微型無人機(jī)在龍卷災(zāi)情調(diào)查中的應(yīng)用

蔡康龍 植江玲 李彩玲 黃先香 李兆明 彭斯琪

（1 廣東省佛山市氣象局/佛山市龍卷風(fēng)研究中心，佛山 528000；2 中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；3 廣東省佛山三水區(qū)氣象局，三水 528100）

0 引言

龍卷是大氣中最強(qiáng)烈的渦旋現(xiàn)象[1]，容易導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。例如，2015年10月4日廣東佛山EF3級(jí)造成4人死亡、80人受傷和大量建筑損毀[2-3]，2016年6月23日江蘇省鹽城市阜寧縣EF4級(jí)龍卷造成98人死亡、800多人受傷和大量建筑損毀[4-5]，2019年7月3日遼寧開原EF4級(jí)強(qiáng)龍卷[6]。根據(jù)佛山龍卷風(fēng)研究中心龍卷災(zāi)情調(diào)查資料，2016—2019年我國(guó)可確認(rèn)的龍卷有40次，平均每年有8次龍卷。這些龍卷強(qiáng)度定級(jí)及災(zāi)情指示物{7]的分析主要基于無人機(jī)航拍的資料，無人機(jī)成為現(xiàn)場(chǎng)天氣調(diào)查的最重要的工具之一。

無人機(jī)主要包括飛行器、控制臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、圖像傳輸系統(tǒng)、云臺(tái)及相機(jī)等。無人機(jī)具有成本低，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能快速獲取高分辨率、高精度、高時(shí)效的影像[7-9]，非常適合用于地震、泥石流、臺(tái)風(fēng)、下?lián)舯┝骱妄埦淼茸匀粸?zāi)害的災(zāi)情評(píng)估工作[10-14]。例如，2015年使用無人機(jī)對(duì)“東方之星”客輪翻沉事件進(jìn)行風(fēng)災(zāi)調(diào)查[14-15]。由于出現(xiàn)龍卷災(zāi)情后，現(xiàn)場(chǎng)往往會(huì)被快速清理，造成樹木倒向和風(fēng)災(zāi)造成的碎片等痕跡有可能被破壞而變得不可信，給龍卷風(fēng)災(zāi)情特征分析增加了難度。因此，災(zāi)情調(diào)查人員要及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，利用無人機(jī)快速航拍原始的災(zāi)情，獲取第一手資料進(jìn)行分析龍卷強(qiáng)度、龍卷災(zāi)害帶長(zhǎng)度和寬度等特征。

本文根據(jù)多次災(zāi)情調(diào)查的實(shí)踐與探索，介紹常見的無人機(jī)性能、無人機(jī)作業(yè)因素、無人機(jī)在龍卷災(zāi)情調(diào)查方法和災(zāi)情指示物識(shí)別要點(diǎn)。

1 災(zāi)情調(diào)查對(duì)無人機(jī)性能的需求

進(jìn)行龍卷災(zāi)情調(diào)查常見的無人機(jī)型號(hào)有大疆御mini、御2、精靈4、悟2（性能參數(shù)如表1所示），這幾款無人機(jī)都可以滿足災(zāi)情調(diào)查基本的航拍需求，但在不同的龍卷災(zāi)情調(diào)查需求選擇合適的無人機(jī)型號(hào)可提高作業(yè)效率。從到達(dá)受災(zāi)區(qū)域時(shí)間快慢的角度考慮，若受災(zāi)區(qū)是在省外，調(diào)查組優(yōu)先搭乘民航客機(jī)，此時(shí)應(yīng)該攜帶輕巧的御系列無人機(jī)。與悟2無人機(jī)對(duì)比，御系列無人機(jī)更輕，電池體積和容量更小，單電池的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，在不要求更高清的圖像質(zhì)量情況，航拍災(zāi)情航拍效率更高；若受災(zāi)區(qū)在省內(nèi)，優(yōu)先選擇自駕汽車，則選擇悟2提高航拍圖像的質(zhì)量。

