本案例由數(shù)之聯(lián)投遞并參與評選，數(shù)據(jù)猿獨家全網(wǎng)首發(fā)。
我國地域廣博，地質(zhì)、自然條件復(fù)雜，是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家。近年來，突發(fā)災(zāi)難性事件頻繁發(fā)生，嚴重威脅人民的生命和財產(chǎn)安全，同時，也對社會穩(wěn)定造成了較大影響。因此，加強對突發(fā)事件的應(yīng)急管理，是關(guān)系到國家經(jīng)濟和社會發(fā)展全局以及人民群眾生命財產(chǎn)安全的大事。
面臨自然災(zāi)害頻發(fā)、公共安全形勢嚴峻復(fù)雜等情況，迫切需要補齊信息化短板，綜合運用5G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等新技術(shù)，建設(shè)具有系統(tǒng)化、扁平化、立體化、智能化、人性化等特征的現(xiàn)代化應(yīng)急救援系統(tǒng)。
在此背景下，四川省通信管理局、四川省應(yīng)急管理廳、四川省總工會決定于2019年5月啟動“四川省5G+應(yīng)急應(yīng)用職業(yè)技能競賽”，該競賽旨在面向社會、企業(yè)及個人等廣泛征集5G+應(yīng)急應(yīng)用，凝聚全社會的能力與資源，進一步探索5G在監(jiān)測預(yù)警、安全生產(chǎn)、消防防火、應(yīng)急調(diào)度等應(yīng)急場景潛在需求、業(yè)務(wù)模式和技術(shù)支撐，深入挖掘并孵化一批5G+應(yīng)急特色應(yīng)用。
實施時間：
項目啟動——2019年5月17日，四川省通信管理局、四川省應(yīng)急管理廳、四川省總工會聯(lián)合印發(fā)川通局聯(lián)〔2019〕2號文—“關(guān)于舉辦2019年四川省5G+應(yīng)急應(yīng)用職業(yè)技能競賽的通知”。
選拔賽階段——2019年7月26日前，完成系統(tǒng)研制，并提交參賽方案。經(jīng)過研判，數(shù)之聯(lián)決定聯(lián)合合作伙伴，采用基于無人機的影像實時拼接產(chǎn)品參賽。
決賽準備階段——2019年8月1日，數(shù)之聯(lián)參賽方案最終從47個項目中脫穎而出，以賽道第二名的好成績順利進入決賽。
決賽階段——2019年8月30日，數(shù)之聯(lián)方案—《智聯(lián)救援-5G+無人機智能應(yīng)急救援解決方案》通過決賽答辯，獲得優(yōu)勝獎。
面臨挑戰(zhàn)
工業(yè)無人機在空中搜救、應(yīng)急救援等應(yīng)用中具有定位精度高、續(xù)航時間長、應(yīng)急決策快、環(huán)境適應(yīng)性強等突出優(yōu)勢。但目前在大規(guī)模災(zāi)害救援的情形下，兩種主流的無人機應(yīng)急監(jiān)測方式均存在一定缺陷：
1、無人機搭載光電吊艙的方式雖然可以實現(xiàn)對現(xiàn)場態(tài)勢的實時直播，但只能獲取局部信息，無法為指揮人員提供災(zāi)害現(xiàn)場的全局態(tài)勢；
2、無人機搭載正射相機的傳統(tǒng)航測方式，一般采用“航空攝影-像片野外控制測量-攝影測量空三加密-模型定向-地形測圖”的作業(yè)模式，成圖工序復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、效率低，并且需要布設(shè)大量野外地面控制點，對于森林、山區(qū)、河流等無法涉足或找不到合適地面控制點的地區(qū)，其應(yīng)用受到限制，無法真正發(fā)揮無人機遙感快速響應(yīng)、靈活機動的優(yōu)勢，制約了無人機在應(yīng)急救援中的應(yīng)用價值。
此外，目前對無人機影像的判讀也多為事后目視解譯，無法快速自動提取災(zāi)情信息，同時由于缺少對氣象、地質(zhì)等環(huán)境數(shù)據(jù)的融合分析，也不利于應(yīng)急指揮人員開展科學(xué)高效的救援決策。
