无人机行业应用技术 课件 项目四 应急救援

项目四无人机应急应用主讲老师：XXXX项目导学无人机应急应用作为国家应急救援体系现代化建设的重要支柱，已形成覆盖研发制造、技术集成与实战服务的完整产业链。当前，无人机＋高清摄像头、热成像仪、激光雷达等专业设备已实现规模化应用，全国半数以上的县级应急单位配备无人机应急救援装备，多次参与应急抢险任务。在地质灾害防治中，通过无人机进行三维建模可精准识别山体形变，提前进行预警及防治。在森林防火作业中，依托多光谱技术实现火势智能预判，多机协同构筑火灾预警及处置立体防线。无人机以其快速响应和灵活机动的特性，在灾情预警、评估和处置方面发挥着重要作用，使灾情响应效率大幅提升，人员伤亡率显著降低，用科技守护生命，生动实践了“人民至上”“生命至上”的价值理念。能力图谱学习目标能力目标1.能正确选择和使用不同应急场景下各种类型无人机和相关载荷设备。2.能正确控制与操作应急无人机进行不同场景下的无人机航线规划、飞行监控和任务作业等。3.

能正确记录、处理、分析不同应急场景下无人机采集的影像数据等资料。知识目标1.理解无人机应急应用常见场景的基础知识和特点。2.掌握无人机地质灾害防治和火灾监测处置的操作流程。3.掌握无人机应急场景数据处理和建立三维模型的方法。素养目标1.具备遵守无人机公共安全响应相关法律法规要求的意识。2.具备承担公共安全重要责任，积极履行职责的精神。

3.具备面临各种困难和挑战，不畏艰难、勇往直前的意志。任务1地质灾害防治01任务2火灾监测处置02任务1地质灾害防治011.1任务描述群山褶皱处的地质脆弱带，在季风雨水侵蚀下面临崩塌滑坡的隐忧，悬顶之危时刻威胁着生命脉络。以无人机为“星眸”瞰守大地，毫米级形变捕捉与裂隙追踪，为祖国大地编织立体监测网，方能在危崖崩落前筑起防患于未然的科技屏障。本次任务为某地80平方公里地质灾害高风险区开展精准监测与防治项目。监测区为山体结构松散、地表裂隙发育等高风险区域，地质环境复杂、生态脆弱，雨季降水量集中，叠加深切河谷与陡坡地形，易形成崩塌、滑坡及不稳定斜坡等典型灾害隐患。成果数据将支撑地质灾害预警系统建设，为灾害风险评估、防治工程规划及应急决策提供高精度空间基准，切实保障人民生命财产安全和区域生态安全。测区地理情况如图所示。知识储备一.地质灾害​（1）我国地质灾害发生情况与规律特点​我国山地丘陵区占国土面积约65%，地质条件复杂、构造活动频繁，崩塌、滑坡等地质灾害隐患多、分布广、防范难，是世界上地质灾害最严重、受威胁人口最多的国家之一，灾害主要集中在川东渝南鄂西湘西山地、青藏高原东缘等多个区域。2021年全国共发生地质灾害4772起，致80人死亡、11人失踪，直接经济损失32亿元。​（2）地质灾害基本概念​指自然因素或人为活动引发的，危害人民生命和财产安全的，与地质作用有关的灾害，如山体崩塌、滑坡等。​（3）地质灾害分类​共划分为30多种类型。按诱因分，由降雨、地震等引发的为自然地质灾害，由工程开挖、爆破等引发的为人为地质灾害。常见类型主要是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降6种与地质作用有关的灾害，本质是自然或人为因素作用下形成的，对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用或现象。滑坡

滑坡指地表或地下岩土层在外力作用下突然移动或倾斜的现象，会导致土地和岩石大规模位移，对周围环境及人类建筑物造成严重损害。其发生多因岩土层稳定性被破坏或减弱，地震、降雨、自然演化，以及采矿、切坡等人类工程活动长期作用于斜坡土体或有结构面发育的岩体，均可能引发滑坡。

典型滑坡在三维模型上的一般判释特征：平面形态呈簸箕形（含舌形、不规则形等），还包括滑坡壁、滑坡台阶、滑坡舌、滑坡裂缝、滑坡鼓丘、封闭洼地等。​除局部识别外，还可从大范围地貌形态判断，滑坡多发育于峡谷缓坡、分水岭地段阴坡、侵蚀基准面急剧变化的主支沟交会地段及其源头等处。​

测区某滑坡（a.三维实景模型；b.数字高程模型）滑坡知识储备

崩塌

崩塌指地表或地下岩土层在外力作用下突然或逐渐破坏、倾斜的现象，与滑坡类似，会致土地和岩石大规模位移，损害周围环境及人类建筑物。其多因岩土层稳定性受损引发，地震、降雨、自然演化及人类工程活动作用于有构造裂隙的山体时易发生。​

崩塌可能摧毁下方居民区、损坏铁路、公路、桥梁等，防治措施有：隐患排查；群测群防，连续强降雨时转移群众；危岩体下方建拦石墙、防护网；工程清除危岩体；搬迁避让等。​

其三维影像表现：整体上部地形陡立，坡表岩体破碎粗糙、基岩多裸露，堆积呈三角锥形且在地形低处，有颗粒分选。尚在发展的崩塌，岩块脱落山体的槽状凹陷色调浅、无植被，上部陡峻或参差，崩塌壁有时因自身岩石色调深而呈深色。崩塌堆积单个平面多为舌形、梨形等，稳定岩堆呈崩塌裙；表面色调较深且不均、有斑点，纵断面为直线形和凹形，横断面突起不明显，边界因植被覆盖呈渐过渡状态、较模糊。知识储备崩塌测区某崩塌（a.三维实景模型；b.数字高程模型）知识储备