考慮無人機(jī)返航時(shí)間、無機(jī)電池折舊等損耗時(shí)間，表1中各款無人機(jī)航拍作業(yè)時(shí)間約為飛行時(shí)間的0.6倍，所以表1的無人機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)間都小于20 min。無人機(jī)災(zāi)情調(diào)查內(nèi)容主要包括尋找大致災(zāi)情以確定龍卷的走向、航拍災(zāi)情的視頻和航拍災(zāi)情指標(biāo)物的特征（以照片為主）。 2019年9月17日廣東省佛山三水區(qū)發(fā)生龍卷，持續(xù)時(shí)間約23 min，移動(dòng)路徑長(zhǎng)度達(dá)18 km[16]。該龍卷災(zāi)情調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)可知，單無人機(jī)單日最長(zhǎng)的航拍視頻時(shí)間約為92 min，其視頻大小約29 GB。若此次作業(yè)由御2無人機(jī)執(zhí)行，航拍災(zāi)情的視頻要消耗6塊電池的電量，尋找大致災(zāi)情和航拍災(zāi)情指標(biāo)物這兩部分作業(yè)消耗電池?cái)?shù)量需根據(jù)實(shí)際情況而定，一般需準(zhǔn)備4塊電池。如果龍卷災(zāi)情范圍，可以使用多無人機(jī)作業(yè)和車載充電器補(bǔ)充電池電量。

表1 常見大疆系列無人機(jī)型號(hào)和性能參數(shù)Table 1 Types and performance parameters of the common DJI UAVs

此外，還要準(zhǔn)備足夠的電池給遙控器的外接顯示屏（包括手機(jī)，平板和專業(yè)顯示屏）使用，御系列和精靈系列無人機(jī)的遙控器外接顯示屏一般是手機(jī)，而悟2則使用平板或者高亮屏，使用充電寶給手機(jī)和平板的補(bǔ)充電量，高亮屏則準(zhǔn)備2～3塊配套的電池。在配備10次飛行的電池的無人機(jī)情況下，精靈和悟2無人機(jī)（一次起飛消耗兩塊電池）的裝備箱比較笨重，其中悟2裝備（包括放置無人機(jī)箱和裝著20塊電池的防靜電箱）重量約25 kg，在乘坐民航時(shí)較為麻煩，但是航拍視頻和相片質(zhì)量高。而由于御mini和御2都是折疊式無人機(jī)，重量輕體積小，方便攜帶，但御mini無人機(jī)抗風(fēng)能力較差，錄像分辨率最低，災(zāi)情航拍效率較低；而御2不存在這樣的問題。綜合分析：乘坐公共交通工具到災(zāi)區(qū)可以優(yōu)先選擇御2無人機(jī)，全程自駕到災(zāi)區(qū)則推薦使用精靈和悟2無人機(jī)。

2 無人機(jī)作業(yè)的影響因素

無人機(jī)能否順利航拍的龍卷災(zāi)情，取決以下方面的因素。

2.1 起飛準(zhǔn)備

無人機(jī)作業(yè)前要了解災(zāi)區(qū)的空域?qū)傩裕瑧?yīng)向相關(guān)部門了解限制區(qū)域的劃設(shè)情況[17]。無人機(jī)在非禁飛區(qū)域（除飛行禁區(qū)、限制區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)外）作業(yè)情況下，必須先進(jìn)行實(shí)名登記和獲取飛行執(zhí)照才能作業(yè)，作業(yè)的過程要符合安全飛行的相關(guān)規(guī)定，如飛行高度要保持在120 m以下等規(guī)定。若在禁飛限制區(qū)域必須到災(zāi)區(qū)的行政歸屬地的公安機(jī)關(guān)或者民航局等機(jī)關(guān)申請(qǐng)。

