無人機遙感技術(shù)的幾個領(lǐng)域應用

無人機遙感技術(shù)的幾個領(lǐng)域應用

無人機遙感在氣象監(jiān)測中的應用

無人氣象飛機可裝載遙感設(shè)備對溫度、濕度、壓強等氣象參數(shù)進行遙感測定,

而且這方面的研究取得了一定的成果。美國在20世紀60年代就開始采用名為

CompassCope的遙控飛行器(RPV)即無人機代替氣象飛機WC-130作為空

中氣象偵查平臺通過1970年到1974年5年的飛行試驗，認為無人機有諸多

優(yōu)點可以代替氣象衛(wèi)星。

在世界氣象組織(WMO)大氣探測委員會和國際科學聯(lián)盟理事會支持下，國外

提出了微型無人駕駛探空飛機發(fā)展計劃。中國氣象局也將微型無人駕駛飛機探空

的研究工作列入“八五”計戈h馬舒慶等用GPS導航無人機攜帶數(shù)字電子探空儀

在河北省懷來縣和南昌北郊南昌新機場兩地進行了1000m和3000m的高度探

測試驗，并將風速測量結(jié)果與探空站雷達測得的結(jié)果進行比較和兩種測量技術(shù)所

得的結(jié)果非常接近，且溫度、氣壓、濕度和測量精度也都達到設(shè)計指標。

沈懷榮等利用微小型無人機探測氣象參數(shù)，該方法可以在空中長時間、大區(qū)

域連續(xù)監(jiān)測天氣變化得到高精度測量結(jié)果。

無人機遙感在資源調(diào)查與監(jiān)測中應用

無人機遙感在資源調(diào)查與監(jiān)測方面的應用主要是土地、資源調(diào)查與分類，環(huán)

境監(jiān)測等。

廣西氣象減災研究所的馬輪基等2002年利用裝載佳能EOS300D型數(shù)碼照

相機的無人機對廣西武鳴縣進行土地資源調(diào)查，得到的武鳴縣城區(qū)域土地利用

遙感圖。經(jīng)實地取樣測量檢驗定位平均偏差1m，最大偏差2m，水平方向上長

度變形小于1%,基本沒有角度變形。

2003年中國測繪科學研究院研制完成的UAVRS—II型低空無人機遙感

監(jiān)測系統(tǒng)選用高分辨率面陣CCD數(shù)碼相機作為主要遙感設(shè)備，實現(xiàn)了大比例

尺航攝的面積覆蓋，并通過國土資源部組織的部級驗收。謝彩香等根據(jù)中藥資源

分布特點利用無人機進行抽樣調(diào)查，結(jié)合航天遙感計算中藥資源的總量，大大

節(jié)省了成本,并使其結(jié)果具有統(tǒng)計學的可靠性。

臺灣大學理學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。朱子豪等2004年使用無人機攜帶大面陣數(shù)碼

相機在臺灣鹽寮福隆海岸進行追蹤調(diào)查，對沿岸環(huán)境、土地、廠房、污染等進行

了監(jiān)測。

2004年4月，馬輪基等以1200m的飛行高度對武漢市東湖南半部的“雁中

咀”、“磨山”附近水域進行無人機遙感監(jiān)測，得到三個區(qū)域的湖水水色的差異情況

圖，并分析了東湖南半部水域水質(zhì)情況。

無人機遙感在測量方面的應用

馬瑞升等在分析無人機遙感影像幾何變形理論基礎(chǔ)上,利用標準圖形垂直攝

影法標定相機，建立相機誤差糾正模型；使用大比例尺地形圖作為底圖，通過同

名點配準糾正航攝影像，全過程不使用外方位元素，最終影像經(jīng)實際檢驗，單點

定位平均誤差為1.0m左右，且基本沒有角度變形。崔紅霞等2005年進行了

單相機無人機航攝試驗，結(jié)合常規(guī)的攝影測量方法對航片進行后處理，結(jié)果表明:

其相對定向誤差為0.008pixel,最大誤差為0.019pixel;絕對定向的平面誤差

0.111mm,高程誤差0.117mm符合攝影測量的精度要求。

孫凡等利用光校參數(shù)和軟件配準法對無人機多光譜成像儀圖像進行校正、彩

色合成和圖像配準，并在此基礎(chǔ)上提出采用光校參數(shù)法與軟件配準法相結(jié)合可

得到更好的配準效果。宋姝靖等在MapObjects控件和MSVisualStudio.Net

開發(fā)環(huán)境下實現(xiàn)了無人機遙感航跡實時顯示。勾志陽等人從像片重迭度、航帶彎

曲、像片旋轉(zhuǎn)角及航高差等方面對無人機航空攝影質(zhì)量進行評定，繪制了無人機

實飛航跡與預設(shè)航跡，顯示了無人機的定點拍攝效果，結(jié)果說明無人機空中攝影

質(zhì)量可滿足攝影測量的基本要求。

無人機遙感在突發(fā)事件處理中的應用

如何應對突發(fā)事件（如交通火災、大型輸油管道火災、森林火災、核電站險

情救援等）常常是一個令人頭疼的問題，無人機以其高機動性能為人們應對突發(fā)