泥石流

泥石流是伴随山洪发生、具高速流动性的地质灾害，由水、泥沙、岩石等混合而成，泥沙石块体积含量≥15%为泥石流，＜15%为山洪。多发生于陡峭山区或河谷，大雨、融雪、地震等自然因素，在降雨大、地表松散或植被破坏时易触发。​

其会摧毁居民区、厂矿等，掩埋铁路、公路等设施，还可能堵河。防治措施：隐患排查；群测群防，强降雨时转移群众；清沟谷淤积、疏通排洪道；建拦挡坝、导流渠；远离沟口搬迁。​

无人机解译需判识发育地形、堆积扇、沟道不良地质体并综合判断。典型泥石流沟有坡度，堆积体扇状分布于沟口，见沟口明显堆积扇可判别；泥石流沟利于降雨汇聚，沟内不良地质体提供物源，降雨时物源汇流成堆积扇，故解译核心是堆积扇与不良地质体。​​某泥石流（a.三维实景模型；b.数字高程模型）泥石流知识储备地裂地裂缝是指地表或地面上出现的裂缝或裂隙，通常呈线状或面状，如图4-1-6所示。可能是地质构造活动、地震、地下水位变化、地下矿采、地下水开采、自然风化等因素导致地层受力不均匀而产生的结果。地裂缝可造成道路、建筑物开裂或倾斜。防治措施包括：群测群防；工程、建筑物避让；相关部门组织修复受损房屋或工程建筑等。地裂缝1.3任务实施无人机地质灾害防治规范化作业流程​

流程含作业准备、作业实施、作业后处理三大衔接阶段，保障任务高效安全完成。​（1）作业准备​核心为制定飞行计划、明确测区范围；科学布设并测量像控点以保精度；结合测区地形、任务目标及无人机性能设计航线、规划航线任务，且严格检查航线安全性；最后全面开展飞前检查，确认无人机系统状态。​（2）作业实施​先选满足地质灾害调查需求（如分辨率、传感器类型）的飞行平台与载荷；上传规划航线至飞控系统，起飞前再规划降落航线；随后执行飞行作业，按预定航线采集目标区域影像或激光雷达等数据。​（3）作业后处理​先安全回收无人机并维护设备；再整理测区数据，检查完整性与影像质量，合格后备份；利用数据制作三维模型并检查构建情况；基于三维模型等数据进行地质灾害特征分析，识别隐患点、变形特征；整理提交处理成果、分析报告及原始数据；最后完成收尾工作，确保项目闭环。​1.3任务实施1.作业准备（1）像控点布设在地质灾害防治过程中，应根据测区面积、地形复杂度及精度要求确定像控点数量，选择地质稳定区域（如基岩、硬化路面），避开易受滑坡、坍塌影响的区域布设像控点，在重点区域（如滑坡体、裂缝带）适当加密布点，一般建议每平方公里布设1～2个点，地形复杂区域可增至3～5个。本任务测区范围20平方公里，需要布设30～40个点，像控点布设需使用高对比度材料（如红白相间十字标志），尺寸建议≥1.5m×1.5m，确保无人机航拍时清晰可见。采用国家或地方统一坐标系（CGCS2000），高程系统与项目要求一致，坐标测量精度需达到厘米级，建议使用RTK。如图所示。像控点布1.3任务实施平台与载荷：针对80平方公里任务，需精细化数据采集与三维建模，选垂直起降固定翼无人机（适配大范围、长航时），载荷用内置高分辨率相机（拍高清影像制DOM）；其他场景适配：巡察可选固定翼，重点侦察用旋翼，危险源监测用旋翼/系留无人机。飞行计划：紧扣目标，明确监测类型、高风险区及数据要求；结合所选设备规划航线、设航高/重叠率；依实时气象调方案，灾后可多机协同；用三维建模等析地表趋势，生成风险地图；评估效能优化频率，守合规要求，形成“规划-执行-分析-反馈”闭环。纵横大鹏CW-007垂直起降固定翼无人机可见光相机1.3作业实施地质灾害灾后监测需科学规划航线，保障安全高效，核心注意事项：①需具备在线重规划功能，适配环境变化；②依应急时效性与精度选飞行高度（低则精度高，需保最小安全高度）、重叠度；③规避天气、电磁环境等影响。

