遙感科普

無人機遙感技術(shù)

無人機遙感, 即利用先進的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能化、專用化快速獲取國土資源、自然環(huán)境、地震災(zāi)區(qū)等空間遙感信息，且完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析的應(yīng)用技術(shù)。無人機遙感系統(tǒng)由于具有機動、快速、經(jīng)濟等優(yōu)勢，已經(jīng)成為世界各國爭相研究的熱點課題，現(xiàn)已逐步從研究開發(fā)發(fā)展到實際應(yīng)用階段，成為未來的主要航空遙感技術(shù)之一。

無人機按照系統(tǒng)組成和飛行特點，可分為固定翼型無人機、無人駕駛直升機兩大類種類。

固定翼型無人機通過動力系統(tǒng)和機翼的滑行實現(xiàn)起降和飛行，遙控飛行和程控飛行均容易實現(xiàn)，抗風(fēng)能力也比較強，類型較多，能同時搭載多種遙感傳感器。起飛方式有滑行、彈射、車載、火箭助推和飛機投放等；降落方式有滑行、傘降和撞網(wǎng)等。固定翼型無人機的起降需要比較空曠的場地，比較適合礦山資源監(jiān)測、林業(yè)和草場監(jiān)測、海洋環(huán)境監(jiān)測、污染源及擴散態(tài)勢監(jiān)測、土地利用監(jiān)測以及水利、電力等領(lǐng)域的應(yīng)用。

無人駕駛直升機的技術(shù)優(yōu)勢是能夠定點起飛、降落，對起降場地的條件要求不高，其飛行也是通過無線電遙控或通過機載計算機實現(xiàn)程控。但無人駕駛直升機的結(jié)構(gòu)相對來說比較復(fù)雜，操控難度也較大，所以種類有限，主要應(yīng)用于突發(fā)事件的調(diào)查，如單體滑坡勘查、火山環(huán)境的監(jiān)測等領(lǐng)域。

遙感傳感器是根據(jù)不同類型的遙感任務(wù)，使用相應(yīng)的機載遙感設(shè)備，如高分辨率CCD數(shù)碼相機、輕型光學(xué)相機、多光譜成像儀、紅外掃描儀，激光掃描儀、磁測儀、合成孔徑雷達等。使用的遙感傳感器應(yīng)具備數(shù)字化、體積小、重量輕、精度高、存儲量大、性能優(yōu)異等特點。

無人機遙感系統(tǒng)多使用小型數(shù)字相機（或掃描儀）作為機載遙感設(shè)備，與傳統(tǒng)的航片相比，存在像幅較小、影像數(shù)量多等問題，針對其遙感影像的特點以及相機定標(biāo)參數(shù)、拍攝（或掃描）時的姿態(tài)數(shù)據(jù)和有關(guān)幾何模型對圖像進行幾何和輻射校正，開發(fā)出相應(yīng)的軟件進行交互式的處理。同時還有影像自動識別和快速拼接軟件，實現(xiàn)影像質(zhì)量、飛行質(zhì)量的快速檢查和數(shù)據(jù)的快速處理，以滿足整套系統(tǒng)實時、快速的技術(shù)要求。進一步的建摸、分析使用相應(yīng)的遙感圖像處理軟件。

無人機出現(xiàn)在1917年，早期的無人駕駛飛行器的研制和應(yīng)用主要用作靶機，應(yīng)用范圍主要是在軍事上，后來逐漸用于作戰(zhàn)、偵察及民用遙感飛行平臺。20世紀80年代以來，隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種數(shù)字化、重量輕、體積小、探測精度高的新型傳感器的不斷面世，無人機的性能不斷提高，應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓展。世界范圍內(nèi)的各種用途、各種性能指標(biāo)的無人機的類型已達數(shù)百種之多。續(xù)航時間從一小時延長到幾十個小時，任務(wù)載荷從幾公斤到幾百公斤，這為長時間、大范圍的遙感監(jiān)測提供了保障，也為搭載多種傳感器和執(zhí)行多種任務(wù)創(chuàng)造了有利條件。

傳感器由早期的膠片相機向大面陣數(shù)字化發(fā)展，2011年國內(nèi)制造的數(shù)字航空測量相機擁有8000多萬像素，能夠同時拍攝彩色、紅外、全色的高精度航片；中國測繪科學(xué)研究院使用多臺哈蘇相機組合照相，利用開發(fā)的軟件再進行拼接，有效地提高了遙感飛行效率；德國祿來公司推出的2200萬像素專業(yè)相機，配備了自動保持水平和改正旋偏的相機云臺，開發(fā)了相應(yīng)的成圖軟件。另外激光三維掃描儀、紅外掃描儀等小型高精度遙感器為無人機遙感的應(yīng)用提供了發(fā)展的余地。無人機遙感技術(shù)可快速對地質(zhì)環(huán)境信息和過時的GIS 數(shù)據(jù)庫進行更新、修正、和升級 。為政府和相關(guān)部門的行政管理、土地、地質(zhì)環(huán)境治理，提供及時的技術(shù)保證。

無人機遙感技術(shù)應(yīng)用實例

① 臺灣大學(xué)理學(xué)院空間信息研究中心利用無人機拍攝低空大比例尺圖像，配合FORMOSAT2分類進行異常提取，解譯桃園縣非法廢棄堆積物（固體垃圾等），用于環(huán)境污染和執(zhí)法調(diào)查。

② 美國Nicolas Lewyckyj等人利用UAV-RS技術(shù)在北卡羅萊納洲進行自然災(zāi)害調(diào)查，通過正射影像處理與分析準確評估場房和村莊的損失。顯示了無人機遙感技術(shù)具有的快速反映能力，為災(zāi)害的治理提供了及時、準確的數(shù)據(jù)。

③日本減災(zāi)組織使用RPH1和YANMAHA 無人機攜帶高精度數(shù)碼攝像機和雷達掃描儀對正在噴發(fā)的火山進行調(diào)查，無人機能抵達人們難以進入的地區(qū)快速獲取現(xiàn)場實況，對災(zāi)情進行評估。不同埋藏深度的輻射源的輻射強度的反映能力進行量化研究。為核電站及其它核設(shè)施的管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

④我國首個成立的Quickeye（快眼）應(yīng)急空間信息服務(wù)中心，是我國無人機應(yīng)急遙感應(yīng)用的開創(chuàng)嘗試和遙感應(yīng)用典范。其基于的無人機平臺即為例圖所示Quickeye（快眼）系列無人機，在不到兩年的時間內(nèi)，該機型已成功作業(yè)近10萬平方公里，廣泛應(yīng)用于1：1000，1：2000成圖，及測繪、應(yīng)急領(lǐng)域。