綜上所述，面向滑坡、泥石流、森林火災(zāi)、洪澇等大型災(zāi)害的無人機影像實時處理與智能決策分析問題亟待解決。目前基于人工智能的無人機影像實時處理及目標解譯技術(shù)還在起步階段，若獲得成功必將為該問題的解決提供直接的方法和技術(shù)支撐，為基于無人機的防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)急救援研究提供有效的借鑒，并有望拓寬工業(yè)無人機的應(yīng)用場景，為無人機的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要支撐。
無人機搭載攝像頭實時視頻直播示意圖
傳統(tǒng)無人機航拍與數(shù)據(jù)處理流程圖
應(yīng)用場景
系統(tǒng)優(yōu)勢
“5G+無人機智能應(yīng)急救援系統(tǒng)”在實時性、適應(yīng)性與通用性、靈活性三個方面均有明顯的優(yōu)勢。
實時性
1、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性：基于新一代5G蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)，為網(wǎng)聯(lián)無人機賦予了實時超高清圖傳、遠程低時延控制、永遠在線等重要能力。
2、數(shù)據(jù)處理實時性：利用基于AI、計算機視覺、WebGIS等技術(shù)的影像實時拼接與快速解譯算法模型，可以將實時回傳的影像數(shù)據(jù)準實時處理，從而實現(xiàn)從任務(wù)下達到?jīng)Q策制定全流程的實時性與自動化。
適應(yīng)性與通用性
1、無人機平臺適應(yīng)性：系統(tǒng)采用新一代純電動垂直起降固定翼無人機平臺，可掛載多類任務(wù)載荷，同時具有續(xù)航時間長（2~6小時）、飛行高度高（可達5000米）、環(huán)境適應(yīng)性強（抵抗6級風(fēng)）等特點，具有很強的適應(yīng)性。
2、軟件系統(tǒng)通用性：無人機影像實時拼接系統(tǒng)及智能分析決策系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)僅為航拍影像、圖像POS（定位定向）數(shù)據(jù)以及相機參數(shù)，數(shù)據(jù)格式無特殊要求，所以軟件系統(tǒng)具有多無人機平臺的通用性。
靈活性
1、無人機系統(tǒng)靈活性：系統(tǒng)采用新一代純電動垂直起降固定翼無人機平臺，具備多旋翼無人機垂直起降和定點環(huán)繞的優(yōu)勢及固定翼無人機速度快和航時長的優(yōu)勢，擁有拆卸組裝快（1分鐘內(nèi)完成）、運輸攜帶便捷等特點，遇有情況可迅即投入使用。
2、軟件系統(tǒng)部署靈活性：在不同的工作模式下，無人機影像實時拼接及智能分析決策兩個軟件系統(tǒng)既可以部署在計算機硬件中作為無人機地面系統(tǒng)的一部分使用，也可以部署在云平臺中在線進行數(shù)據(jù)處理與分析。
應(yīng)用場景
綜上所述，系統(tǒng)具有“態(tài)勢感知全域化、數(shù)據(jù)處理實時化、決策分析智能化”的突出優(yōu)勢，可廣泛適用于各類應(yīng)用場景。
●災(zāi)害應(yīng)急：地震、滑坡、泥石流、洪水、森林火災(zāi)等大范圍災(zāi)害發(fā)生時的應(yīng)急決策與指揮救援。
●國土測繪：對于森林、山區(qū)、河流等無法涉足或找不到合適地面控制點的地區(qū)，實現(xiàn)測區(qū)整體環(huán)境的快速勘察，為航線規(guī)劃及控制點布設(shè)提供依據(jù)。
●公共安全：滿足大型會務(wù)環(huán)境巡邏，突發(fā)事件處理，邊境、敏感區(qū)域巡邏等需要。
●目標搜尋：助力人員搜救、墜機搜尋、飛機、車輛等目標搜尋工作。
●環(huán)境保護：開展秸稈焚燒點搜尋，污染源搜索等工作。
數(shù)據(jù)支持
由于比賽演示現(xiàn)場的條件限制，不便使用無人機進行現(xiàn)場飛行作業(yè)，因此現(xiàn)場演示數(shù)據(jù)采用2019年6月20日長寧縣雙河鎮(zhèn)（約1.5km）震后的無人機監(jiān)測數(shù)據(jù)。無人機監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括航拍影像、定位定向數(shù)據(jù)（Position and Orientation System, POS）以及相機參數(shù)三類。
航拍影像
共180張6000*4000分辨率的航測相片（分辨率為3cm），總?cè)萘考s1.8G，文件格式為JPG。