2.2 天氣條件

龍卷災(zāi)調(diào)中無人機(jī)作業(yè)常考慮的天氣條件有大風(fēng)環(huán)境和雨天情況。

2.2.1 大風(fēng)環(huán)境情況下

有部分龍卷發(fā)生在臨近海邊的地方，無人機(jī)在這種地方作業(yè)，容易遇到大風(fēng)情況。除了御mini無人機(jī)外，表1中的其他型號(hào)無人機(jī)可抵抗5級(jí)風(fēng)力（約10 m/s）。在大于5級(jí)風(fēng)力環(huán)境中，無人機(jī)將無法穩(wěn)定飛行，甚至?xí)霈F(xiàn)無人機(jī)被大風(fēng)吹走的問題。當(dāng)無人機(jī)提示大風(fēng)警告，操作者應(yīng)該及時(shí)降低飛行高度并盡快返航。

2.2.2 有明顯降雨情況下

災(zāi)情剛剛發(fā)生后，天氣條件尚不穩(wěn)定，無人機(jī)在航拍過程看容易遇到雨水，不但會(huì)影響航拍視頻的質(zhì)量，而且會(huì)對(duì)無人機(jī)造成一定程度的損壞，遇到此情況應(yīng)該及時(shí)返航。表1中的無人機(jī)均屬于消費(fèi)級(jí)別的無人機(jī)，不具備防水的能力。大疆經(jīng)緯200系列有液體防護(hù)3級(jí)的功能，可以在小雨情況下飛行，但下雨影響航拍視頻的質(zhì)量。

2.2.3 有雷電及濃霧情況下

無人機(jī)在航拍過程中出現(xiàn)雷電及濃霧情況下，都應(yīng)該立即返航，保證安全作業(yè)。

3 航拍方法

根據(jù)氣象資料和網(wǎng)絡(luò)拍攝視頻對(duì)災(zāi)情進(jìn)行提前判斷，如受災(zāi)區(qū)域內(nèi)的氣象自動(dòng)觀測(cè)站氣壓出現(xiàn)短暫的下降，瞬時(shí)風(fēng)速短暫增大和天氣雷達(dá)資料徑向速度圖上低層出現(xiàn)中等到強(qiáng)的中氣旋和類龍卷風(fēng)渦旋特征[18]，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拍攝視頻或者圖片有明確漏斗狀云，可以初步判斷是龍卷災(zāi)情。下面主要結(jié)合2019年4月13日廣東省徐聞縣龍卷（以下簡(jiǎn)稱徐聞個(gè)例）的災(zāi)情分析給出龍卷災(zāi)情航拍的具體步驟，能有效說明災(zāi)情航拍的相關(guān)工作開展情況。

圖1 徐聞個(gè)例無人機(jī)航拍路線圖Fig. 1 UAV aerial route map in Xuwen County

步驟1：應(yīng)該根據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道或者相關(guān)部門的資料找出至少一個(gè)明顯受災(zāi)點(diǎn)的地理位置作為第一個(gè)起飛點(diǎn)。在徐聞個(gè)例中，和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府（圖1中的起飛點(diǎn)1）是災(zāi)情嚴(yán)重的地方之一，考慮到人口密集的地方災(zāi)情清理會(huì)比較快，第一個(gè)航拍點(diǎn)選擇點(diǎn)1，并在手機(jī)導(dǎo)航上記錄點(diǎn)1以及每次無人機(jī)起飛點(diǎn)的位置。

步驟2：無人機(jī)一般以50 m高度以上和云臺(tái)俯角30°～45°航拍搜索點(diǎn)1的東、南、西、北四個(gè)方向500 m以內(nèi)（圖1中點(diǎn)1綠色箭頭所代表的飛行方向）的信息，若實(shí)際災(zāi)情范圍較大，可調(diào)整無人機(jī)飛行高度和搜索距離以提高搜索的范圍，根據(jù)四個(gè)方向的災(zāi)情特征找出災(zāi)情明顯的點(diǎn)作為下一個(gè)航拍起飛點(diǎn)，簡(jiǎn)稱“十字搜索法”。遇到災(zāi)情范圍較大的情況，悟系列的無人機(jī)可以使用廣角鏡頭，同時(shí)給電池進(jìn)行充電。低空航拍（一般30 m高度以下的航拍）第一個(gè)起飛點(diǎn)到第二個(gè)起飛點(diǎn)之間的災(zāi)情。考慮到無人機(jī)在低空飛行時(shí)，較高的建筑遮擋和地磁場(chǎng)的變換會(huì)影響無人機(jī)與遙控器之間的圖像信號(hào)傳輸，無人機(jī)航拍起飛點(diǎn)之間的距離保持在400～500 m可以保證其信號(hào)的正常傳輸，如圖1中的2、3和4點(diǎn)主要是魚塘和海灣，無人機(jī)可適當(dāng)增加低空飛行距離以提高災(zāi)情調(diào)查的效率。

