“唰——”，初秋北京八達嶺的海陀塔下，中國科學院空天信息創新研究院（以下簡稱空天院）的五架無人機同時升空，僅用時10分鐘，便完成了對海陀塔目標區域的數據掃瞄。半小時后，一套精確到3厘米分辨率的實景三維模型栩栩呈現在了電腦上。
在近日舉行的中國科學院第四屆職工技能大賽智能無人機應用領域比賽中，綜合“三維模型智能構建”和“特定目標智能識別及定位”兩個賽道的高評分，空天院參賽團隊一舉奪得第一名。
“獲得好成績，得益于全體成員多年在遙感技術、飛行控制與數據處理領域的技術積累。面向千行百業的實際需求，繼續探索智能無人機遙感技術的深度應用，我們充滿了動力。”空天院參賽團隊領隊、副研究員時丕龍說道。
比賽中，空天院參賽團隊正在操縱5架無人機同時執行任務。
聚是一團火
今年6月，收到比賽通知后，時丕龍第一時間開始召集團隊成員。他最先想到的，便是此前在空天院內無人機遙感技能大賽中并肩作戰的伙伴。很快，一支8人團隊集結完畢。
智能無人機應用作為首次在中國科學院職工技能大賽中舉辦的比賽項目，比賽細則長達27頁。時丕龍坦言：“雖然過往默契合作奠定了基礎，但團隊成員研讀細則后，發現比賽的難度超過預期。”
“三維建模任務要求構建海陀塔及周邊環境的實景三維模型，高精度還原塔頂鏤空的金屬五環結構等局部細節信息。”團隊成員、空天院高級工程師黎東介紹道：“目標識別則要求運用無人機識別不同材質的靜態標靶，以及隱匿在樹下或草叢中的羊和馬。這在短時間內完成并非易事。”
對此，他們選擇迎難而上，針對任務展開了細致的安排和部署。“比如，為了實現對局部細節的精細建模，我們挑選并組裝出了五架協同作業的無人機。通過設計多層航線，將高空整體航線覆蓋與貼近塔體的環繞飛行相結合，確保關鍵部位獲得足夠重疊度與高分辨率。”黎東說。
“我們聚是一團火。”團隊中最年輕的90后成員、空天院助理工程師張銀杏感慨道，“以往，我一次最多能使用兩架無人機協調作業。但這次比賽中，我和經驗豐富的專家們能操控著五架無人機同時、同地完成任務。這啟發了我在今后的工作中也要更注重團隊的協同與配合。”
團隊獲得中國科學院第四屆職工技能大賽智能無人機應用領域比賽第一名。均由團隊供圖
速度與精度的最優解
地上放置著幾塊相同的板子，無人機是否能識別出這是一塊木板、金屬板還是塑料板？事實上，不僅可以，空天院團隊在賽中用時不到15分鐘，便實現了對這些靜態標靶材質的百分百準確識別。賽后，不少參賽團隊稱贊他們的表現是“速度與精度的最優解”。
“速度的提升得益于嚴格的區域與時間規劃；而高精度則源于熱紅外、多光譜相機的協同使用及成員們的專業研判。”團隊成員、空天院工程師陳強表示，基于大家多年來在自身領域的技術積累，有協調、有計劃、分區域，“這是能出好成績的關鍵”。
“無人機是空間技術體系中的關鍵一環。”時丕龍說，“從高空的衛星，到中空的有人機，再到貼近地表的無人機以及地面監測，我們構建的是一個立體的觀測網絡。”他們日常的工作，正是利用這個網絡進行持續的監測與評估。
2017年8月8日，四川九寨溝地區發生了7.0級地震。災后，時丕龍曾迅速參與到災后恢復重建空天地一體化監測評估工作，讓無人機第一時間飛入現場，評估道路修復進度、監測滑坡動態，為決策提供即時依據。
同時，在農業領域，通過分析作物葉片的光譜特征，可以反演出葉綠素含量、水分脅迫程度，甚至提前發現病蟲害。“高光譜數據經過反演后，可指導無人機進行精準施藥，既節約農藥，又減少環境污染。”主要從事高光譜遙感研究的張銀杏介紹道。
為未來構建數字基底
“在數字遺產領域，無人機以其靈活、高分辨率的特性，承擔著不可替代的角色。”時丕龍特別提到，目前他們正利用這些技術，配合聯合國教科文組織國際自然與文化遺產空間技術中心的工作，一起守護全球的文化與自然遺產。
“在這個過程中，社會價值顯而易見，通過三維遙感技術為文物‘數字留檔’，讓歷史在數據中永生。精細的三維模型也可用于VR文化旅游，比如為《黑神話：悟空》這類游戲提供實景素材，無形中向世界傳播中國文化，也帶來了可觀的經濟價值。”時丕龍說。
與此同時，市場需求也反向推動技術創新。黎東表示，除無人機遙感技術研究外，他們還自主研制了地面數據采集設備，如手持激光掃描儀等，實現不同平臺、不同視角的多源數據融合。
“當前的技術仍停留在將空中圖像和數據傳回地面后，再進行人工智能算法識別。”陳強表示，行業的未來正朝著“算力上天”邁進。“隨著無人機算力能耗比的提升，我們計劃把地面算力移向天空，讓無人機在空中就能完成精準的目標識別。”
除了在此次技能大賽上的驚艷亮相外，他們還將繼續在多元的應用場景中發揮價值。“比如，對于發生了生態環境變遷的一些地區，我們正在其關鍵區域開展系統性記錄與動態監測。”時丕龍介紹道，運用高精度無人機遙感與三維建模技術，可以為生態保護與工程決策提供重要的科學支撐。
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