针对垂起固定翼无人机，航线需适配其起降与长航时特性，设计高效路径及参数，优先长直线巡航（减少急转，适配大转弯半径），依赖前期规划避障，注重全局能源分配。航线规划步骤：下载DEM数据与离线地图→导入测区范围文件→多边形测区规划航线→调航线角度与特殊航路点→设仿地飞行→定起降点→预览航线高程→保存工程；另含纵横飞图软件具体操作步骤。1.3作业实施（1）新建工程工程即为我们的飞行计划，可提前进行规划，或到现场再规划。点击“航测飞行”按钮，进入工程管理界面，左边可选择创建新工程。输入任务名称，设置飞机型号、任务设备（与飞行平台相关），选择拍照模式，一般默认采用“定距”拍照。完成以上设置，点击“创建工程”。（2）航线规划①下载DEM数据和离线地图。点击软件界面右侧“离线地图”图标，如图所示。点击“选择下载区域”，框选需要下载的区域，与规划测区相同方式规划需要下载的范围，点击“下载离线地图”“下载DEM数据”或“清除DEM缓存”，如图所示。下载DEM数据和离线地图界面1.3作业实施②测区KML/KMZ文件导入进行航线规划之前，可先行导入测区KML/KMZ文件，参考规划区域进行航线规划。在“任务设置”菜单下选择“航摄任务”→“测区/段导入”，如图所示。测区文件导入界面③绘制多边形航线部分未知测区范围，进行航线规划时需要利用多边形测区航线规划功能。选择左边工具栏的“测区类型”按钮（点击“测区类型”后出现“航线规划”按钮），选择“多边形”。根据测区位置和形状，在地图窗口单击鼠标左键完成测区规划。同时，界面会自动弹出测区、设备等信息，右边会切换到航测参数设置界面。设置航向重叠度、旁向重叠度与镜头角度。点击“规划航线”按钮，可生成航线，如图所示。1.3作业实施绘制多边形航线界面航线生成后，左侧信息框显示任务飞行里程、航高、拍照数、作业面积、预计飞行时间等关键信息，测区基准面高程可自动获取并按需修改。重叠率与航线角度调整有滑块拖动、直接改数值两种方式；拖动测区多边形顶点可即时修改测区并重新生成航线。系统默认提供A、B、C、D四个测区进入点，可按需选择。航线方向与夹角依测区形状调整（正东为0°，逆时针为正、顺时针为负），地图界面点击测区中间蓝点，拖动环绕测区的圆即可便捷调整航线方向。1.3作业实施航线进入点选择航线角度调整H点（应急返航点）：默认作应急处理用，调至起降场附近且视距内，高度与任务航线一致，属性设为无限盘旋；1号航路点（引导/爬升点）：引导起飞方向与爬升至航高，调至起飞方向，盘旋路径距起飞点至少350米，高度与任务航线一致，属性设为过低盘旋；倒数第二点（预回收）：引导飞机安全返航并进入降落模式，调至降落前调整点附近，高度与任务航线一致；倒数第一点（降落前调整点）：调整飞机高度、位置以预备降落，调至降落航线内部，盘旋方向与降落航线一致，高度为起降地面+150米，属性设为无限盘旋（如图）。1.3作业实施⑤仿地飞行在高差较大的山区测区进行作业，为保证数据精度，可在高级设置里可打开“仿地飞行”开关，规划仿地飞行航线，最大坡度角默认3°，建议实际飞行时设置为2°，以保证飞行过程中航线的重叠率。如图所示。⑥起降点设置在开展地质灾害空中侦察任务时，要选择合适的作业场地，场地要尽可能空旷、开阔、平整，远离山体、建筑物、树木等危险地带，防止二次灾害对机组人员安全造成威胁。在地面站软件中，可通过导入起降点、地图选点和采集飞机位置进行起降点选择，如图4-1-17所示。特殊航路点调整界面起降点设置界面1.3作业实施1.3作业实施（3）航线上传航线规划完毕，首先点击右上角高程预览进行航线高程查看，确保航线高度高于山体高度，如图所示。航线高程预览界面参数设置和航线规划完毕后，点击“工程保存”，完成规划，如图所示。最后，发送飞行计划，右键点击任意航路点打开编辑菜单，选择发送飞行计划按钮，在确认航线信息与设置的一致之后，点击确认，航线发送成功后将会以蓝色显示。航线发送成功后，航线变成蓝色。工程保存界面（2）飞前检查飞前检查是确保飞行安全和提高飞行效率的重要步骤，需要机组人员协同进行，对每一个检查项目按顺序逐一检查和确认，若任何项目检查不通过则不得起飞。完成航线规划任务上传后，会提示是否进入飞前检查，点“是”进入飞前检查，如图所示，打开地面站软件的“飞前检查”页面，对每一个检查项目按顺序逐一检查和确认。若任何项目检查不通过则不得起飞。前检查不允许跳步检查。飞前检查的主要内容包括：机身检查、姿态检查、磁罗盘检查、飞行任务检查、相机参数检查、应急参数检查、备份GPS检查、动静压检查、舵面检查和最终确认。飞前检查界面1.3作业实施①机身检查机身检查的内容是检查机体连接器是否安装牢固，各舵机是否安装良好，螺丝机构是否紧固等。根据所使用的具体机型进行机体部分的检查。1.3作业实施项目要求状态飞机各部件无损坏□飞机装配所有部件正常连接□机身舱盖安装锁紧□平飞动力螺旋桨紧固、无损坏□机翼中端安装锁紧□空速管无损坏、堵塞□机翼锁扣扣紧□舵机无卡齿□舵面无损坏□旋翼机臂无损坏、锁紧□旋翼电机安装紧固□旋翼螺旋桨无损坏、锁紧□尾翼连接插销锁紧□尾翼固定螺丝锁紧□机身外部天线紧固□1.3作业实施②姿态检查姿态检查时，需转动飞机机身，检查地面站显示的姿态角是否与实际姿态一致。姿态检查时，每一个角度必须超过±5°，否则该步骤无法通过。③磁罗盘检查转动机身，检查显示的磁罗盘角度是否和实际的一致，再观察主、备份磁罗盘偏差是否在±5°以内，若超出±5°范围，请重新校准磁罗盘。前期已经进行磁罗盘校准检查工作，此处可直接勾选跳过，进行下一步检查。④飞行任务检查点击“请求航路点”，检查航路点个数和高度是否正确，检查移动平台相对位置是否正确。前期航线规划已经进行飞行任务规划检查工作，此处可直接勾选进行下一步检查。⑤相机参数检查在做航测类任务时，起飞前请再次确认拍照参数设置是否正确。点击“请求”，确认拍摄模式和拍摄参数是否正确。点击“手动单张拍摄”，再点击“请求照片总数”观察相机是否正常触发拍照。⑥应急参数检查点击“应急参数检查”按钮，出现应急参数检查具体项目。再次进行应急参数设置确认检查，若设置有误，可对相应参数进行更改。对相应参数进行更改后需点击“发送”按钮，将修改后的应急参数发送到自驾仪后，再次点击“请求”按钮，查看参数是否已经完成修改并发送到自驾仪。若参数没有问题，则直接进入下一项检查，如图所示。应急参数检查界面1.3作业实施⑦备份GPS检查点击“备份GPS检查”按钮，出现检查界面。确认“GPS主/备”为“主GPS启用”，再点击“请求备份GPS数据”，出现备份GPS信息。⑧动静压检查动静压检查方法为使用空速管套罩住空速管，空速管罩不要堵住空速管口，保留一厘米间距，为空速管口创造一个稳定的气流环境点击“空速置零”按钮。地面站人员观察动压示数窗口“动压”值在“0.00”附近跳动。置零后，机务人员用大拇指堵住空速管口并保持恒定的压力，红圈内孔洞为静压口，机务人员进行动压检查时不能堵塞静压口，如图所示。1.3作业实施动压检查1.3作业实施⑨舵面检查舵面自动检查时确保人员处于安全位置，逐一检查副翼、升降舵、方向舵、悬停电机（即旋翼电机）的工作状态是否正常，如图所示。⑩最终确认检查结束完成最终确认，点击“最终确认”按钮，确认“GPS”状态为“3DFix”，舵机电源：5.5～6.0V，主电源应为满电状态，满电为26±0.2V。舵面检1.3作业实施（3）飞行状态监测垂直起降固定翼无人机即将起飞前，需将飞机放置在起飞点，移除空速管罩，确认飞机机头指向航路点1点方向，同时保证当前起飞方向处于迎风方向或者无风状态。清空起飞场地周边的人、物，然后地面站操控人员可发送起飞指令，如图所示。起飞界面1.3作业实施根据典型飞行任务，无人机完成一次飞行任务主要经历垂直起降、过渡阶段和固定翼巡航三个阶段。垂起固定翼无人机起飞后，首先旋翼启动先爬升到指定高度，平飞动力启动进入怠速；然后平飞动力推满油门，无人机平飞加速至固定翼无人机的安全速度，旋翼关闭，无人机进入固定翼飞行阶段；接着以固定翼状态爬升至巡航高度；完成作业后，当无人机收到降落指令，以固定翼状态进入四边降落航线，在达到降落高度后，平飞动力关闭，旋翼启动，无人机开始减速至速度为零，以旋翼状态垂直降落到指定降落点，如图所示。垂直起降固定翼无人机飞行阶段1.3作业实施起飞后，地面站人员需关注飞行数据并向机务通报自驾模式、高度、电压等，共同保障安全，监测要点如下：发动机自启动：旋翼爬升时看是否正常启动并维持怠速，启动失败/熄火会自动重启，3次失败则原地降落；旋翼电压及动力：动力不足（如电池问题、低温、高海拔）会自动降落，电压过低且判断不安全可手动发“中止”指令；空速：爬升时应与迎风风速相近且稳定，过高（如＞10m/s且风小）且持续增加可发“中止”指令；加速：发动机需稳定在最大转速，熄火会自动迫降，人为发现异常可发“中止”指令；飞行：进入飞行模式后发动机转速需保持最大，转速过低且低于起飞最小高度5m将迫降；其他：旋翼飞行时需紧急中止任务，可发“中止”指令降落。起飞飞行界面高度：爬升时高度递增、垂直速率为正；平飞时高度在目标值

