要測算。可參考民航局有關收費標準，但實際情況的收費項目較多、較高，實際測算中應當適當考慮。

如果每年的飛行架次少，各項費用攤銷少，每架次運行費用將會偏高。但如果增加年飛行數量，可以降低該費用。

運行模式解決方案

模式一

由基地測繪地理信息部門，結合測繪事業單位分類改革和人員分流工作，在編制內調配人員,自行組建應急測繪中心隊伍，獨立負責系統的管理和運行。前期由無人機企業負責培訓和技術保障，在隊伍完全掌握系統運行及維護技術后由中心獨立開展工作。主要優點有：（1）人員由事業編制調劑解決，基本經費有了保障，并保持了與省局的行政隸屬關系。（2）有利于各省測繪地理信息部門對中心所覆蓋地區的應急測繪任務和基礎測繪業務統籌規劃，將1萬以上的大比例尺地形圖納入國家和省級基礎測繪管理，增強了測繪地理信息部門的工作職責，提高了為政府、為市場的服務能力。（3）實現了由測繪地理信息部門統一向政府提供多種遙感影像和數據，基本滿足該地區社會發展和經濟建設對遙感信息的需求。（4）實現遙感影像數據在該地區的統一規劃，做到影像數據統一獲取，統一提供，避免重復航攝，重復投資，為政府節約資金。

但是，該模式也存在著一些缺點，主要有：（1）受客觀條件制約，難以深入規劃系統能力建設的措施和需求。（2）難以克服體制弊端，隊伍松散，工作效率低下，運行成本增高。（3）缺乏技術創新的大氛圍，容易脫離技術和服務創新。

模式二

由應急測繪中心將系統交由無人機企業使用維護，并向其購買運行和維護服務，自己不建隊伍。主要優點有：（1）測繪地理信息部門沒有建隊伍的負擔。（2）系統可以迅速投入運行，發揮作用。（3）發揮了企業人才、技術和設備專長優勢，系統運行高效。（4）測繪地理信息部門可以側重應急測繪和平戰結合的規劃。（5）系統產權明確，便于升級換代。

主要缺點為：（1）測繪地理信息部門對企業隊伍的管束能力弱。（2）企業難以協調與地方的關系。（3）難以最大發揮系統能力，實現平戰結合。（4）企業容易受利益驅使難以開展大協作。

模式三

由當地政府、測繪地理信息部門、企業共建應急測繪中心。可根據政府制定的本地區社會發展和經濟建設規劃，統籌協調各地區、各部門對地理信息的需求，進一步做出地理信息獲取、使用的中長期規劃和年度計劃，并列入省級財政預算，下達省測繪地理信息部門執行；測繪地理信息部門根據政府下達的規劃和計劃，制定詳細具體的實施計劃，以任務或項目形式下達（或合同或模擬租賃）給企業。以合同形式承包或租賃給應急測繪企業，獨立運行；應急測繪企業按計劃或合同，可與當地測繪企業合作，完成省測繪地理信息部門下達的應急測繪任務和平戰結合項目，并承擔系統安全責任。應急測繪企業在完成省測繪地理信息部門下達的任務和項目的前提下，可自主參加一些市場的遙感項目競標，以補貼運行費用不足問題。

該模式的主要優點有：（1）把國家應急測繪任務，當地社會發展和經濟建設對遙感的需求，基礎測繪業務三者緊密結合起來。（2）推動地區地理信息數據庫建設，強化了測繪地理信息部門工作的公共服務性，推動本地區大數據發展；實現地區測繪地理信息工作與政府工作統一安排，統一規劃，統一航攝，統一提供成果。（3）發揮企業的作用，利用好計劃與市場優勢，為政府、為市場搭建了一個高層次、全覆蓋的地理信息服務大平臺。

運行方案的總結

模式三既具有模式一和模式二的優點，又克服它們的缺陷。政府、部門和企業“三方”共建當地的應急測繪中心，結合應急測繪能力，適當承擔當地經濟建設所需測繪任務，通過承擔當地的規劃的測繪項目，就可以解決運行經費來源，可實現“造血機制”和“平戰轉換”的結合。因此，建議采取模式三的運行模式。

由于運行方案的可復制性，建議通過試點、示范，運行半年進行驗收，取得經驗，以點帶面，指導開展其他應急測繪中心的建設。 ■