POS數(shù)據(jù)
集動態(tài)GPS定位技術(shù)和慣性導(dǎo)航技術(shù)（INS）取于一體的定位定向系統(tǒng)（POS）應(yīng)用于航空遙感，可以直接得到影像的6個外方位元素，實現(xiàn)直接對地目標定位，打破了傳統(tǒng)航空攝影測量和GPS輔助航空攝影測量必須進行空中三角測量的限制。
POS數(shù)據(jù)的文件格式為CVS
相機參數(shù)
由于每次航拍作業(yè)的相機選型存在差異，所以系統(tǒng)支持手動錄入相機參數(shù)。相機參數(shù)模板如下圖所示：
應(yīng)用技術(shù)／實施過程
技術(shù)方案
“2019年四川省5G+應(yīng)急應(yīng)用職業(yè)技能競賽”的總體技術(shù)架構(gòu)如下圖所示，“5G+無人機智能應(yīng)急救援系統(tǒng)”主要屬于終端感知層和綜合應(yīng)用層，其中無人機搜索監(jiān)測系統(tǒng)為終端感知層產(chǎn)品，無人機影像實時拼接和智能分析決策系統(tǒng)屬于綜合應(yīng)用層。
5G+應(yīng)急應(yīng)用總體技術(shù)架構(gòu)
“5G+無人機智能應(yīng)急救援系統(tǒng)”的整體業(yè)務(wù)架構(gòu)如下圖所示。
5G+無人機智能應(yīng)急救援系統(tǒng)整體業(yè)務(wù)架構(gòu)
工作模式
“5G+無人機智能應(yīng)急救援系統(tǒng)”的工作模式主要包括三種：
工作模式1：本地處理+5G發(fā)布
本模式主要針對重大自然災(zāi)害發(fā)生后基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)嚴重損毀的場景，以軟硬件一體的方式集成在無人機地面系統(tǒng)，在無人機航拍飛行過程中通過微波圖傳鏈路實時傳回航拍影像和POS數(shù)據(jù)，在本地進行實時的無人機影像拼接和智能決策分析處理，并將分析后的信息通過5G應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)進行Web發(fā)布，從而實現(xiàn)遠程指揮中心對現(xiàn)場態(tài)勢的快速、實時感知。
本地處理+5G發(fā)布模式示意圖
工作模式2：云端處理+5G網(wǎng)聯(lián)無人機
本模式下，無人機終端和地面控制終端均通過5G網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸和控制指令傳輸， 5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、低時延優(yōu)勢可實現(xiàn)圖像實時回傳至云平臺，通過部署在云端的影像實時拼接與智能決策分析系統(tǒng)開展業(yè)務(wù)應(yīng)用，融合AI深度學(xué)習(xí)能力，快速要素解譯實現(xiàn)多手段的目標鎖定及實時監(jiān)控。
但本模式比較依賴無人機的新空口5G天線設(shè)備，當前相關(guān)技術(shù)及設(shè)備還處于研制初期，5G芯片和5G終端也還沒有到位，大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用尚不成熟。
5G網(wǎng)聯(lián)無人機模式示意圖
工作模式3：云端處理+5G網(wǎng)聯(lián)地面站
本模式下，無人機搜索系統(tǒng)內(nèi)部的圖像及控制指令傳輸依然使用微波通信鏈路，地面站通過5G通信鏈路（有線/無線）將本地數(shù)據(jù)實時發(fā)送到云端，通過部署在云端的影像實時拼接與智能決策分析系統(tǒng)開展業(yè)務(wù)應(yīng)用。
在5G技術(shù)的應(yīng)用初期，本模式是5G+無人機智能應(yīng)急應(yīng)用的最佳選擇，利于快速推廣實施。本模式也是本次競賽實際采用的工作模式。
5G網(wǎng)聯(lián)無人機地面站模式示意圖
系統(tǒng)組成
“5G+無人機智能應(yīng)急救援系統(tǒng)”主要由無人機搜索監(jiān)測系統(tǒng)、影像實時拼接系統(tǒng)和智能分析決策系統(tǒng)組成。下面重點對我公司研制的“無人機影像實時拼接系統(tǒng)”和“智能決策分析系統(tǒng)”進行介紹。
無人機影像實時拼接系統(tǒng)