事件提供了新的途徑。

當火災現(xiàn)場情況復雜或者受現(xiàn)場環(huán)境限制時，消防員無法靠近現(xiàn)場作戰(zhàn)，指

揮員無法了解現(xiàn)場情況，無法制定快速有效的作戰(zhàn)方案。無人機最突出的優(yōu)點在

于它可以用最短的時間，最大限度地接近災情現(xiàn)場，提供最直接、最真實的第一

手數(shù)據(jù)，觀測到消防人員無法抵達的區(qū)域，監(jiān)視災情發(fā)展為制定有效的作戰(zhàn)方案

提供依據(jù)。

美國運輸部示范性地建立了基于無人機的遙感系統(tǒng)，將其應用于快速獲取

道路運輸網(wǎng)絡(luò)的圖像并對所得信息進行快速分析，應用無人機取得近實時遙感

影像對地震后出現(xiàn)問題的道路、橋梁進行評估，用以快速確定震后救災的路線。

美國NicolasLewyckyj等人利用無人機遙感在北卡羅萊納洲進行自然災

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

感具有的快速反映能力，為災害的治理提供了及時、準確的數(shù)。日本減災組織使

用RPH1和丫ANMAHA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，抵達人們難以進入的地區(qū)快速獲取現(xiàn)場實況，對災情進行評

估。

之后，日本環(huán)境省又利用YAMAHA無人機加載核生化傳感器進行核污染監(jiān)

測，對不同地理環(huán)境，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，為核電站及其他核設(shè)施的管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。馬瑞升等開發(fā)了一套微型無人

機空中火情監(jiān)測系統(tǒng)，并開發(fā)了相應的地面監(jiān)測軟件，經(jīng)過試驗該系統(tǒng)已具備單

架次可完成半徑30km以內(nèi)，面積80~100km2林區(qū)巡護任務(wù)。

無人機也可應用于我國防汛檢查中，可以立體地查看蓄滯洪區(qū)的地形、地貌、

水庫、堤防險工險段。遇到險情時，可以實時傳遞影像等信息，監(jiān)視險情發(fā)展，為

防汛決策提供準確的信息，大大地降低防汛人員工作的風險，有效地提高工作效

率。2004年7月馬輪基等對暴雨引起廣西桂平市蒙坪鎮(zhèn)洪澇災害調(diào)查進行無

人機遙感監(jiān)測，第一時間得到了洪澇區(qū)、退水區(qū)、非洪澇區(qū)等信息的遙感圖，創(chuàng)