±10m内。油门满仍跌超20m、跌至最低海拔下或低于航线保护高度，均会自动返航/迫降；垂直速率：爬升时2-4m/s及以上，若近0或为负需返航；平飞时近0波动；空速：CW-007巡航空速19m/s、爬升空速18m/s，需与当前飞行状态匹配；地速：空速与地速差值超10m/s（风速过大），易影响数据质量与安全，建议取消任务返航；GPS状态：正常为NARROWINT_RTK:1.0；主GPS丢失启用备份（橙色背景）、完全丢失（红色背景、卫星0），均需返航；电量：主电源满电25.2V，低于21.6V或低于返航电压超10s，需尽快降落或触发自动返航；舵机电压稳定在5.5-6V；姿态：横滚角≤35°、俯仰角≤15°，超限制则红色警示；数据链：断开时RX数值停增，超设定时间或满足特定条件（如距0点1km外且超飞行时间），自动返航/降落；降落前准备：开遥控器（确认自驾档位、油门最低，开机后调中位），确认“RC正常”、油门指令50%、逆风降落、航线安全及GPS状态正常。1.3作业实施起飞飞行界面1.3作业实施（3）降落时状态监测飞行完毕后，飞机按规划航线返回起降场地，引导飞机跟踪降落前调整点，待飞机下降至降落高度（起飞高度+150米）后即可执行降落程序，点击“降落”按钮，飞机按降落航线自动进行降落。下达降落指令，飞机进入降落模式后，操作人员应持续关注飞机的高度、电压、自驾模式等信息，具体监测的飞行状态及数据主要包括：①固定翼阶段：在降落期间，若飞机高度低于降落高度，飞机将会自动迫降；若飞机一直横偏超限复飞，可在控制器参数中，将横偏超限值加大。②悬停阶段：在多旋翼悬停阶段，飞机位置距降落点10m内且不降落，20s后会强行降落；若飞机位置距降落点10m外且不降落，1min后会强行迫降；多旋翼悬停阶段，若有其他异常情况，也可使用“中止”指令使飞机立即降落。若在多旋翼飞行状态下，遥控器接管为GPS模式或姿态模式，然后重新切为自驾模式，则飞机将保持悬停状态，此时可继续切为手动操作；若20s无响应，飞机将自动降落。③接地：飞机接地且旋翼停止运转后，将遥控器油门收至最低，然后切为姿态模式。若飞机接地后旋翼螺旋桨持续保持怠速转动，可使用“中止”指令使其立即锁定。也可在遥控器切为手动后，内八字掰杆锁定。1.3作业实施飞机着陆后，下载载荷及自驾仪数据，拷贝SD卡照片至设备备份，填写飞行记录，核心检查要点如下：数据完整性与质量：依监测区域范围查是否漏拍、误拍，发现则补拍；检查照片是否模糊、曝光异常，不合格影像需标记，同时做好照片备份；漏拍原因：可能为“定距拍摄”模式、SD卡读写慢或SD卡已满；关键数据下载：POS数据需每次飞行后立即下载，避免被新数据覆盖，自驾仪重启无法获取时可手动输入；基站与移动站GPS数据建议立即下载，防止被后续操作覆盖。下载POS数据界面1.3作业实施

