警用無人機山區(qū)搜索的應(yīng)用和展望

劉潤南

（成都市公安局，四川 成都 610000）

山區(qū)復(fù)雜的地形和多變的地貌，使得搜索工作難度大，資源耗費多，人員風(fēng)險高。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，2007年美國科學(xué)家Michael A Coodrich和Joseph L.Cooper研究了無人機進(jìn)行野外搜尋救援方案。2008 年汶川大地震和 2010 年玉樹地震，無人機都參與了搜尋航拍，通過分析航拍圖片拼接，總結(jié)歸納出了無人機在災(zāi)后搜尋救援中所起到的作用。［1］目前大部分學(xué)者主要研究的是自動化區(qū)域性搜索，針對靈活性非常強的警務(wù)山區(qū)搜索則鮮有討論。

一、案例簡介

2020年S省C市發(fā)生一起殺人案件，犯罪嫌疑人作案后乘坐交通工具前往C市西面山區(qū)之后行蹤消失。次日，公安機關(guān)利用警用無人機對山區(qū)展開搜索工作。先通過航線飛行采集了重點區(qū)域的平面正攝圖像，隨后進(jìn)行了仿地搜索飛行。重點范圍確定之后，警用無人機通過視頻直播的方式為現(xiàn)場搜索警力觀察難以到達(dá)的位置，減少了不必要的安全風(fēng)險。經(jīng)過多日搜索，最終在樹下找到了自縊嫌疑人的遺體，案件順利終結(jié)。

二、戰(zhàn)法提煉

從案例中可以看出，相比于搜救，警務(wù)山區(qū)搜索有著很強的目標(biāo)不確定性，搜索范圍往往也偏大。因此如何合理地利用無人機來節(jié)省人力物力，降低搜索風(fēng)險就成為重點研究的方向。

（一）建立平面正攝圖

通過案情規(guī)劃出的平面搜索面積大約1.8平方公里，相當(dāng)于252個足球場。傳統(tǒng)地面搜索資源消耗多，安全風(fēng)險高，搜索速度慢。無人機只需幾個小時就可以完成區(qū)域高精度圖像采集工作，這使得現(xiàn)場指揮層規(guī)劃出合理的搜索線路，降低因為地形帶來的風(fēng)險。同時，其他警力還可以通過圖像劃分的方式實現(xiàn)多人協(xié)同搜索，大大提升了效率。

圖1 高精度的平面正攝圖和衛(wèi)星圖對比

（二）無人機空中搜索

1：500的平面正攝圖雖然比衛(wèi)星圖清楚，但因為高度落差原因，地面相鄰兩物體在圖像上表現(xiàn)出來的目標(biāo)可能超過分辨率的限度，無法在圖像上顯示清楚，所以無人機現(xiàn)場仿地搜索飛行必不可少。

（三）視頻引導(dǎo)搜索

對于現(xiàn)場搜查的警力來說，可以攜帶小型便攜警用無人機對山區(qū)道路進(jìn)行探索。不便于攜帶時，可以遠(yuǎn)端警力放飛無人機，通過視頻直播的方式將無人機畫面共享給搜索警力，實現(xiàn)輔助指引作用。

三、山區(qū)搜索的難點

山區(qū)搜索除了面積廣以外，往往有著海拔落差高，地形地貌、氣象復(fù)雜多變等特點，給地面和空中都帶來了重重困難，需要一一去克服。

（一）地貌復(fù)雜

在植被茂密的山林中，可見光鏡頭難以實現(xiàn)細(xì)致搜索的目標(biāo)，熱成像鏡頭在溫差不大的情況下，難以對靜止目標(biāo)或者溫差不大的尸體進(jìn)行搜索。此時應(yīng)轉(zhuǎn)為以環(huán)境偵查和路徑引導(dǎo)為主、視頻搜索為輔的搜索模式。

（二）氣象多變

山區(qū)的氣象條件復(fù)雜多變，強烈的山地氣流會嚴(yán)重影響搜尋無人機飛行安全，甚至導(dǎo)致無人機墜毀。［2］氣壓的迅速變化對氣壓式高度計定高的無人機影響最大，可能導(dǎo)致低于安全飛行高度墜毀的情況發(fā)生。氣溫的變化除了對傳感器造成影響和積冰以外，還會影響電驅(qū)動無人機的續(xù)航時間。低能見多出現(xiàn)在雨、霧天氣，不僅導(dǎo)致圖像采集質(zhì)量變差，還對飛行的穩(wěn)定性帶來了影響。

