無人機(jī)在應(yīng)急測繪領(lǐng)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(yīng)急測繪保障能力建設(shè)對無人機(jī)在應(yīng)急測繪領(lǐng)域的建設(shè)需要，為達(dá)到快速高效的服務(wù)響應(yīng)，本文從需求、裝備、隊伍建設(shè)、運行費用、具體方案等多方面進(jìn)行綜合分析，從中找出最優(yōu)化的滿足用戶需求的運行模式。

目前，我國是世界上自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，災(zāi)害種類多，分布地域廣，發(fā)生頻率高，造成損失重。全國各省市（地區(qū)）均受到不同程度自然災(zāi)害的影響。近20年我國因災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的2.5%，平均每年約有20%的GDP增長率因自然災(zāi)害損失而抵消。據(jù)預(yù)測，今后10年，我國大陸將面臨多次7級以上的強(qiáng)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(zāi)害頻發(fā)地區(qū)，我國今后需要處置的各類應(yīng)急突發(fā)事件將會異常復(fù)雜、艱巨，對應(yīng)急突發(fā)事件測繪保障服務(wù)需求十分迫切，任務(wù)十分艱巨。

2012年6月印發(fā)了《國家航空應(yīng)急救援體系建設(shè)“十二五”規(guī)劃》（簡稱“航空應(yīng)急規(guī)劃”），根據(jù)國家應(yīng)急規(guī)劃要求，在充分利用各部門已有應(yīng)急測繪裝備基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌規(guī)劃國家應(yīng)急測繪保障能力建設(shè)。重點加強(qiáng)固定翼無人機(jī)在航空應(yīng)急測繪、應(yīng)急現(xiàn)場勘測、影像快速處理、多源數(shù)據(jù)集成、應(yīng)急快速服務(wù)、應(yīng)急地圖快速制印、應(yīng)急測繪調(diào)度、應(yīng)急數(shù)據(jù)傳輸、應(yīng)急測繪資源共享等方面的建設(shè)內(nèi)容。將國家應(yīng)急測繪響應(yīng)時間提高3～4倍，具備起飛后3h可抵達(dá)我國60%以上陸地及沿海區(qū)域、4h可抵達(dá)80%陸地及沿海區(qū)域的現(xiàn)場影像獲取能力，實現(xiàn)突發(fā)事件“第一時間”現(xiàn)場信息快速獲取、分析、處理與高效服務(wù)。如何達(dá)到快速高效的服務(wù)響應(yīng)，就需要從需求、裝備、隊伍建設(shè)、運行費用、具體方案等多方面綜合分析考慮，從中找出最優(yōu)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(jī)在航空應(yīng)急測繪領(lǐng)域運行模式進(jìn)行探討。

運行能力的需求分析

應(yīng)急測繪載荷應(yīng)該滿足“三全”要求

根據(jù)國家航空應(yīng)急測繪能力規(guī)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(shè)10個應(yīng)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(fù)雜多變。因此，應(yīng)急測繪需要滿足“三全”要求：（1）全天時。全天24h隨時能夠應(yīng)急出動。（2）全天候。適應(yīng)各地區(qū)大多數(shù)的惡劣天氣，能夠應(yīng)急出動，要求應(yīng)急出動能夠應(yīng)對白晝、多云霧、中等雨雪、中等強(qiáng)風(fēng)等天氣開展測繪。（3）全國境。適應(yīng)全國大多數(shù)地形地貌云下低空飛行（山地多云）、高低溫環(huán)境（-45～55℃）飛行的應(yīng)急測繪能力。

飛行平臺要具備“六項能力”

與之相應(yīng)的飛行平臺，也要滿足相應(yīng)的“六項能力”（簡稱“六能”）：（1）帶得動。針對“全天候”應(yīng)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(jī)，飛行平臺要能夠集成所需導(dǎo)航數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸、測繪控制、應(yīng)急管理等功能，確保按要求進(jìn)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(yīng)大多數(shù)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(yīng)云下低空、近地復(fù)雜地形等不利環(huán)境的飛行，能夠服從地面控制指令靈活調(diào)整測繪航線，為臨時任務(wù)、高分辨率、無遮擋等應(yīng)急測繪創(chuàng)造時機(jī)、條件。 （5）傳得回。在遠(yuǎn)程、山區(qū)等地區(qū)低空測繪，所獲測繪數(shù)據(jù)要能夠?qū)崟r傳回地面，至少傳回快視圖。機(jī)載影像數(shù)據(jù)能夠高質(zhì)量記錄帶回。（6）回得來。飛行平臺具備長時間飛行能力，飛機(jī)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障后，地面能夠遙測識別或處置，具備自動應(yīng)急返航著陸、迫降能力。