地质灾害防治实景三维模型制作核心流程为：加载原始影像→空中三角测量→控制点精度纠正→三角网构图→正射纹理映射→裁切分幅，具体步骤如下：

解析空中三角测量：利用影像与目标的空间几何关系，计算相机位置姿态及目标稀疏点云；处理后可判断原始数据质量是否达标、是否需增删影像，且二维/三维重建均需先执行此步骤；

导入并设置像控点：导入像控点坐标，设置其测量对应的坐标系；刺像控点与空三解算：结合外业照片与自动匹配影像完成刺点，关闭pos约束后点击优化，再次执行空三解算；查看空三质量报告：通过报告查看像控点解算精度及空三结算详细参数。最终生成实景三维模型，用于后续分析应用如图所示。地质灾害监测区三维模型

基于三维模型，结合区域地质、气象水文资料，初步建立灾害解译标志，经野外踏勘修正后形成解译标志卡片，开展灾害解译识别，以下为监测到的滑坡特征：滑坡1：位于某地南西1.6km处，前缘高程900m、后缘1180m（高差280m），主滑方向45°、坡度22°；纵向长550m、横向宽300m（面积0.015km²），平均厚度20m（体积3.3×10⁶m³），为大型覆盖层岩质滑坡如图所示；滑坡2：位于某地南西300m处，前缘高程665m、后缘935m（高差270m），主滑方向194°、坡度19°；纵向长700m、横向宽250m（面积0.18km²），平均厚度17m（体积2.55×10⁶m³），为大型岩质滑坡；边界清晰，后缘有高陡台坎，前缘堆积体上有公路与居民聚集区；受天气及人为活动影响，可能整体或局部失稳，威胁居民点与公路如图所示。1.3作业实施1.4任务评价本任务某地80平方公里地质灾害高风险区开展精准监测与防治项目此次地质灾害区域监测成果包括数字高程模型（DEM）、数字表面模型（DSM）、三维模型和解译图谱，如图所示。数字高程模型数字表面模型三维模型数据解译图谱任务2火灾监测处置012.1任务描述随着城市化进程加速，工业火灾呈现复杂化趋势，传统消防手段在危化品泄漏、立体燃烧等特殊场景中面临监测盲区与处置风险双重挑战。无人机应急救援体系构建“空天地”一体化火场感知网络，对实现科学施救、保障人员安全具有重大战略意义。某市长炼石化设备有限公司重整与加氢装置预加氢单元发生闪爆，当地应急管理部门启动复杂火灾场景下无人机应急救援，如图4-2-1所示。面对传统火灾救援因地形复杂、火势多变导致的效率低下问题，需要通过无人机搭载热成像相机、高清相机及灭火抛投系统等设备，完成火情动态监测与应急处置全流程操作。本次无人机应急实战应用场景中“人机协同、科技赋能”的实战应用，为城市火灾防控提供技术支撑。2.2知识储备（1）石油化工火灾场景石油化工火灾发生在工厂、矿山、油田等工业生产场所。这些场所火源复杂，易燃易爆物品众多，一旦发生火灾，极易产生连锁反应，引发爆燃、爆炸。化工企业使用的原料、半成品、成品、副产品极具易燃易爆且有毒、有腐蚀性等特点，处置难度较大，如图所示。石油化工火灾

