無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：測(cè)繪技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)日趨成熟，尤其是以航空遙感為代表的一系列測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，極大的推動(dòng)了測(cè)繪技術(shù)的進(jìn)步。其中無(wú)人機(jī)航測(cè)以低成本，高精度，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，為測(cè)繪工作帶來(lái)了非常多的便利，值得我們對(duì)其進(jìn)行不斷的探究。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);航測(cè)技術(shù);發(fā)展;應(yīng)用

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)也隨之得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。本文對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，并分析了無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用情況，希望能為航測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供一些有益參考。

1無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)

無(wú)人機(jī)航測(cè)是傳統(tǒng)航空測(cè)量的有力補(bǔ)充，其在獲取區(qū)域高分辨率影像方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。特別是隨著無(wú)人機(jī)與數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)的數(shù)字航測(cè)技術(shù)也越來(lái)越顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在重大工程建設(shè)，應(yīng)急處理，國(guó)土監(jiān)察，資源開發(fā)以及城鎮(zhèn)建設(shè)等方面都發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

第一，無(wú)人機(jī)測(cè)航技術(shù)有著十分快速的反應(yīng)能力。無(wú)人機(jī)測(cè)航受氣候等影響條件小，通常低空飛行，空域申請(qǐng)十分便利，且對(duì)起飛降落場(chǎng)地的限制也很小，可以很便利的開展工作。一般情況下，進(jìn)行無(wú)人機(jī)起飛升空的準(zhǔn)備時(shí)間只需要十五分鐘就可以完成。

第二，安全性比較好。由于無(wú)人機(jī)沒(méi)有飛行員，因而獲取影像時(shí)不用考慮飛行員的安全，能夠解決人工探測(cè)無(wú)法到達(dá)的危險(xiǎn)和復(fù)雜區(qū)域的監(jiān)測(cè)功能。如一些氣候復(fù)雜、地形復(fù)雜的區(qū)域，就可以通過(guò)無(wú)人機(jī)來(lái)進(jìn)行測(cè)繪工作，不僅十分的便利，而且一旦出現(xiàn)問(wèn)題，也不會(huì)造成人員傷亡。

第三，數(shù)據(jù)獲取快速。航拍無(wú)人機(jī)所攜帶的數(shù)碼相機(jī)等電子設(shè)備不僅可以快速的獲取地表的超高分辨率數(shù)字圖像以及高精度定位信息等內(nèi)容，還可以非常方便的使用這些數(shù)據(jù)生成三維景觀模型，三位地表模型等可視化的數(shù)據(jù)，以此來(lái)進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)開發(fā)與應(yīng)用。

第四，成本低，機(jī)動(dòng)靈活。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感影像以及大飛機(jī)相比，無(wú)人機(jī)的成本可以說(shuō)是極低。不僅如此，無(wú)人機(jī)體積小，方便運(yùn)輸，機(jī)動(dòng)靈活的特性也是其重要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在無(wú)人機(jī)的應(yīng)用中，既能夠大范圍的全面感知復(fù)雜地形等場(chǎng)景，還能夠高精度，高清晰度的對(duì)區(qū)域進(jìn)行測(cè)繪，并通過(guò)高效的數(shù)據(jù)處理采集設(shè)備，迅速生產(chǎn)具有真實(shí)效果和高精度的測(cè)繪結(jié)果。

2無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

2.1國(guó)外無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展

無(wú)人機(jī)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較早，發(fā)展歷史較長(zhǎng)，總體上已經(jīng)處于比較成熟的階段，其研究和應(yīng)用都領(lǐng)先于我國(guó)。但是其航測(cè)服務(wù)價(jià)格不僅昂貴，且后續(xù)數(shù)據(jù)的處理分析以及應(yīng)用的價(jià)格都十分高昂，難以讓一般的客戶接受。于此同時(shí)，大多數(shù)國(guó)家出于安全方面的考慮，對(duì)國(guó)土資源，海洋等信息的測(cè)繪也很難接受外國(guó)公司的服務(wù)。比如，美國(guó)航空航天局在很早就將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于森林監(jiān)測(cè)，火災(zāi)監(jiān)測(cè)，農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)，海洋遙感等研究之中。

2.2我國(guó)無(wú)人機(jī)航測(cè)的發(fā)展

我國(guó)無(wú)人機(jī)航測(cè)發(fā)展起步較晚，最早的無(wú)人機(jī)航測(cè)研究是從上世紀(jì)90年代開始。先后經(jīng)歷了四個(gè)階段：

第一個(gè)發(fā)展階段。也是起步階段，這個(gè)階段無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)非常簡(jiǎn)單和初級(jí)。不僅飛機(jī)是從航?；A(chǔ)上改造而來(lái)，而且存在著大量的問(wèn)題。如無(wú)人機(jī)沒(méi)有自動(dòng)駕駛功能，需要人工依靠電視圖像和地圖標(biāo)記來(lái)導(dǎo)航;攜帶的相機(jī)甚至還是膠片相機(jī)，處理和使用都十分的不便。但這個(gè)階段開啟了無(wú)人機(jī)航測(cè)的應(yīng)用模式，為未來(lái)的發(fā)展與研究打下了很好的基礎(chǔ)。

