本案例由數(shù)之聯(lián)投遞并參與評選，數(shù)據(jù)猿獨家全網首發(fā)。
我國地域廣博，地質、自然條件復雜，是自然災害頻發(fā)的國家。近年來，突發(fā)災難性事件頻繁發(fā)生，嚴重威脅人民的生命和財產安全，同時，也對社會穩(wěn)定造成了較大影響。因此，加強對突發(fā)事件的應急管理，是關系到國家經濟和社會發(fā)展全局以及人民群眾生命財產安全的大事。
面臨自然災害頻發(fā)、公共安全形勢嚴峻復雜等情況，迫切需要補齊信息化短板，綜合運用5G網絡、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、云計算、人工智能等新技術，建設具有系統(tǒng)化、扁平化、立體化、智能化、人性化等特征的現(xiàn)代化應急救援系統(tǒng)。
在此背景下，四川省通信管理局、四川省應急管理廳、四川省總工會決定于2019年5月啟動“四川省5G+應急應用職業(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+應急應用，凝聚全社會的能力與資源，進一步探索5G在監(jiān)測預警、安全生產、消防防火、應急調度等應急場景潛在需求、業(yè)務模式和技術支撐，深入挖掘并孵化一批5G+應急特色應用。
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—“關于舉辦2019年四川省5G+應急應用職業(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、應急救援等應用中具有定位精度高、續(xù)航時間長、應急決策快、環(huán)境適應性強等突出優(yōu)勢。但目前在大規(guī)模災害救援的情形下，兩種主流的無人機應急監(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，成圖工序復雜、生產周期長、效率低，并且需要布設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)，其應用受到限制，無法真正發(fā)揮無人機遙感快速響應、靈活機動的優(yōu)勢，制約了無人機在應急救援中的應用價值。
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情信息，同時由于缺少對氣象、地質等環(huán)境數(shù)據(jù)的融合分析，也不利于應急指揮人員開展科學高效的救援決策。
綜上所述，面向滑坡、泥石流、森林火災、洪澇等大型災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支撐，為基于無人機的防災減災與應急救援研究提供有效的借鑒，并有望拓寬工業(yè)無人機的應用場景，為無人機的產業(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
應用場景
系統(tǒng)優(yōu)勢
“5G+無人機智能應急救援系統(tǒng)”在實時性、適應性與通用性、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蜂窩移動通信網絡，為網聯(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)從任務下達到決策制定全流程的實時性與自動化。
適應性與通用性
1、無人機平臺適應性：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)境適應性強（抵抗6級風）等特點，具有很強的適應性。
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用場景。
●災害應急：地震、滑坡、泥石流、洪水、森林火災等大范圍災害發(fā)生時的應急決策與指揮救援。
●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)劃及控制點布設提供依據(jù)。
●公共安全：滿足大型會務環(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），總容量約1.8G，文件格式為JPG。
POS數(shù)據(jù)
集動態(tài)GPS定位技術和慣性導航技術（INS）取于一體的定位定向系統(tǒng)（POS）應用于航空遙感，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：
應用技術／實施過程
技術方案
“2019年四川省5G+應急應用職業(yè)技能競賽”的總體技術架構如下圖所示，“5G+無人機智能應急救援系統(tǒng)”主要屬于終端感知層和綜合應用層，其中無人機搜索監(jiān)測系統(tǒng)為終端感知層產品，無人機影像實時拼接和智能分析決策系統(tǒng)屬于綜合應用層。
5G+應急應用總體技術架構
“5G+無人機智能應急救援系統(tǒng)”的整體業(yè)務架構如下圖所示。
5G+無人機智能應急救援系統(tǒng)整體業(yè)務架構
工作模式
“5G+無人機智能應急救援系統(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害發(fā)生后基礎網絡嚴重損毀的場景，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應急通訊網絡進行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網絡進行數(shù)據(jù)傳輸和控制指令傳輸， 5G網絡的大帶寬、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)務應用，融合AI深度學習能力，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天線設備，當前相關技術及設備還處于研制初期，5G芯片和5G終端也還沒有到位，大規(guī)模的商業(yè)應用尚不成熟。
5G網聯(lián)無人機模式示意圖
工作模式3：云端處理+5G網聯(lián)地面站
本模式下，無人機搜索系統(tǒng)內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)務應用。
在5G技術的應用初期，本模式是5G+無人機智能應急應用的最佳選擇，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品，可在應急現(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)航測中內外業(yè)分離、響應周期長等問題，全面提升航測作業(yè)效率，可高效應對應急場景下快速響應、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、地質等環(huán)境因素后，可輔助專家進行快速、科學的綜合指揮調度。
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“無人機搜索救援系統(tǒng)”的設計與建設，具體包括無人機平臺、地面控制站、數(shù)據(jù)鏈以及多任務載荷四部分，在大系統(tǒng)中屬于感知層產品。
2、中國電信股份有限公司四川分公司，負責提供競賽演示區(qū)域和演示現(xiàn)場所需要的5G覆蓋和網絡接入，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、華為技術有限公司，負責提供華為公有云基礎平臺：網絡、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+無人機智能應急救援解決方案”將無人機和5G技術深度融合，結合數(shù)之聯(lián)自主研發(fā)的無人機影像實時拼接系統(tǒng)，將在處理自然災害、事故災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減災與應急救援研究提供有效的借鑒，助力我國航空應急救援體系發(fā)展，有效推動“5G+無人機”防災應急產業(yè)的變革，具有巨大的產業(yè)價值。
傳統(tǒng)應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)領軍人物周濤領銜創(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、應用為一體的大數(shù)據(jù)產業(yè)生態(tài)構建者，為合作伙伴提供集頂層設計、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)全產業(yè)鏈服務，助力企業(yè)在數(shù)字經濟浪潮中快速轉型，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系，并于2018年10月獲得鼎興量子領投，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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