森林火灾是世界性难题，全球年均发生20多万起，烧毁面积超全球森林总面积1‰；其发生地多地形环境复杂、交通通信差，处置困难。无人机因体积小、造价低、适应性强，可深度参与火灾救援，完成灾情侦测、物资投送、通信中继、辅助灭火等任务，助力提升救援效率。森林火灾指失控蔓延、危害森林生态与人类的林火，突发性强、破坏性大，关联极端天气与人类活动，属联合国粮农组织认定的世界八大自然灾害之一，不仅破坏森林资源，还威胁生命财产及重要设施安全。我国是森林火灾多发国，1950—2019年累计发生约82万起（年均1.2万起），受害面积约3817万km²，因灾伤亡约3.4万人。1987年大兴安岭“5・6”特大火灾后，我国防灭火工作成效显著，1988—2019年较1950—1987年，年均火灾次数、受害面积、伤亡人数分别下降58%、92.8%、80.4%如图所示。2.2知识储备森林火灾2.2知识储备森林火灾种类森林火灾依火烧部位、蔓延速度等分为地表火、树冠火、地下火，草原火多属地表火。地表火沿地表蔓延，分急进型（快、危害轻）和稳进型（慢、高温、危害重），烟浅灰、温约400℃；树冠火由地表火引发，烧树冠，分连续型（含急进、稳进，后者危害最甚）和间歇型，焰暗灰、温达900℃，难扑救；地下火在腐殖质/泥炭层燃烧，无烟焰、慢且久，可越冬。另有飞火（燃物高空飘落成新火点）、火旋风（高温气流成旋转火涡）、火爆（能量积聚爆燃）、爆燃（可燃气体遇火爆炸）等特殊火行为，均具高危险性。草原火燃烧快、火势猛，受风影响大。森林火灾救援的任务及特点森林火灾救援主要任务包括扑明火、打火头、设防火隔离带、清理火场、护重要目标、救转移人员及抢运物资。其特点为：任务紧急需快速反应，以实现“打早、打小、打了”；火情随地形等多变，扑救难度大；救援力量多元，协同难形成合力；属高危作业，易发生伤亡。无人机可借快速响应与高空视角助灾情研判，1200米内定位火点、绘火线，查资源、监火线预警，烟点阶段红外监测复燃。建筑火灾发生于住宅、商业建筑、厂房等场所，火势蔓延快且建筑内部结构复杂，人员疏散难，易致重大伤亡与财产损失，是城市消防安全隐患。据统计，全国年均发生建筑火灾约30万起，常伴随交通拥堵、扑救难、伤亡重等问题。随着无人机性能提升，其在建筑火灾救援中作用愈发重要。建筑火灾救援对象涵盖多层/高层建筑、大型商场、化工装置等，任务特点显著：一是人员疏散难，建筑内人员集中、疏散距离长，火势与烟雾扩散快，大型商场可燃物还会产生有毒气体，且部分安全出口封堵、上锁或防火门失效，易引发群死群伤；二是易积聚高温浓烟，建筑开口少致浓烟难散，高温烟气易产生烟囱效应，充斥室内后既威胁被困人员逃生，又增加火情侦察与内攻灭火难度；三是易变形倒塌，高温是主因，叠加钢结构冷热骤变、荷载过大等因素，钢构件易变形，甚至引发建筑整体坍塌；四是易形成立体燃烧，火势蔓延途径多、速度快，若初起未控制，会突破防火分区、外墙窗口及连廊蔓延，还可能引燃毗邻建筑；五是灭火作战难度大，建筑高、结构复杂、功能多样，大型商场火灾中人员难快速疏散、浓烟高温致能见度低，加剧救援艰巨性。无人机为建筑灭火救援提供新方案，可挂载超细干粉灭火装置远程灭火，还能挂载水带、救援弹、破窗弹，解决高层火灾供水、救援、破窗等难题，第一时间抵达现场施救。2.2知识储备2.2知识储备消防无人机多为模块化设计，可依需求搭载多种载荷：红外热成像相机：非接触探测红外热量，生成热图像并量化温度，能高精度测温、智能分析，用于火灾监测等场景；悬挂式超细干粉灭火装置：靠物理隔绝与化学抑制灭火，保质久、免维护，启动方式多，喷粉远、保护面积大，适配多种场景；高压细水雾灭火系统：将水雾化成小水滴，冷却与窒息灭火，用水量少、无残留，适配开放空间，结合技术可提升精准度；灭火弹与抛投器系统：含悬挂释放机构等，空投灭火弹靠起爆布撒灭火剂，可精准控制，适用于森林火情；喊话器与照明灯：兼具喊话安抚与照明功能，借无人机机动性用于应急救援等场景。灭火弹与抛投器系统高压细水雾系统2.2知识储备一、作业准备明确火场位置、规模、燃烧物及风向等任务要求与环境条件，选抗风、长续航、高可靠性的多旋翼或无人直升机，依侦察/灭火阶段配载荷（侦察用高清热成像，灭火挂灭火弹发射装置等）。组装检查设备，确认电池、通信链路、遥控器等状态，设应急返航，消除安全隐患。二、作业实施先规划航线，设兴趣点与飞行高度；无人机起飞侦察，操作员借载荷回传画面定位火源、判蔓延趋势，传信息至指挥部。需灭火时，无人机抵目标上空投灭火物资。实时监测火场、无人机状态与环境，动态调航线或策略，灭火后侦察评估，未达标则重规划方案，形成“侦查－决策－行动－评估”闭环，直至控火。三、作业后处理回收无人机，检查清洁设备、充储电池、保养载荷并记录使用情况。下载归档影像与飞行数据，绘火场图、析起火原因，对比影像评灭火效果与无人机性能，找技术或操作问题。复盘总结流程，提改进措施形成报告，为后续任务积累经验。（1）设备选型

针对本任务的石油化工火灾场景，选取无人机和任务载荷设备完成航测勘察任务和灭火任务。首先需要考虑满足任务对火灾情况进行侦查，实时监测火灾风险点位，并通过红外观察是否存在升温复燃现象，可以选择自带高清摄像头与红外热成像仪的大疆御3无人机进行灾情勘察任务。同时为了完成灭火任务，可根据火灾实际情况选择多旋翼无人机搭载喷粉喷水管组件和悬挂式干粉灭火装置，大型或小型无人直升机挂载灭火弹。2.2知识储备小型消防无人直升机大型消防无人直升机悬挂式干粉灭火装置灭火弹（2）设备检查和组装全面检查消防无人机的机身、机翼、螺旋桨等部件，确保无损坏、松动。检测电池电量是否充足，通讯模块、飞控系统、导航系统等功能是否正常。检查挂载的灭火设备（如干粉罐、高压细水雾喷头等）要安装牢固且无泄漏。干粉/水雾消防无人机的结构‌主要包括：机身结构、挂载系统、动力系统、避障系统、电池系统和灭火装置，如图4-2-3所示。执行任务前需要全面检查各系统是否安装牢固并正常工作。2.2知识储备干粉/水雾消防无人机结构图2.2知识储备挂载灭火弹时，按照弹体和挂架的设计要求，手动或使用工具将其牢固锁定在挂架上，注意将灭火弹平稳、垂直地对准挂架的卡槽或挂钩，挂好时可以听到和感觉到明确的锁定到位声。挂载完成检查弹体与挂架、弹体与无人机机体，特别是螺旋桨之间是否有足够的安全间隙，避免飞行中碰撞，如图所示。多旋翼无人机挂载灭火弹起飞侦查核心操作：无人机搭载AI技术智能巡检，发现火情后，侦查无人机迅速飞抵火场低空侦察，通过高清摄像头、热成像相机获取火源位置、火势强度等信息，实时传至地面指挥中心。AI智能火源巡检：石油化工厂区、森林等重点区域，部署带AI视觉系统的无人机进行网格化巡检，用YOLOv5算法识别火源，发现火情即上传定位至指挥中心，抢占灭火黄金时间。YOLOv5模型识别前提：需正确数据集、合适模型训练及有效后处理，数据准备阶段需收集森林火灾、建筑物火灾等不同场景的火灾图像数据集如图所示。图片训练程序数据准备2.2知识储备图片标注：确保数据集包含标记的边界框，这些边界框标注了火灾的位置。火源图片标记界面如图所示。AI识别训练：使用自定义的火源数据集，使用YOLOv5的train.py脚本进行模型训练。AI模型训练界面如轮播图所示。训练结果认证：将训练好的模型部署到火源监测中，将无人机传回照片进行训练检测，并查看模型置信度。模型火灾识别结果如图所示。火源图片标记

