傾斜攝影和三維實景建模技術在基層消防救援站的運用

■ 李一星 任安忠 龍巖市消防救援支隊

消防救援隊伍的戰斗力體現在基層，消防救援站指揮員的指揮能力影響著75%左右火災撲救的全過程，影響著重特大火災撲救的前期階段。隨著無人機和信息化技術的高速發展，基層消防救援站可以充分利用現有的設備，構建高效、可靠的指揮決策系統，加強災情評估、救援指揮決策、災后救援等工作。戰前，利用三維建模實景建模技術可以讓消防救援人員直觀了解到轄區消防安全重點單位的基本地形、地勢特點，將預案制作和熟悉演練落到實處而不是流于形式；在滅火救援現場的快速建模技術，可以在極短時間內，將災害事故現場的安全隱患、災情特點充分展現，服務于作戰訓練安全工作；戰后，每戰必評，戰例研討中也可以充分利用實景建模完成沙盤推演、想定作業、案例復盤等工作，豐富消防救援隊伍研討的形式。

一、無人機傾斜攝影及三維建模技術概述

三維建模技術可理解為將現實世界可視化和地理實體化，利用二維影像或傾斜影像，生成高分辨率且帶有逼真紋理貼圖的三維模型，擁有能用于應急救援中測繪的精度并可實時測量現場各種地理信息數據。采集帶有POS信息的傾斜影像，使建立的三維實景帶有地理位置信息這一基礎數據。傳統的三維建模流程復雜，受限于建模人員的能力素質和專業知識，基層救援人員學歷構成無法匹配，無法滿足快速反應的應急力量體系。無人機實景三維建模技術作為測繪領域的一項技術，利用航拍無人采集影像，通過建模軟件構建區塊，在影像組中還可以加入控制點、水平點提高精度，實現現場的即時重建，或通過后期制作三維動畫推演。初步完成無人機實景三維建模對于操作者的要求不高，設備需求簡單，因具有快速、簡單、高效及成本低的特點，適用于基層消防救援站。

（一）傾斜攝影技術

傾斜攝影技術是指利用無人機航拍，從一個垂直、四個側視等不同角度拍攝二維圖像的技術，本質上就算一種攝影的技術。由于在三維實景重建的過程中相機安裝傾角、視場角和分辨率都會影響到最后的模型精度，所以在采集的過程中必須注意像控點的布設。地形變化較大、建筑物形式復雜或者植被較多時，應增加照片的重疊度，以保障后期建模的精度。

（二）三維建模

在實景建模的工作流程中，如圖1，我們首先通過采集影像計算它拍攝的位置，導入程序使用空中三角測量，之后可以加控制點和編輯連接點來對空中三角測量結果進行微調，以助于提升幾何和地理空間精度。借助于三維重建算法對三維模型以及每個格網面片的影像紋理進行優化，形成實景模型。借助ContextCapture軟件，可以生成繁多種類地理信息系統格式的精確地理參考三維模型，包括真正射影像和新的Cesium3DTiles，并將瓦片范圍和空中三角測量結果導出為KML和XML。

與傳統的正射影像相比，如圖2，三維實景建模技術具有直觀、觀賞性強、可操作性大的特點。基于高性能移動工作站，快速建立的三維實景模型在時間成本上并不遜色于正射影像。站級滅火救援指揮決策能力和現場管控水平的提升，應充分運用“天地空”一體化指揮體系，形成天上衛星信號覆蓋、空中無人機偵察、地面進攻。

（三）常用測繪軟件

大疆制圖與大疆無人機適配良好，其航拍無人機在行業內占據著領袖地位，二者結合可全面提升航測內外業效率，將三維建模簡單化，實現“自動飛行、數據采集、分析處理、建模應用”一站式、程序化地航測作業方式。ContextCapture是成熟的、經過時間考驗的行業級軟件，特點是支持大數據量集群作業，速度快，軟件分為Seting、Master、Viewer幾個模塊各司其職。

（四）ContextCapture快速建模演示

無人機傾斜攝影采集影像，登錄Engine并打開Master啟動引擎，WGS-84坐標系統為數據收集坐標系統，三維數據模型使用以測區幾何中心為原點的ENU 坐標系統，選擇General選項卡，單擊右側Submit Aerotriangulation按鈕，如圖3。

實施自動化空三結算，根據ENU坐標系，將該模型根據坐標系輸出，全面控制數據形成的過程，建立一體化三維模型，并可使用LocaSpaceViewer進行三維實景地圖的標注與測繪制作，如圖4。