在徐聞個(gè)例中，按照高空搜索步驟操作后，在無人機(jī)向東飛行超過120 m、向南和向西飛行超過100 m后找不到明顯災(zāi)情，而向北飛行接近500 m時(shí)，災(zāi)情比較連續(xù)，左側(cè)的災(zāi)情比右側(cè)的明顯，故選擇點(diǎn)1以北400 m左右處選址災(zāi)情明顯并且方便無人機(jī)起飛降落操作的點(diǎn)2作為下一個(gè)起飛點(diǎn)，點(diǎn)2的災(zāi)情主要是樹木倒伏和折斷（圖略）。

低空航拍點(diǎn)1和點(diǎn)2之間災(zāi)情，記錄各個(gè)災(zāi)情指示物，并初步分析樹木倒伏方向及房屋的受損情況，結(jié)合災(zāi)情的整體情況對(duì)龍卷的移動(dòng)路徑進(jìn)行判斷。圖2a（位于圖1中的A點(diǎn)）中根據(jù)的黃槿樹（硬木）傾倒方向、房屋頂過半瓦片吹落方向和電線桿折斷的倒向整體偏向東南，判斷龍卷在此位置的走向大致是東南方。圖2b樹木倒伏是點(diǎn)1和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府的災(zāi)情，該位置的樹木整體倒向是東南方，可初步判斷點(diǎn)1位置的龍卷移動(dòng)方向是東南方。由于龍卷移動(dòng)方向在短距離內(nèi)比較一致，由此可初步判斷點(diǎn)2處的龍卷以東南方向移動(dòng)到點(diǎn)1處，下一步航拍操作點(diǎn)1向東南和點(diǎn)2向西北搜索。

步驟3：下一個(gè)航拍起飛點(diǎn)優(yōu)先按照步驟2進(jìn)行航拍和分析，若航拍過程中災(zāi)情依然比較連續(xù)（圖1的點(diǎn)2、點(diǎn)3、點(diǎn)4、點(diǎn)5、點(diǎn)6、點(diǎn)7相鄰兩點(diǎn)之間），則只使用步驟2；若在航拍時(shí)出現(xiàn)較大間隔（100 m以上，要結(jié)合實(shí)際地面情況而定，如大面積的魚塘，災(zāi)情就顯現(xiàn)不連續(xù)，此時(shí)可以增大判斷間隔）的災(zāi)情不連續(xù)的情況（圖1的點(diǎn)4和點(diǎn)7），使用步驟1的“十字搜索法”，按照?qǐng)D1的點(diǎn)4和點(diǎn)7的綠色箭頭的四個(gè)方向搜索航拍，當(dāng)出現(xiàn)災(zāi)情破壞等級(jí)變小，受災(zāi)指示物從少到無，可以初步判斷龍卷災(zāi)情的起點(diǎn)和終點(diǎn)，但也存在因?yàn)辇埦硖S或者再次升起[19]而造成災(zāi)情不連續(xù)的情況。在龍卷移動(dòng)軌跡跟點(diǎn)2到點(diǎn)3白色虛線軌跡出現(xiàn)較大偏差時(shí)，根據(jù)航拍的災(zāi)情分布調(diào)整無人機(jī)航拍路線，保持無人機(jī)航拍到有效的災(zāi)情。

圖2 徐聞個(gè)例中災(zāi)情指示物（a）圖1中位置A的災(zāi)情圖；（b）和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府的災(zāi)情圖Fig. 2 Damage indicator in Xuwen County(a) The damage in location A of Fig. 1; (b) the damage in He'an Town Government

