相比于传统的航天和航空遥感平台,无人机具有云下摄影、轻便灵活、环境适用性强等优势,能快速到达极灾区后进行快速部署获取宏观灾情空间分布情况。2008年5月12日四川汶川8.0级地震、2013年4月20日四川芦山7.0级地震及2014年8月12日云南鲁甸6.5级地震等一系列破坏性地震案例表明,无人机在地震震后应急发挥着越来越大的作用。特别是在2022年9月5日四川泸定6.8级地震中新型垂直起降无人机进一步提高了无人机灾场恶劣环境的适应性,配合多载荷的应用重新定义了无人机地震应急的新范式。
一、 无人机垂直起降方式拓宽了地震灾区应急救援的空域
以往长续航固定翼无人机起降需要较大的空间进行盘旋和爬升,对起降场地有一定要求,而震后极灾区灾场地形条件一般比较恶劣,因此在一定程度上限制了长续航无人机的使用实效。近年来,垂直起降无人机创新地将旋翼与固定翼相结合,改变了传统固定翼无人机盘旋爬升的方式,无人机直接垂直爬升至指定高度,待空中无安全障碍后转固定翼模式进入航线飞行;降落时,无人机返航到降落点垂直降落,使得无人机突破了起降场地限制,能够在震后第一时间更好的覆盖应急救援所关注各个空域。
以2022年9月5日四川泸定6.8级地震为例,极灾区主要位于四川省泸定县和雅安市石棉县,该区域地形陡峭,地震地质灾害频发导致道路交通中断,宏观灾情不明,极大地增加了震后应急救援的难度。我国自主研发的纵横大鹏无人机在震后当天进入极灾区立即开展灾情获取工作,通过灵活的起降方式,在两天内对得妥镇和磨西镇附近的灾情进行应急测绘,为应急救援提供了信息保障。
图1 无人机灾区应急数据获取
图2 无人机应急任务规划图/来源:森林消防队伍作战指挥平台
二、 多载荷的应用增强了应急指挥的能力
长航时无人机所搭载的光学CCD传感器可以快速感知全灾区灾情空间分布,所制作的正射影像图、三维模型等成果可以精确判定建筑物、地震地质和交通生命线等损毁情况,形成用于应急指挥决策的灾区一张图。另一方面,无人机所搭载的光电吊舱可以实时获取重点地区的动态灾情信息,同步回传至指挥部,供指挥部决策救援。如9月7日现场指挥部利用无人机视频监控系统实时监控磨西镇东西两条河流及两边的山体和重点区域,并将现场情况通过网络将视频实时回传用于指挥救援决策。9月8日—12日,在受灾较为严重的石棉县,电力应急救援小分队进行电力输电线路巡检,保障电力生命线系统的正常运行。。此外,无人机搭载的LIDAR激光雷达测量设备,可以获取的灾区的高精度地形信息,可以为应急指挥提供高精度的三维灾场信息。
图3 无人机震后遥感影像支撑应急指挥/来源:四川省三维地理信息应急服务平台
三、 高分辨率影像提高了灾害识别的精度
基于震后快速获取的灾区无人机影像获取高精度震害信息,通过对灾害特征的识别、特征规则集的建立、阈值的设置,可以实现震害专题信息的精确识别、分类和提取,从而满足灾害损失评估的需求。图4显示获取的泸定地震震后无人机影像对单体建筑物震害和地震
图4 基于无人机影像的震害特征(a.倒塌建筑物,b.局部倒塌建筑物,c.地震滑坡)
地质的识别,可有效区分单体的震害等级。结合目视解译发现离震中最近的磨西镇建筑物损毁严重,该镇周围边坡次生灾害广泛发育,得妥镇附近建筑物分布较为稀疏,相比于震中附近的地区震害较轻,但沿大渡河流域次生灾害广泛分布。结合实地现场调查结果对极灾区内的建筑物结构类型和抗震能力进行统计分析可为震后科学考察和恢复重建提供重要支撑信息。
图4 基于无人机影像的震中建筑物灾害识别
图5 基于无人机影像的建筑物灾害识别
图6 基于无人机影像的重灾区灾害识别
综上所述,新型长航时垂直起降无人机的运用进一步拓展了震后应急救援的空间广度,其搭配的多种传感器为现场应急救援指挥决策提供了实时有效的多源化决策支持信息,基于无人机航摄影像生成的正射影像等应急测绘成果是震后快速评估灾情的重要基础。随着“大应急”时代的到来,无人机必将成为地震应急的重要利器。
袁小祥 中国地震局地震预测研究所副研究员
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