全套裝備要好用易用且好維護(hù)好維修

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

運行能力要能夠長期并有效運行

實現(xiàn)應(yīng)急測繪需要構(gòu)建適合的運行機(jī)制，主要包括以下幾點：（1）長期運行。運行方案應(yīng)滿足常態(tài)化、長期運行的需要，能夠為日常運行提供“造血機(jī)制”支撐。（2）有效運行。運行方案應(yīng)規(guī)劃設(shè)備、場地、空域、隊伍、資金、預(yù)案（應(yīng)急、訓(xùn)練）、體系（當(dāng)?shù)鼐仍M織）等條件，運行方案應(yīng)處于常態(tài)化運行狀態(tài)，確?！捌綉?zhàn)轉(zhuǎn)換”可行。

應(yīng)急測繪裝備的解決方案

應(yīng)急測繪載荷方案

為滿足應(yīng)急測繪“應(yīng)急出動，多種任務(wù)”的需要，制定同時集成多種影像獲取設(shè)備的組合方案?？扇鞎r全天候有效工作，具備響應(yīng)速度快，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，機(jī)動靈活，戰(zhàn)時能應(yīng)急，平時能測繪的特點。

飛行平臺方案

目前國內(nèi)已有的固定翼無人機(jī)系統(tǒng)已具備“三全”和“六能”的優(yōu)秀飛行性能和高海拔機(jī)場起降性能，全系統(tǒng)集成技術(shù)成熟，沒有發(fā)生過重大飛行事故。能夠滿足搭載的任務(wù)載荷的重量、體積、電功率以及數(shù)據(jù)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(fēng)速30m/s的氣象條件下正常飛行，飛行控制系統(tǒng)采用三余度設(shè)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(fù)飛，一鍵自動返航，嚴(yán)重故障自動待機(jī)并返航著陸等功能，易學(xué)易用。

使用和維護(hù)維修分析

目前國內(nèi)現(xiàn)有的應(yīng)急測繪無人機(jī)系統(tǒng)的軟件、硬件基本是國產(chǎn)和自產(chǎn)，設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)成熟，不受國外元器件限制，生產(chǎn)線完整齊套，能滿足批量生存需要，維護(hù)維修的配件備件供應(yīng)快捷、有保障，維護(hù)成本低，每套無人機(jī)系統(tǒng)提供必要的隨機(jī)備件，能夠保障無人機(jī)系統(tǒng)及組合載荷的正常運行、較高的出勤率和任務(wù)成功率。配備有使用和維護(hù)維修的成套技術(shù)手冊資料。

培訓(xùn)、維護(hù)維修方案也要做到切實可行。國內(nèi)企業(yè)已有的經(jīng)驗可以移植或借鑒到應(yīng)急測繪。

應(yīng)急測繪適用的分析

今年出臺的《關(guān)于促進(jìn)通用航空業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出到2020年全國注冊的通用機(jī)場數(shù)量達(dá)到500個，進(jìn)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(shè)通用航空機(jī)場的熱情高漲、建設(shè)速度快，能夠為無人機(jī)應(yīng)急測繪提供有力條件。此外，爭取得到各地“應(yīng)急辦”、地方測繪部門和測繪企業(yè)為應(yīng)急測繪提供支持；應(yīng)急測繪無人機(jī)系統(tǒng)落戶地方后，除了保證應(yīng)急測繪，還能夠發(fā)揮優(yōu)秀的大比例尺測繪服務(wù)功能，為構(gòu)建“造血機(jī)制”和“平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換”創(chuàng)造條件。