步驟4：由于無人機(jī)不具有夜視功能，晚上對(duì)無人機(jī)的電池和遙控器充電，并將無人機(jī)全部航拍資料與氣象觀測(cè)資料進(jìn)行初步分析，若在龍卷移動(dòng)軌跡附近的雷達(dá)資料有中氣旋和龍卷風(fēng)渦旋特征等有可能出現(xiàn)龍卷的特征，仍有必要到出現(xiàn)龍卷特征對(duì)應(yīng)位置走訪和使用無人機(jī)搜索。

步驟5：根據(jù)無人機(jī)的飛行記錄上的經(jīng)緯度信息和航拍視頻資料，將災(zāi)情指示物的位置及其他信息錄入地理信息系統(tǒng)或者衛(wèi)星地圖，制作龍卷災(zāi)情范圍圖，統(tǒng)計(jì)出此次龍卷災(zāi)情的特征。

4 災(zāi)情指示物識(shí)別的分析方法

4.1 著重觀察同類型地物顏色的連續(xù)性

無人機(jī)在高度50 m以上重點(diǎn)觀察顏色跟周邊顏色不一致的區(qū)域，如圖3a是2019年8月16日遼寧省營(yíng)口市龍卷（簡(jiǎn)稱營(yíng)口個(gè)例）災(zāi)情圖，龍卷吹掉樓盤頂?shù)姆浪畬硬牧虾筒糠骤F皮（圖3a紅框位置），導(dǎo)致此區(qū)域的樓盤顏色與其他區(qū)域的不同，遇到此情況，應(yīng)該低空航拍樓頂、搜索樓盤的每層玻璃窗是否完好、墻上是否有拋射物和墻上瓷磚是否有脫落。圖3b是2019年8月29日海南省屯昌縣龍卷（簡(jiǎn)稱屯昌個(gè)例）災(zāi)情圖，龍卷吹倒大量樹木后，由于樹木枯萎使樹葉顏色變暗，與周邊健康的樹木顏色不一致。

圖3 2019年8月16日營(yíng)口個(gè)例（a）和2019年8月29日屯昌個(gè)例（b）的災(zāi)情圖Fig. 3 Damages of Yingkou on 16 August 2019 (a) and Tunchang on 29 August 2019 (b)

4.2 高低空、多視角航拍

圖4 是對(duì)無人高空航拍和低空航拍圖像進(jìn)行對(duì)比，圖4a是50 m高度的航拍，圖像可快速找到受災(zāi)地點(diǎn)和了解整體災(zāi)情，但受災(zāi)細(xì)節(jié)比較模糊。低空航拍能了解災(zāi)情的細(xì)節(jié)，但是比較耗時(shí)。低空航拍圖4a的物體a、b和c，可以清晰看到條狀物體a是水泥電線桿，折斷倒伏在地面上（圖4b）；物體b（圖4c）是瓦片房，從地面的瓦片顏色可判斷是最近吹掉的；從圖4d可判斷物體c是哪個(gè)品種的樹及其倒伏的原因（蟲病或風(fēng)災(zāi)等）。

4.3 結(jié)合百度全景圖像和網(wǎng)絡(luò)視頻

圖4 徐聞個(gè)例災(zāi)調(diào)調(diào)查中無人機(jī)高低空航拍效果對(duì)比圖（a）50 m高空航拍圖；（b）、（c）、（d）分別對(duì)應(yīng)于圖a紅框位置物體a、b和c的低空航拍圖Fig. 4 Comparison of aerial photography effect of UAV at high and low altitude in Xuwen County(a) Aerial photograph at 50 m; (b), (c) and (d) correspond to the low altitude aerial photos of objects a, b and c in the red box of Figure a, respectively