AI训练模型火灾识别结果2.2知识储备2.2知识储备火灾监测航线规划在安全的起降点，无人机起飞并迅速飞抵火灾现场上空。先进行低空侦察，利用高清摄像头、热成像仪等设备获取火灾现场的详细信息，如火源位置、火势强度、蔓延速度、周边环境等，并将数据实时传输回地面指挥中心，如图所示。火灾现场侦查2.3任务实施利用地面站软件确定火灾监测重点区域，规划无人机监测航线，起飞点尽可能靠近前指，视野良好，具备充电条件，半径20m空中相对干净，如不能靠近前指，则需要与核心爆炸区域保持安全距离。航线需确定相对安全的作业位置，关注作业区域内高建筑。起降点规划示意图2.2知识储备规划火灾监测航线需注意：①进出航线避开危险设施，与系留无人机等保持距离，悬停避开人员作业区、危化品储罐上空，选视野好、信号佳区域，非必要不移动、不飞爆炸核心区；②光线充足时快速识别高塔、高压线，多人轮换飞行需交接障碍物信息；③必要时切手动模式，靠近可能障碍物测高度，低于航线5米即安全；超航线高度则开避障，近障5米或至正上空判碰撞风险，若碰撞可降外扩边距、缩测区、改航线绕障或提航线高度越障。侦查航线规划界面2.2知识储备（3）侦查作业分析使用小巧便携的DJIMavic3T无人机，搭配高性能可见光及热成像相机，对林区进行全局防火监测，利用热成像相机定位温度异常点位的同时，通过可见光画面确认情况，发现起火点之后迅速进行现场火情侦查与定位。高温区域大范围侦查（2）灭火作业根据侦察结果，选择合适的灭火方式。在灭火过程中，无人机按照预定的飞行路线和作业模式，对火灾区域进行全面覆盖，确保灭火效果。若使用干粉灭火，无人机飞至火源上方适当高度，打开干粉罐阀门，通过气压将干粉喷洒到火源处。若采用高压细水雾灭火，则启动喷头，向火源喷射细密的水雾，降低温度并隔绝氧气，如图所示。多旋翼无人机灭火无人直升机搭载灭火弹灭火2.3任务实施（3）实时监测与调整持续监测火灾现场的情况，包括火势变化、灭火效果等。根据监测结果，及时调整无人机的飞行参数和灭火策略。如发现火势扩大或出现新的火源，迅速调整飞行路线，对新的区域进行灭火作业。在余火看护阶段，停止喷水时大范围观察有没有温升现象，如图所示。重点保护区域观测界面阴燃火点热成像界面阴燃火点三维模型上标注2.3任务实施2.4任务评价本任务石油化工火灾场景建模成果如图下图所示模型参数：飞行高度：75米，角度：45°，现场最高建筑：40米，飞行架次：2，飞行时间：30min，照片张数：684张，三维建模时间40min，电脑配置CPUi9，内存64G，显卡：英伟达2080Ti。某石油化工厂火灾任务三维模型项目小结

通过本次学习我们了解到，无人机在应急救援领域中地质灾害防治和火灾监测处置的典型场景，以山体滑坡灾害监测、石油化工厂火灾应急处置等真实作业项目为背景，以制作并分析地质灾害监控测区三维模型、分析处理红外热成像数据等为重点任务，融入无人机应急处置新方法，遵循《滑坡崩塌泥石流灾害精细调查规范（2023—2024年）》等新标准，再现无人机应急救援的全流程操作，使学习者具备多类型无人机协同飞行作业、热成像相机红外监测和实景三维建模等能力。项目任务真实再现，场景多元，通过本项目的学习，使从业者不仅掌握无人机应急作业的前沿技术，同时通过真实案例，引导学习者筑牢“人民至上”的职业信仰，在新时代应急救援中发扬科技报国的使命担当，用“快、准、稳”践行对生命的敬畏。项目拓展

无人机应急应用在全球公共安全领域快速发展，融合AI、5G后向智能化、协同化突破，未来将结合数字孪生建“空天地一体化”网络，实现灾前预警、灾中处置、灾后重建全流程“主动防控”。

灾害救援中，无人机可定位生命迹象、投送物资，如2022年泸定地震，“翼龙”-2H无人机勘查现场、搭通信网，辅助救援调度；危险环境监测里，防爆无人机可入高危区传数据，江西某化工厂用其定位泄漏点，触发应急响应；社会安全监控中，警用无人机借AI预警风险，2024年武汉跨年活动，其动态监测人流、引导分流，避免踩踏。一、选择题无人机在执行火灾监测任务时，其续航能力主要取决于什么？A.飞行速度

B.飞行高度

C.电池容量

D.天气条件（2）无人机进行地质灾害调查时，以下哪项技术最常用于获取高分辨率影像？A.雷达技术B.红外线技术C.可见光摄影D.激光扫描（3）无人机在进行地质灾害预警时，通常会将数据传输到哪种系统进行分析？A.卫星通信系统B.地面数据处理系统C.无线电通信系统D.移动通信网络（4）无人机在地质灾害防治中，哪项不是其主要优势？A.实时性强B.覆盖范围广C.成本低廉D.深入灾害现场进行救援思考与练习思考与练习（5）无人机在进行地质灾害监测时，哪项技术可以穿透云层，不受天气影响？A.可见光摄影B.红外线热成像C.雷达扫描D.激光测距（6）无人机在地质灾害发生后，最常用于哪种任务？A.灾害现场搜救B.灾民安置C.灾害损失评估D.灾后重建规划（7）无人机在地质灾害防治中，如何确定灾害发生的具体位置？A.通过GPS定位B.通过人工观测C.通过地面传感器D.通过卫星图像（8）在地质灾害防治中，无人机如何帮助预防灾害？A.预测灾害发生时间B.提前发现潜在风险C.直接阻止灾害发生D.灾害发生后快速救援（9）无人机在火灾监测中，其主要功能是什么？A.灭火B.实时火警侦察C.预测火灾D.指挥消防人员思考与练习（10）