二、基層站信息化建設的實力和能力

加強前突通信、快速挺進事故現場、直調直報、駐停匯報、邊拍攝邊匯報等專項訓練，通信保障從原來的輔助決策職能轉變為支撐指揮，從保障自身到服務全局。通信裝備一是要保障多網絡融合，由專用設備逐步轉變到與通用設備均可互聯互通；二是要簡化操作，一鍵開機自動接入，無需人工配置，為人工智能打下基礎；三是要模塊化程度更高，更便捷，注重實用性。

（一）信息化裝備建設

基層消防救援站需要根據實際情況選擇具有適配處理性能的移動工作站用于建模，以Context Capture實景三維建模軟件為例：影響此軟件運行有效性和可靠性的性能指標是計算機內存、CPU、顯卡和決定讀寫速度的磁盤。基本配置建議達到i7-8600k，英偉達1080T以上，CPU的頻率越高越好，建議2.4GHz以上，內存8Gb以上。當在處理線程數量和速度之間猶豫的時候，更高速度的處理器在建模時更加優秀。比如，對于同樣代序的CPU，8線程3.6GHz的CPU要優于12線程2.4GHz的CPU。

（二）無人機及無人機航線規劃

利用Altizure或DJI Pilot規劃好航線。數據飛的要好，重疊率夠，同時不過高。數據有POS，降低空三時間。快速驗證空三成果（setdownsampling），節約空三錯誤時間成本。建立模型階段，最好的辦法是集群（提升硬件配置），把照片分磁盤存放，提高數據訪問效率，降低數據讀寫時間。

（三）優化基層消防救援站建模能力

救援現場人員復雜，情況多變，時間緊迫，影像采集過程中可以設置參數“興趣點環繞模式”，如圖5，環繞速度3m/s，定時拍攝間隔2s，控制云臺俯仰角30度，飛行高度和半徑根據建筑物實際大小確定，最后在興趣點上拍攝10張重疊度80%的影像。這種拍攝技術可以極大節約時間，手動飛行也符合基層站缺少行業級無人機的特點。

三、基層站信息化及可視化運用研討

根據工信部最新數據，截至2022年3月底，我國5G基站數量已達156萬個。面對全球大規模的5G網絡，消防救援隊伍應緊緊抓住以大數據、云計算、人工智能、物聯網、移動互聯網為代表的新一輪技術革命的契機，努力構建與新時代國家應急救援體系相適應的指揮信息化、調度模塊化、戰術專業化、信息扁平化的支撐體系，解決消防隊伍慢半拍、接不上、通不了的問題，為消防救援隊伍扛旗立戶、轉型升級注入新的強大動能。

（一）輔助救援應用

無人機可提供航拍全景視角，從高空對現場實施偵察，可以觀察到傳統攝影設備無法偵察到的火場上方情況和消防救援人員難以內攻進入的地點，利用紅外測溫功能還可以實時偵測火場的溫度變化。

（二）預案制作

“大數據，一張圖”建設背景下，每個基層消防救援站都有針對消防安全重點單位的模塊化編程及預案。實地演練中，站干部可以利用三維實景地圖，針對重點單位的建筑結構、道路、水源、交通、鄰近構筑物情況，對易受災地點進行講解。

（三）滅火救援及實戰演練中的運用

應急通信系統是快速響應、高效救援、安全可靠、服務實戰的基本保障，是貫穿事發、事中、事后全流程支撐應急管理的基座。三維實景地圖可以對構筑物體積、曲面、地理坐標進行數據讀取和測量，如圖6。水槍陣地的選擇、內攻路線，安全員設置地點，易燃易爆建（構）筑物的安全范圍，這些都可以通過測量三維實景地圖獲得數據，實現對真實救援現場的全方位掌控，如圖7。使用第三方插件還可以實現態勢標繪、腳注、模型重建、動畫制作等功能，現場修訂完善戰斗編程。

（四）滅火救援戰評及案例復盤

“每站必評”是消防救援隊伍的優良傳統。戰評不能流于形式，要將災害基本情況、作戰基本情況、作戰分析、主要結論等方面進行重點細致研討。大多數基層消防站的戰評流于形式，主要是念稿、讀ppt。究其原因，過于枯燥、單調的戰評方式很難重現救援現場緊張的形式，而三維實景建模技術將災害事故現場初步還原，逼真重現，做到人人都能參與其中，身臨其境。

四、結語

基層消防救援站是我們這支隊伍的門面，是消防隊伍戰斗力的體現，代表著我們不忘初心的職責使命和“赴湯蹈火”的訓詞精神。加強基層消防救援站的信息化建設和戰斗力提升，運用現代化的技術實現可視化三維實景建模，運用到日常工作生活和滅火救援戰斗等方方面面。將實景建模技術融入基層隊伍事前、事中、事后，加快隊伍轉型升級，全面構建救援體系和救援能力現代化。