李杨攀
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摘要：我国自然灾害频发,严重影响着农业生产、生态环境、交通运输和经济社会的发展。为了能够满足当前愈加严峻的气象防灾减灾形势，科学应对突发性灾害天气，基于驻站式无人机灾害监测系统开始运用。本文主要介绍驻站式无人机灾害监测的处理流程，以及实践运用，从而反应出无人机的灾情监测具备不受地点以及时间的约束的优势，更加符合现场气象应急服务工作的所需，在防灾减灾中起到应有的价值。
关键词：驻站式；无人机；实时监测；灾害监测；
我国地域辽阔，自然灾害频发,如何建立高效的灾害监测与预警系统,降低受灾人员的生命财产损失,维护社会秩序的稳定,对于推动我国社会主义现代化建设有现实而深远的意义。目前,我国各业务部门已经初步具备 灾害预警能力,然而主要依靠政府进行行政管理。 在这种管理体系下 ,各部门缺乏横向联系,信息和资源得不到充分利用,缺乏对减灾 、防灾的系统分析,防灾和减灾方法得不到有效的普及和运用。有些灾害存在较大的不可控因素，比如山火，山火存在很强的突发性和快速蔓延特性，最短时间内发现山火能够大大降低其危害以及其对生态和人民生命财产的损失。因此,建立更加实时、准确的灾害监测与预警系统势在必行。基于驻站式无人机灾害监测系统，其主要在灾害高发区域附近的铁塔顶、山顶、变电站屋顶、小区屋顶做一个无人机机巢，利用市电或者太阳能为机巢充电，无人机定时飞向高空对周边环境进行拍照监测，同时利用5G网络向监控中心及机巢发送现场情况，同时监控中心具有一定的智能识别功能，如果识别有异常情况还可以通过5G信号向相关监控人员及时发送异常信息，无人机完成任务后回到机巢进行充电并等待下一次任务。无人机的监测任务可以根据设定程序在不同时间不同季节执行不同频率的不同任务，同时监控中心也可向机巢发送监测任务。
1.系统介绍
基于驻站式无人机灾害监测系统，涵盖了无人机机体、数据链系统、5G监控信息回传系统、智能识别系统以及电源系统等。本系统的主大部分运用在譬如影像数据采集以及传输和辅助指挥决策以及应急救援等。运用无人机在灾区上空依据划定的航线实施航空拍摄，取得灾区高清影像，利用5G图传，传回无人机机巢，然后对传回的影像进行数据处理后，通过亚洲四号卫星传回指挥中心。无人机影像数据收集的同时，可把数据传输到省气象局的局域网服务器。利用灾情支持决策指挥系统实施针对性的应急救援措施，指挥救援行动。另外还能够运用省局服务器利用微信方式把应急监测图片实时推送给领导，便于领导及时进行相关的救灾指挥。无人机信息传输系统，一旦无人机飞行超出地面站最大链路范围时,只可采取空中数据中继数据链,才可以更好的确保有效地完成传输过程。而卫星信号的广域覆盖性在一定程度上为无人机在更大的范围内实施信息传输提供了可能,另外卫星的信道性能相对稳定,建立基于卫星中继的无人机信息传输系统就成为一种良好的信息传输方式。
自然灾害监测系统，自然灾害监测系统将卫星数据作为数据源, 采取C#高级语言构建系统框架,集成Python爬虫功能和IDL核心算法,在干旱、沙尘、洪灾以及火灾监测方面,实现卫星数据自动下载、影像预处理、指标计算、专题制图输出等功能,构建更加高效以及具体可行的实时灾害业务监测机制,为防灾减灾工作提供支持。 在干旱、沙尘、洪灾和火灾监测三个方面采取灾害指数方法显示征灾害程度。干旱方面采取表征地表干旱强度以及持续时间的干旱指数来表明土地干旱状况,主要有归一化植被指数(NDVI)、垂直植被指数(PDI)、改进型垂直植被指数(MPDI)、归一化差分水分指数(NDMI)、归一化差 分干旱指数(NDDI)等。同时,在沙尘监测方面,沙尘和下垫面背景及云在可见光、中红外及远红外波段的光谱特性差异是卫星遥感进行沙 尘监测的理论基础。