圖5 a是營(yíng)口個(gè)例的營(yíng)大路附近的災(zāi)情圖，由于災(zāi)情出現(xiàn)在營(yíng)大路兩側(cè)，災(zāi)情組到現(xiàn)場(chǎng)前倒伏樹木已經(jīng)被清理干凈，導(dǎo)致無人機(jī)航拍難于發(fā)現(xiàn)此類情況的災(zāi)情，需要結(jié)合百度全景圖像和網(wǎng)絡(luò)視頻協(xié)助航拍。從網(wǎng)絡(luò)視頻（圖5c和5d）觀察到龍卷風(fēng)（圖5c和5d中的黃色實(shí)心箭頭）大致移動(dòng)方向（圖5a的黃色空心箭頭），龍卷移動(dòng)過程中部分樹木被吹走（圖5d中的藍(lán)色虛線方框），故該位置要補(bǔ)充低空航拍或者走訪。在百度地圖上查看該位置最新的全景信息（2018年2月），能清晰看到主行道路兩側(cè)的樹數(shù)量（圖5b是圖5a的紅框?qū)?yīng)位置的截圖，兩圖的樹木位置相對(duì)應(yīng)），而航拍時(shí)發(fā)現(xiàn)圖5a中紅圈位置泥土是新的，和周邊顏色不一致，可初步了解到龍卷在此位置影響范圍及移動(dòng)方向，提高航拍的效率。

4.4 針對(duì)疑似對(duì)象，分析并走訪排查

圖6 徐聞個(gè)例的災(zāi)情圖：（a）發(fā)生在圖1點(diǎn)7附近位置；（b）發(fā)生在和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府Fig. 6 Damage in Xuwen County: (a) near point 7 in Fig. 1; (b) in the He'an Town Government

圖6 a是徐聞個(gè)例災(zāi)情調(diào)查中發(fā)現(xiàn)香蕉樹成片倒伏，而旁邊的桉樹沒有倒伏和樹枝折斷的情況發(fā)生，考慮到香蕉樹的抗風(fēng)能力比桉樹要差，而且香蕉倒向不是明顯輻合的，故把香蕉樹倒伏作為疑似對(duì)象，經(jīng)過走訪村民是龍卷發(fā)生前一天大風(fēng)吹倒的。圖6b是電線桿折斷，但是周邊的樹木只有樹枝折斷，鐵皮棚比較完好，故將此電線桿作為疑似對(duì)象，經(jīng)走訪和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府人員，是附近樹木壓斷的，樹木已被清理。

5 無人機(jī)在災(zāi)情調(diào)查中的優(yōu)勢(shì)

5.1 快速識(shí)別龍卷破壞帶

破壞帶是龍卷特有的災(zāi)情特征，結(jié)合雷達(dá)資料、現(xiàn)場(chǎng)樹木倒向和走訪信息可以判斷龍卷移動(dòng)的方向。部分龍卷破壞帶識(shí)別可以直接從航拍資料直接識(shí)別淺色的路徑，其他的則通過全面分析航拍資料繪制災(zāi)情圖來分析判別。無人機(jī)能忽略大部分地形的障礙并快速尋找到龍卷的破壞帶（圖7），單靠在走訪判斷龍卷移動(dòng)方向是不可能在短時(shí)間完成的，而使用無人機(jī)航拍可大大提高災(zāi)情調(diào)查的效率。但并不是全部龍卷都會(huì)留下明顯的破壞帶，這與龍卷經(jīng)過的下墊面相關(guān)。圖7是近四年使用無人機(jī)航拍龍卷災(zāi)情時(shí)發(fā)現(xiàn)的龍卷路徑，下墊面有民房、樹林、泥地、草地和莊稼，其中玉米田和草地從航拍畫面更容易判別。航拍若沒發(fā)現(xiàn)淺色龍卷破壞帶，則可通過全面分析災(zāi)情分布特征來判別龍卷的破壞帶（如圖1中徐聞個(gè)例中的紅色陰影區(qū)域）。