（三）突發(fā)因素

突發(fā)因素主要是鳥類這類不可控的飛行物或者線塔這樣的靜止物。高壓線塔的坐標(biāo)位置屬于國家機密，很難在航跡規(guī)劃的時候避讓，因此山區(qū)飛行時要額外做好飛行狀態(tài)監(jiān)控工作。

四、改進(jìn)方向

警務(wù)現(xiàn)代化的變革，注定無人機必然會參與到山區(qū)搜索工作當(dāng)中，因此對于戰(zhàn)法的研習(xí)和改進(jìn)尤為重要，結(jié)合山區(qū)飛行搜索的難點可以從以下幾個方向改進(jìn)。

（一）善用傳統(tǒng)路徑

自由規(guī)劃航跡容易出現(xiàn)覆蓋不全的情況，傳統(tǒng)的矩形、螺旋展開式，平行往復(fù)式，扇形以及“∞”字形等搜索路徑對于開闊地或者是相對平坦的谷地的搜尋來說更加成熟完善。首先是山谷開闊地搜索時，采“∞”字搜尋方式的搜尋效率最高，其次是擴(kuò)展方形搜尋方式，扇區(qū)搜尋方式效率相對較低。［3］在飛行前，選取起降點的時候要充分考慮無人機的續(xù)航性能以及航線方向，盡量縮短飛行時間保障效率。

（二）引入算法路徑

威廉·?哈密爾頓爵士和數(shù)學(xué)家克克曼共同在19世紀(jì)初，提出了廣為流傳的旅行商問題（TSP，Traveling Salesman Problem）。它可以簡單的描述為：一名推銷員要到N個城市進(jìn)行推銷時，怎樣才找到去每一個推銷城市再回到原點的最短路徑。［4］無人機在知道重點點位后，想要解決最短路徑問題最佳辦法是采用蟻群算法，模擬退火算法，粒子群優(yōu)化算法等算法規(guī)劃路徑。相比傳統(tǒng)路徑，算法路徑更加靈活，對于地形的適應(yīng)性也更強，相信隨著技術(shù)的發(fā)展，算法路徑一定會帶來更加快速、安全和精準(zhǔn)的搜救。

（三）優(yōu)化線路規(guī)劃

區(qū)域數(shù)據(jù)采集后，山區(qū)細(xì)節(jié)搜索應(yīng)該在兼顧速度和覆蓋面的基礎(chǔ)上進(jìn)行整體考量。例如，將山區(qū)地形高精度DEM數(shù)據(jù)導(dǎo)入到無人機中，通過仿地飛行來實現(xiàn)避免與山峰碰撞。［5］或者在無人機上搭載激光雷達(dá)，通過同步定位與建圖技術(shù)（SLAM）來實現(xiàn)無人機的環(huán)境感知功能，［6］讓無人機可以估計出自身位置，進(jìn)而實現(xiàn)高精度的避障飛行。

（四）活用機型和掛載

根據(jù)地形、地貌、環(huán)境的不同，搜索時應(yīng)選擇合適機型和掛載。例如，裸山搜索時應(yīng)使用固定翼無人機實現(xiàn)大范圍數(shù)據(jù)采集；追捕逃犯時應(yīng)掛載喊話器實現(xiàn)空中威懾；夜間搜索時應(yīng)掛載探照燈實現(xiàn)指引地面；大溫差搜索時應(yīng)掛載熱成像鏡頭實現(xiàn)熱源追蹤。所有的技術(shù)都是服務(wù)于人的工具，應(yīng)該著眼于實現(xiàn)無人機技術(shù)和警務(wù)工作中的深度融合。

五、結(jié)語

山區(qū)警務(wù)搜索不同于一般的空難或是災(zāi)后搜索，它有著目標(biāo)小，逃竄性強，不可預(yù)測性大的特點，搜索難度呈現(xiàn)幾何倍數(shù)增長。加之當(dāng)前對此缺乏系統(tǒng)化的總結(jié)提煉，山區(qū)警務(wù)搜索還任重道遠(yuǎn)。不過相信隨著無人機的普及，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于警用無人機這項工具的運用也會更加趨于日常化，山區(qū)警務(wù)搜索一定會向著地空一體更加高效、更加智能、更加全面的方向發(fā)展。