機(jī)場和維修條件

目前國內(nèi)民用機(jī)場分布廣泛，應(yīng)急測繪可以聯(lián)合企業(yè)、用戶單位和政府部門等資源，利用已有的民用機(jī)場和空域，方便應(yīng)急測繪中心建設(shè)，便于制定運行及維修預(yù)案。

應(yīng)急測繪隊伍的結(jié)構(gòu)方案

基層救援中心運行維護(hù)隊伍結(jié)構(gòu)

按照“滿足應(yīng)急強(qiáng)度、一崗多責(zé)”的原則，每個救援中心的救援任務(wù)運營維護(hù)隊伍按照飛行崗位需要可自主配備，人員數(shù)量根據(jù)無人機(jī)及其飛行要求確定。主要應(yīng)該包含：中心領(lǐng)導(dǎo)，負(fù)責(zé)組織管理、任務(wù)協(xié)調(diào)；飛行指揮，負(fù)責(zé)日常和應(yīng)急飛行指揮，可由中心領(lǐng)導(dǎo)兼任；市場人員，負(fù)責(zé)測繪任務(wù)實施方案、航管等保障和協(xié)調(diào)；財務(wù)人員，負(fù)責(zé)財務(wù)核算；飛行崗位操作手，負(fù)責(zé)飛行任務(wù)中的各項飛行操作；機(jī)務(wù)人員，負(fù)責(zé)飛行前裝拆和性能檢查、日常維護(hù)和維修。

（左）我國應(yīng)急測繪能力建設(shè)的分布情況。

（右） 我國民用機(jī)場布局規(guī)劃分布圖。

能力共享體系的能力

借助應(yīng)急測繪無人機(jī)系統(tǒng)具備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)鏈通行能力，加上地面的光纖網(wǎng)絡(luò)，可以將全國各地配置的無人機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)相互協(xié)助/協(xié)作。其中，測繪影像數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵人員、專家和設(shè)備可以集中在幾個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點建設(shè)，避免各地布點。開展應(yīng)急救援時，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時的專家會診、數(shù)據(jù)集中處理。特別是，作為全國的救援體系，為保障應(yīng)急救援所需的維修保障，可以采購儲存多架應(yīng)急測繪無人機(jī)系統(tǒng)的常用備件，集中在某地作為應(yīng)急備件周轉(zhuǎn)保障，可節(jié)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(jī)年度運行費用和每架次運行費用進(jìn)行測算。對年度運行費用和每架次運行費用包含的項目進(jìn)行細(xì)化。其中，飛行費用分別按日常訓(xùn)練和應(yīng)急出動的規(guī)模測算，人員規(guī)模按照應(yīng)急出動的需要測算。可參考民航局有關(guān)收費標(biāo)準(zhǔn)，但實際情況的收費項目較多、較高，實際測算中應(yīng)當(dāng)適當(dāng)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(shù)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(jié)合測繪事業(yè)單位分類改革和人員分流工作，在編制內(nèi)調(diào)配人員,自行組建應(yīng)急測繪中心隊伍，獨立負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理和運行。前期由無人機(jī)企業(yè)負(fù)責(zé)培訓(xùn)和技術(shù)保障，在隊伍完全掌握系統(tǒng)運行及維護(hù)技術(shù)后由中心獨立開展工作。主要優(yōu)點有：（1）人員由事業(yè)編制調(diào)劑解決，基本經(jīng)費有了保障，并保持了與省局的行政隸屬關(guān)系。（2）有利于各省測繪地理信息部門對中心所覆蓋地區(qū)的應(yīng)急測繪任務(wù)和基礎(chǔ)測繪業(yè)務(wù)統(tǒng)籌規(guī)劃，將1萬以上的大比例尺地形圖納入國家和省級基礎(chǔ)測繪管理，增強(qiáng)了測繪地理信息部門的工作職責(zé)，提高了為政府、為市場的服務(wù)能力。（3）實現(xiàn)了由測繪地理信息部門統(tǒng)一向政府提供多種遙感影像和數(shù)據(jù)，基本滿足該地區(qū)社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)對遙感信息的需求。（4）實現(xiàn)遙感影像數(shù)據(jù)在該地區(qū)的統(tǒng)一規(guī)劃，做到影像數(shù)據(jù)統(tǒng)一獲取，統(tǒng)一提供，避免重復(fù)航攝，重復(fù)投資，為政府節(jié)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(guī)劃系統(tǒng)能力建設(shè)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(shù)創(chuàng)新的大氛圍，容易脫離技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新。