圖7 無人機(jī)識(shí)別出的淺色龍卷破壞帶（白色虛線是表示龍卷路徑）（a）2016年6月5日海南文昌龍卷；（b）2016年6月23日江蘇阜寧龍卷；（c）2017年8月14日內(nèi)蒙古赤峰龍卷；（d）2017年8月16日廣東湛江龍卷；（e）2018年8月13日天津靜海龍卷；（f）2019年8月19日江蘇徐州龍卷；（g）2019年7月3日遼寧開原龍卷；（h）2019年8月16日遼寧營(yíng)口龍卷Fig. 7 Light tornado damage swath identified by UAV (the white dotted line indicates the tornado path(a) Wenchang tornado in Hainan Province on 5 June 2016; (b) Funing tornado in Jiangsu Province on 23 June 2016; (c)Chifeng tornado in Inner Mongolia on 14 August 2017; (d) Zhanjiang tornado in Guangdong Province on 16 August 2017;(e) Jinghai tornado in Tianjin on 13 August 2018; (f) Xuzhou tornado in Jiangsu Province on 19 August 2019; (g) Kaiyuantornado in Liaoning Province on 3 July 2019; (h) Yingkou tornado in Liaoning Province on 16 August 2019

無人機(jī)作業(yè)要注意以下細(xì)節(jié)以提高調(diào)查的效率。無人機(jī)拍攝起飛周邊環(huán)境的照片和在手機(jī)導(dǎo)航軟件上收藏此位置，并標(biāo)記收藏點(diǎn)的時(shí)間；當(dāng)無人機(jī)處于災(zāi)情正上方時(shí)，要拍攝照片，根據(jù)照片經(jīng)緯度信息描繪完整的龍卷破壞帶。災(zāi)情線路圖并與雷達(dá)圖的中氣旋產(chǎn)品路徑對(duì)比，避免因龍卷跳躍或者升起造成地面災(zāi)情不連接的對(duì)龍卷路徑的判斷失誤。

5.2 快速了解龍卷災(zāi)情寬度

龍卷影響寬度是比較重要的參數(shù)，如圖8所示，紅色箭頭根據(jù)樹木倒向及相關(guān)走訪信息判斷出來的龍卷移動(dòng)方向，此位置龍卷的影響寬度a可通過無人機(jī)攝像頭視角范圍（FOV）、拍攝畫幅（a:b=16:9）及拍攝高度h可計(jì)算。圖8是無人機(jī)在200 m高度航拍，實(shí)際寬度a約為280m。范雯杰等[7]指出龍卷寬度與等級(jí)強(qiáng)度沒有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試龍卷影響寬度示意圖Fig . 8 Schematic diagram of tornado influence width in field test

6 結(jié)論

通過多次災(zāi)情調(diào)查的實(shí)踐和探索，得到以下認(rèn)識(shí)和結(jié)論。

1）關(guān)注無人機(jī)的新型號(hào)及相關(guān)管理規(guī)定，考取相關(guān)的無人機(jī)駕駛證，保證無人機(jī)使用符合相關(guān)管理規(guī)定；

2）針對(duì)不同情況，使用不用型號(hào)的無人機(jī)，乘坐民航等交通工具可優(yōu)先選擇御2無人機(jī)；遇到嚴(yán)重和大范圍的災(zāi)情時(shí)，優(yōu)先使用搭配廣角攝像頭的悟2無人機(jī)，或者兩臺(tái)以上無人機(jī)分段航拍，并考慮現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)給電池充電的方法以提高災(zāi)情調(diào)查效率；

3）考慮天氣條件，5級(jí)風(fēng)以上和下雨天氣的情況下無人機(jī)不能起飛，保證無人機(jī)使用的安全性；

4）注意航拍方法，以災(zāi)情最明顯的地方作為第一個(gè)航拍點(diǎn)，以400～500 m分段高低空和多角度航拍，期間根據(jù)災(zāi)情特征不斷微調(diào)航拍線路，直到航拍完整的龍卷災(zāi)害范圍；

5）注重災(zāi)情指示物識(shí)別的四個(gè)要點(diǎn)，同類型地物顏色不連續(xù)，則有可能是災(zāi)情導(dǎo)致的；同個(gè)災(zāi)情指示物使用高低空、多視角航拍有助于全面了解其特征；對(duì)于疑似對(duì)象要及時(shí)走訪排查，最后結(jié)合百度全景圖像和網(wǎng)絡(luò)視頻分析龍卷的影響范圍和移動(dòng)方向。

6）無人機(jī)提供高空俯瞰的圖像，可以快速識(shí)別龍卷的災(zāi)情破壞帶、判斷龍卷移動(dòng)方向和估算龍卷寬度。