基于此,采用亮温差异法(BTD),三波段火山灰产 品法 (TVAP), 可比沙尘强度指数 (ICSD) 及红外差值沙尘指数 (IDDI)等模型进行沙尘监测。 在火灾方面,系统选择对火灾比较敏感的波段,通过波段间的组合运算增强图像上的火灾区域,获取火灾区域、 火灾强度等信息。多面性的火灾燃烧指数主要有燃烧面积指数 (BAI)、归一化燃烧指数(NBR)和改进归一化燃烧指数(NBRT) 。
2. 应急服务流程
开启应急机巢计算机系统电脑以及卫星接收系统等相关设备。申请卫星信道，同时开通卫星信道，为机巢提供卫星通信链路在卫星接收器的控制面板上启动自动对象或在电脑控制软件上启动对星，一旦接收器上所有灯长亮时，打开功放，对星完成也就是完成机巢通信连接。 把副遥控器（可控制机载摄像头）通过HDMI高清线缆与机巢电脑接通，实现数据的即时传输。利用车载矩阵，把无人机所连接的机巢电脑信号切换到视频会议中，在省局指挥中心就能直接观看到无人机传回的即时影像。 机巢自动站以及音频设备可及时搜集现场数据以及现场音视频影像，同时上传到并上传本地电脑，通过卫星及5G通讯把搜集的气象数据以及音频实施数据传输，机巢电脑配备的硬盘刻录机当即对数据实施存储，更加方便资料储存。
3.应用案例
我国地域辽阔、森林草原覆盖面积大、植被复杂多样，人类生活生产动火和自然因素容易引发森林草原火灾，尤以四川西南部、黑龙江大兴安岭地区、湖南、湖北、江西最为严重，特别是近两年多次发生因山火造成灭火人员伤亡事件。政府相关部门可根据历年山火发生情况及危险程度设置驻站式无人机监测系统，在高发时段、高发区域设置定时勘察任务，从而保证能够在最短时间内发现山火、扑灭山火，最大限度保护自然资源，同时也可以根据无人机采集的山火信息，为森防指挥部及公安部门提供数据支撑。
3.1 初期准备工作
在载有无人机的机巢安装好后，及时开启机巢计算机系统电脑以及卫星接收系统等相关设备。在开通卫星信道后，启动自动对象或在电脑控制软件上启动对星，如果接收器上所有灯长亮时，打开功放，对星完成就完成了应急监测系统的地面站部分。
3.2机巢数据搜集以及传输工作
利用机巢中的自动气象站设备，让应急人员实时搜集现场的风力、风向、温度、气压、湿度等气象要素值，具体展示在车载监控界面上。利用有线网络将自动气象站与计算机连接，再通过卫星网络或5G网络连接局域网发送到应急联动服务中心。
3.3 初期无人机准备工作
在对防汛区域实施观察后，在无人机飞行控制系统上划定无人机航线，在无人机组装完成后实施无人机传感器的校正，更加便于其在平坦空旷区域进行起飞。
3.4 无人机数据搜集与传输工作
无人机起飞后依据既往确定的航线飞行拍摄，同时把副遥控器通过HDMI高清线缆同机巢进行接通，然后利用车载矩阵，把无人机所连接的车载电脑信号切换待视频会议中，在指挥中心就能够及时的观察到无人机传回的即时影像，为山火防灭指挥部工作部署提供强有力的基础影像资料。无人机的运用在一定程度上给相关决策人员提供了现场灾情观测信息以及指挥决策应急救援的关键参考。
结语
本系统将灾害监测与预警作为主要内容，联系航天遥感和地面遥感以及5G，综合卫星与无人机的监测资料,实现对灾害的时间、地点以及具体等级的准确监测和系统的全自动化,在一定程度上为偏远地区受灾居民提供预警服务,这在促进灾害监测以及预警现代化的进程中发挥出显著的价值。基于机巢以及无人机野外应急监测系统在突发气象灾害事件现场提供应急气象服务以及有效监测周围地区局部天气系统等方面起到了无可替代的价值，也显著提升野外应急监测的工作效率，取得了领导及群众的共同认可，更加凸显出面向社会公共气象服务的核心精神。不过其中也存在一定的缺陷和不足，譬如无人机不具备防水设计，无法在雨中提供相关气象服务。无人机飞行控制系统受到周边环境的干扰和影响。
参考文献
[1] 陈钦柱, 赵海龙, 余阳. 基于无人机的电力传输线山火灾害监测技术研究[J]. 自动化与仪器仪表, 2019(4).