無人機影像實時拼接系統(tǒng)是我公司獨立研發(fā)的全國首套基于固定翼無人機的影像實時拼接軟硬件一體化產(chǎn)品，可在應(yīng)急現(xiàn)場提供從實時數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理分析的一站式解決方案，實現(xiàn)對現(xiàn)場態(tài)勢的實時全域感知，達到“目之所及、圖之所至”的效果。幫助用戶解決了傳統(tǒng)航測中內(nèi)外業(yè)分離、響應(yīng)周期長等問題，全面提升航測作業(yè)效率，可高效應(yīng)對應(yīng)急場景下快速響應(yīng)、高效決策的需求。
智能分析決策系統(tǒng)
智能分析決策系統(tǒng)可自動提取圖像中的災(zāi)情目標，快速統(tǒng)計如數(shù)量、面積等信息；同時，在融合氣象、地質(zhì)等環(huán)境因素后，可輔助專家進行快速、科學(xué)的綜合指揮調(diào)度。
外部合作
外部合作伙伴主要包括：四川傲勢科技有限公司、中國電信股份有限公司四川分公司、華為技術(shù)有限公司、中國鐵塔股份有限公司資陽市分公司、成都新橙北斗智聯(lián)有限公司。
1、四川傲勢科技有限公司，負責(zé)“無人機搜索救援系統(tǒng)”的設(shè)計與建設(shè)，具體包括無人機平臺、地面控制站、數(shù)據(jù)鏈以及多任務(wù)載荷四部分，在大系統(tǒng)中屬于感知層產(chǎn)品。
2、中國電信股份有限公司四川分公司，負責(zé)提供競賽演示區(qū)域和演示現(xiàn)場所需要的5G覆蓋和網(wǎng)絡(luò)接入，保證無人機搜索救援系統(tǒng)與無人機數(shù)據(jù)處理云平臺的數(shù)據(jù)連接。
3、華為技術(shù)有限公司，負責(zé)提供華為公有云基礎(chǔ)平臺：網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、安全、虛機等公有云IaaS資源，并保證無人機影像實時拼接系統(tǒng)和智能分析決策系統(tǒng)的順利運行。
商業(yè)變化
“5G+無人機智能應(yīng)急救援解決方案”將無人機和5G技術(shù)深度融合，結(jié)合數(shù)之聯(lián)自主研發(fā)的無人機影像實時拼接系統(tǒng)，將在處理自然災(zāi)害、事故災(zāi)難以及社會安全事件等方面發(fā)揮出重要作用，為基于無人機的防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)急救援研究提供有效的借鑒，助力我國航空應(yīng)急救援體系發(fā)展，有效推動“5G+無人機”防災(zāi)應(yīng)急產(chǎn)業(yè)的變革，具有巨大的產(chǎn)業(yè)價值。
傳統(tǒng)應(yīng)急航測方法與基于計算機視覺的智能處理方法比較如下表所示：
備注：表中“性能比較”的數(shù)據(jù)是基于2019年6月20日長寧縣雙河鎮(zhèn)震后的無人機監(jiān)測數(shù)據(jù)測算得到的。
案例提交企業(yè)·數(shù)之聯(lián)：
數(shù)之聯(lián)科技起航于2012年，由大數(shù)據(jù)行業(yè)領(lǐng)軍人物周濤領(lǐng)銜創(chuàng)立，團隊現(xiàn)有成員220余人。多年來，數(shù)之聯(lián)致力于成為集數(shù)據(jù)、算法、應(yīng)用為一體的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建者，為合作伙伴提供集頂層設(shè)計、元數(shù)據(jù)治理、分析挖掘、商業(yè)智能可視化為一體的大數(shù)據(jù)全產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)，助力企業(yè)在數(shù)字經(jīng)濟浪潮中快速轉(zhuǎn)型，贏得市場先機。數(shù)之聯(lián)已與多家行業(yè)標桿企業(yè)建立長期合作伙伴關(guān)系，并于2018年10月獲得鼎興量子領(lǐng)投，高捷資本、銀杏谷資本、中科科創(chuàng)基金跟投的A+輪融資，本輪融資完成后數(shù)之聯(lián)市場估值已逾1億美元。
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