无人机在火灾现场传输图像数据时，通常使用什么方式？A.蓝牙B.微波信号C.光纤D.红外线（11）无人机在执行火灾监测任务时，其续航能力主要取决于什么？A.飞行速度B.飞行高度C.电池容量D.天气条件（12）在无人机火灾监测中，哪种设备用于精确定位火源位置？A.红外热成像仪B.可见光摄像机C.GPS系统D.烟雾探测器（13）下列哪项不是无人机在火灾监测中的优势？A.实时性B.高效性C.安全性D.灭火能力（14）无人机在执行森林火灾监测任务时，通常飞行在哪个高度范围？A.50m以下B.50～200mC.200～500mD.500m以上（15）无人机在火灾监测中，发现火源后如何快速通知地面人员？A.抛洒灭火剂B.语音通话C.发送火源位置信息D.灯光闪烁（16）无人机在火灾现场传输图像数据时，以下哪项技术可以提高图像传输质量？A.提高飞行速度B.增大电池容量C.压缩图像数据D.增加飞行高度（17）在公共安全响应中，无人机的主要作用是什么？A.娱乐拍摄B.快递配送C.空中侦察与支援D.空中表演（18）无人机在搜索和救援任务中，通常使用哪种技术来定位失踪人员？A.红外热成像B.激光雷达C.超声波D.可见光摄像头（19）无人机在森林火灾监控中，哪项功能最重要？A.高速飞行B.长时间续航能力C.高清拍照D.夜间飞行能力（20）当无人机在公共安全响应中遭遇信号干扰时，以下哪种做法是正确的？A.强行继续任务B.立即返回基地C.等待信号恢复D.尝试手动控制思考与练习（16）无人机在火灾现场传输图像数据时，以下哪项技术可以提高图像传输质量？A.提高飞行速度B.增大电池容量C.压缩图像数据D.增加飞行高度（17）在公共安全响应中，无人机的主要作用是什么？A.娱乐拍摄B.快递配送C.空中侦察与支援D.空中表演（18）无人机在搜索和救援任务中，通常使用哪种技术来定位失踪人员？A.红外热成像B.激光雷达C.超声波D.可见光摄像头（19）无人机在森林火灾监控中，哪项功能最重要？A.高速飞行B.长时间续航能力C.高清拍照D.夜间飞行能力（20）当无人机在公共安全响应中遭遇信号干扰时，以下哪种做法是正确的？A.强行继续任务B.立即返回基地C.等待信号恢复D.尝试手动控制思考与练习（16）无人机在火灾现场传输图像数据时，以下哪项技术可以提高图像传输质量？A.提高飞行速度B.增大电池容量C.压缩图像数据D.增加飞行高度（17）在公共安全响应中，无人机的主要作用是什么？A.娱乐拍摄B.快递配送C.空中侦察与支援D.空中表演（18）无人机在搜索和救援任务中，通常使用哪种技术来定位失踪人员？A.红外热成像B.激光雷达C.超声波D.可见光摄像头（19）无人机在森林火灾监控中，哪项功能最重要？A.高速飞行B.长时间续航能力C.高清拍照D.夜间飞行能力（20）当无人机在公共安全响应中遭遇信号干扰时，以下哪种做法是正确的？A.强行继续任务B.立即返回基地C.等待信号恢复D.尝试手动控制（21）无人机在公共安全响应中，如何与地面控制中心保持通信？A.蓝牙B.Wi-FiC.无线电通信D.光纤（22）在交通监控中，无人机通常用于哪种目的？A.监控车速B.监控交通流量C.导航车辆D.维修交通设施（23）在灾难发生后，无人机对于哪种信息的获取最为关键？A.天气情况B.受损程度C.救援队伍位置D.灾民情绪（24）无人机在公共安全响应中，如何避免与其他飞行器发生碰撞？A.依靠飞行员经验B.使用自动避障系统C.保持低空飞行D.加快飞行速度（16）无人机在火灾现场传输图像数据时，以下哪项技术可以提高图像传输质量？A.提高飞行速度B.增大电池容量C.压缩图像数据D.增加飞行高度（17）在公共安全响应中，无人机的主要作用是什么？A.娱乐拍摄B.快递配送C.空中侦察与支援D.空中表演（18）无人机在搜索和救援任务中，通常使用哪种技术来定位失踪人员？A.红外热成像B.激光雷达C.超声波D.可见光摄像头（19）无人机在森林火灾监控中，哪项功能最重要？A.高速飞行B.长时间续航能力C.高清拍照D.夜间飞行能力（20）当无人机在公共安全响应中遭遇信号干扰时，以下哪种做法是正确的？A.强行继续任务B.立即返回基地C.等待信号恢复D.尝试手动控制思考与练习二、多选题（1）以下哪些地质灾害类型适合使用无人机进行监测？A.滑坡B.泥石流C.地震D.地面塌陷（2）无人机在地质灾害应急响应中的主要作用包括哪些？A.快速评估灾害损失B.搜救被困人员C.监测次生灾害D.实时传输现场信息（3）无人机在地质灾害救援中的主要任务包括？A.快速评估灾害损失B.直接参与被困人员救援C.实时传输现场信息至指挥中心D.完全替代地面救援队伍（4）无人机在地质灾害监测与评估中的主要作用包括哪些？A.快速获取灾害现场高清影像B.实时监测地质灾害动态变化C.精确测量地质构造和地形变化D.替代人工进行高风险区域勘察（16）无人机在火灾现场传输图像数据时，以下哪项技术可以提高图像传输质量？A.提高飞行速度B.增大电池容量C.压缩图像数据D.增加飞行高度（17）在公共安全响应中，无人机的主要作用是什么？A.娱乐拍摄B.快递配送C.空中侦察与支援D.空中表演（18）无人机在搜索和救援任务中，通常使用