模式二

由應(yīng)急測繪中心將系統(tǒng)交由無人機(jī)企業(yè)使用維護(hù)，并向其購買運行和維護(hù)服務(wù)，自己不建隊伍。主要優(yōu)點有：（1）測繪地理信息部門沒有建隊伍的負(fù)擔(dān)。（2）系統(tǒng)可以迅速投入運行，發(fā)揮作用。（3）發(fā)揮了企業(yè)人才、技術(shù)和設(shè)備專長優(yōu)勢，系統(tǒng)運行高效。（4）測繪地理信息部門可以側(cè)重應(yīng)急測繪和平戰(zhàn)結(jié)合的規(guī)劃。（5）系統(tǒng)產(chǎn)權(quán)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(yè)隊伍的管束能力弱。（2）企業(yè)難以協(xié)調(diào)與地方的關(guān)系。（3）難以最大發(fā)揮系統(tǒng)能力，實現(xiàn)平戰(zhàn)結(jié)合。（4）企業(yè)容易受利益驅(qū)使難以開展大協(xié)作。

模式三

由當(dāng)?shù)卣y繪地理信息部門、企業(yè)共建應(yīng)急測繪中心?？筛鶕?jù)政府制定的本地區(qū)社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)劃，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各地區(qū)、各部門對地理信息的需求，進(jìn)一步做出地理信息獲取、使用的中長期規(guī)劃和年度計劃，并列入省級財政預(yù)算，下達(dá)省測繪地理信息部門執(zhí)行；測繪地理信息部門根據(jù)政府下達(dá)的規(guī)劃和計劃，制定詳細(xì)具體的實施計劃，以任務(wù)或項目形式下達(dá)（或合同或模擬租賃）給企業(yè)。以合同形式承包或租賃給應(yīng)急測繪企業(yè)，獨立運行；應(yīng)急測繪企業(yè)按計劃或合同，可與當(dāng)?shù)販y繪企業(yè)合作，完成省測繪地理信息部門下達(dá)的應(yīng)急測繪任務(wù)和平戰(zhàn)結(jié)合項目，并承擔(dān)系統(tǒng)安全責(zé)任。應(yīng)急測繪企業(yè)在完成省測繪地理信息部門下達(dá)的任務(wù)和項目的前提下，可自主參加一些市場的遙感項目競標(biāo)，以補(bǔ)貼運行費用不足問題。

該模式的主要優(yōu)點有：（1）把國家應(yīng)急測繪任務(wù)，當(dāng)?shù)厣鐣l(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)對遙感的需求，基礎(chǔ)測繪業(yè)務(wù)三者緊密結(jié)合起來。（2）推動地區(qū)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)，強(qiáng)化了測繪地理信息部門工作的公共服務(wù)性，推動本地區(qū)大數(shù)據(jù)發(fā)展；實現(xiàn)地區(qū)測繪地理信息工作與政府工作統(tǒng)一安排，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一航攝，統(tǒng)一提供成果。（3）發(fā)揮企業(yè)的作用，利用好計劃與市場優(yōu)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(wù)大平臺。

運行方案的總結(jié)

模式三既具有模式一和模式二的優(yōu)點，又克服它們的缺陷。政府、部門和企業(yè)“三方”共建當(dāng)?shù)氐膽?yīng)急測繪中心，結(jié)合應(yīng)急測繪能力，適當(dāng)承擔(dān)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)所需測繪任務(wù)，通過承擔(dān)當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃的測繪項目，就可以解決運行經(jīng)費來源，可實現(xiàn)“造血機(jī)制”和“平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換”的結(jié)合。因此，建議采取模式三的運行模式。

由于運行方案的可復(fù)制性，建議通過試點、示范，運行半年進(jìn)行驗收，取得經(jīng)驗，以點帶面，指導(dǎo)開展其他應(yīng)急測繪中心的建設(shè)。 ■