第二個(gè)發(fā)展階段。在時(shí)間邁入21世紀(jì)后，數(shù)碼相機(jī)迅速普及，我國(guó)的無(wú)人機(jī)技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)迅速的隨之發(fā)展起來(lái)。在試驗(yàn)階段就出色的完成了很多的測(cè)繪工作。比如在突發(fā)應(yīng)急事件的救援方面就發(fā)揮了非常重要的作用，很好的完成了受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)繪與圖片獲取任務(wù)，為災(zāi)情調(diào)查，應(yīng)急決策等提供了很多的重要數(shù)據(jù)。

第三個(gè)發(fā)展階段。在這個(gè)階段大約始于2010年前后。這個(gè)階段的無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)向著更加專業(yè)的方向發(fā)展，不僅反映和監(jiān)測(cè)更加快速，而且使用了專業(yè)的測(cè)量設(shè)備，因而測(cè)繪精度更高。測(cè)繪的配套設(shè)施也更加齊全，專業(yè)的工作車輛，衛(wèi)星通信，指揮，聯(lián)網(wǎng)也開始形成系統(tǒng)。我國(guó)的無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)正式走入了專業(yè)的行列，使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)工作的數(shù)量和質(zhì)量也都大大增長(zhǎng)。

第四個(gè)發(fā)展階段。這個(gè)階段從2017年開始。國(guó)家希望能夠進(jìn)一步的發(fā)展無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，特別是應(yīng)急服務(wù)的能力方面，要向軍用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)看齊。大量為軍事服務(wù)的強(qiáng)大無(wú)人機(jī)系統(tǒng)也開始在測(cè)繪領(lǐng)域使用。這個(gè)階段的無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)任意地區(qū)發(fā)生突發(fā)事件或是災(zāi)害時(shí)，迅速調(diào)用無(wú)人機(jī)搭配組網(wǎng)進(jìn)行航測(cè)。此外，無(wú)人機(jī)航測(cè)使用的范圍更加擴(kuò)大，甚至有望建成優(yōu)于200mm精度，覆蓋全國(guó)的超高分辨率航測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建高精度的數(shù)字中國(guó)。

3無(wú)人機(jī)測(cè)航技術(shù)的應(yīng)用

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)水平的提升，無(wú)人機(jī)航測(cè)應(yīng)用的范圍也日趨廣泛，目前已經(jīng)非常成熟的應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域之中?？偨Y(jié)起來(lái)，無(wú)人機(jī)航測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有如下幾個(gè)方面：

第一，用于國(guó)土測(cè)繪工作。無(wú)人機(jī)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一就是國(guó)土測(cè)繪。通過(guò)快速，機(jī)動(dòng)靈活的無(wú)人機(jī)，能夠迅速的獲取到航攝數(shù)據(jù)，進(jìn)而迅速的掌握需要測(cè)量區(qū)域的詳細(xì)情況信息。這些信息可以用于國(guó)土資源管理的很多方面，比如國(guó)土資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)查，土地利用情況和數(shù)據(jù)更新，土地利用變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，地理特征信息分析以及區(qū)域規(guī)劃工作等。

第二，用于選線設(shè)計(jì)工作。如公路設(shè)計(jì)，鐵路設(shè)計(jì)，輸電、輸油線設(shè)計(jì)等。通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)，可以十分便捷快速的獲得航空影像，為選線的設(shè)計(jì)提供翔實(shí)可靠的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。特別是在石油天然氣管道選線設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅能夠更好的優(yōu)化線路，還能夠?yàn)槲磥?lái)的安全監(jiān)測(cè)與管理提供極大的便利，比如及時(shí)的發(fā)現(xiàn)管道泄露或是被盜等情況。

第三，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。由于無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠快速的獲得高分辨率的航空?qǐng)D像，因而能夠?qū)Νh(huán)境和水污染等概況進(jìn)行非常便利的大范圍監(jiān)測(cè)。比如，通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)排放污染進(jìn)行監(jiān)測(cè);對(duì)濕地、海岸線、植被等自然情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)在水質(zhì)調(diào)查，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，固態(tài)廢物監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮了巨大的作用。

第四，用于農(nóng)林分析。無(wú)人機(jī)航測(cè)提供的高分辨率圖像，可以為作物分類分析等方面提供詳實(shí)的資料。不僅如此，在農(nóng)林用地情況分析，作物識(shí)別，水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)，森林覆蓋率監(jiān)測(cè)分析，植被健康分析等方面也有著重要的應(yīng)用。

第五，用于應(yīng)急響應(yīng)。由無(wú)人機(jī)航測(cè)的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)人機(jī)在測(cè)繪領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用和發(fā)展主要開始于應(yīng)急救災(zāi)等場(chǎng)景。無(wú)論在地震救災(zāi)還是在水災(zāi)，火災(zāi)等災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)中，無(wú)人機(jī)航測(cè)都發(fā)揮了非常重要的作用。甚至在很多時(shí)候，測(cè)繪無(wú)人機(jī)是第一個(gè)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行勘察的設(shè)備，這為了解災(zāi)情，部署搶險(xiǎn)救災(zāi)工作提供了非常重要的信息。

第六，其他應(yīng)用方面。如今，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，除已經(jīng)比較成熟的上述領(lǐng)域，還在非常多的領(lǐng)域中發(fā)揮了重要的作用。如無(wú)人機(jī)