造國內(nèi)首次利用自控微型無人駕駛飛機對洪澇災害的遙感監(jiān)測的記錄。

存在問題與應用展望

無人機遙感作為一項空間數(shù)據(jù)采集的重要手段，具有續(xù)航時間長、影像實時

傳輸、高危地區(qū)探測、成本低、機動靈活等優(yōu)點，已成為衛(wèi)星遙感與有人機航空

遙感的有力補充。隨著無人機遙感技術(shù)不斷發(fā)展和無人機市場逐漸成熟，無人機

遙感將成為未來的主要航空遙感平臺之一，已經(jīng)成為世界各國爭相研究的熱點

課題。然而，要使無人機成為理想的遙感平臺，還有多個關(guān)鍵技術(shù)需要解決：

(1)起降技術(shù)改善與抗風性能提高在林業(yè)等許多行業(yè)的應用以及突發(fā)事件的

處置中，工作環(huán)境一般在山區(qū)，平坦地少，樹木、電桿、房屋多，對于需要滑跑、

滑降的較大型的無人機來說，往往難以找到符合起飛要求的場地。在不滿足正常

起降條件的情況下勉強起降會大大增加飛機損壞的可能性。

如果使用小、輕型無人機則由于飛行高度低，在低空作業(yè)時受風速、風向影

響大。一般提高抗風性能的方法是增加飛機重量，但起降要求提高且無人機的載

荷非常有限，同時能耗增大。

所以如何很好的利用彈射起飛、撞網(wǎng)回收技術(shù)降低無人機對起飛場地的要求

以及在不增加重量或盡量輕的條件下如何通過改進設(shè)計和提高飛行控制技術(shù)來

提高抗風性能保證飛行的穩(wěn)定性，這均是無人機成為理想的遙感平臺一個急需

解決的問題。

(2)傳感器及其姿態(tài)控制技術(shù)由于無人機的載荷非常有限，要完成高精度的

航攝任務(wù)需要高精度的傳感器，而傳統(tǒng)傳感器往往在體積、重量等方面的限制

可供選擇的不多，因此需要研究開發(fā)適合無人機搭載的小、輕型傳感器充分利用

無人機的有限載荷；

再則，如何使遙感傳感器的控制系統(tǒng)能夠根據(jù)預先設(shè)定的航攝點、攝影比例

尺、重迭度等參數(shù)以及飛行控制系統(tǒng)實時提供的飛行高度、飛行速度等數(shù)據(jù)自

動計算并自動控制遙感傳感器的工作，使獲取的遙感數(shù)據(jù)在精度、比例尺、重迭

度等方面滿足遙感的技術(shù)要求還需進一步研究。

(3)遙感數(shù)據(jù)傳輸存儲技術(shù)無人駕駛飛行器搭載的主要遙感傳感器為面陣

CCD數(shù)字相機,而目前國內(nèi)市場上的小型專業(yè)級數(shù)字相機還不能達到量測相機

的要求，所以，為使獲取的遙感影像能夠滿足大比例尺測圖的精度，應根據(jù)相機

的幾何成像模型，作相關(guān)的檢校工作，得到相機的內(nèi)外參數(shù),必要時需要采用特殊

的檢測手段，測定每個像元的畸變量。

另外，大面陣CCD數(shù)字相機獲取的影像數(shù)據(jù)量較大，需開發(fā)專用的數(shù)據(jù)傳

輸和存儲系統(tǒng)。飛行器的測控數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)需要實時傳輸時還可以通過衛(wèi)星通

訊來實現(xiàn)。

(4)遙感數(shù)據(jù)的后處理技術(shù)目前的無人駕駛飛行器遙感系統(tǒng)多使用小型數(shù)字

相機作為機載遙感設(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，

所以應針對其遙感影像的特點以及相機定標參數(shù)、拍攝時的姿態(tài)數(shù)據(jù)和關(guān)幾何

模型對圖像進行幾何和輻射校正，開發(fā)出相應的軟件進行交互式的處理。

同時還應開發(fā)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，以滿足整套無人機遙感系統(tǒng)實時、快速的技術(shù)要求。

無人機作為一種新型的遙感平臺將得到廣泛應用。目前最常用的遙感平臺是

衛(wèi)星和有人駕駛的飛機，無人機平臺已漸漸顯露出它的重要性。遙感發(fā)展的一個

總的方向是高空間分辨率、高光譜分辨率和高時間分辨率。航天平臺由于接收的

電磁波必須要通過大氣層，所以必定受到云層和地面天氣的影響,所以通過縮短

重訪周期來提高時間分辨率是很難達到目的的。而無人機在云層下方，受云層的

影響很小,在多云天氣甚至陰天也能執(zhí)行航攝任務(wù)。所以無人機遙感在提高時間

分辨率方面具有獨特的優(yōu)勢。

在提高空間分辨率方面，無人機同樣具有優(yōu)勢。隨著多光譜傳感器水平的提

高，重量和體積下降，無人機遙感在提高光譜分辨率方面同樣具有潛力。無人機

遙感將在下列方面發(fā)揮作用：

(1)突發(fā)事件及災害監(jiān)測

(2)突發(fā)事件及災害的發(fā)生往往容易導致環(huán)境發(fā)生改變，使救援人員快速親

臨現(xiàn)場制定解決方案的可能性降低，而通過無人機遙感一方面可及時迅速地獲取

突發(fā)事件及災害的信息為制定方案提供依據(jù)，另一方面又無需人員傷亡且受天

氣影響小。

如2008年“5.12”汶川地震后，由于地震影響地球磁場，造成無線電和微波

通訊的干擾甚至中斷，紊亂的電磁波會對飛機儀表產(chǎn)生極大的影響，同時天氣不

好，地形復雜，所以通過有人駕駛飛機去獲取地面情況十分危險。而要及時獲取

航天遙感數(shù)據(jù)又幾乎不可能。而無人機則因為無人員傷亡之慮，受天氣影響又

很小，所以無人機發(fā)揮了獨特的