無人飛機遙感技術(shù)在國土資源管理中的應(yīng)用

　　韓小敏周愛華

　　(河北省第三測繪院河北石家莊050031)

　　摘要：本文簡要闡述了無人飛機遙感技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)組成，分析了無人飛機遙感技術(shù)在應(yīng)用實踐中的技術(shù)優(yōu)勢，論述了無人飛機遙感技術(shù)在國土資源管理(防災(zāi)減災(zāi)的應(yīng)急保障、國土資源執(zhí)法監(jiān)測、新農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃、土地規(guī)劃設(shè)計及土地開發(fā)整理)中的應(yīng)用狀況，展望了無人飛機遙感技術(shù)在國土資源管理領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：無人飛機遙感國土資源管理應(yīng)用

　　1引言

　　無人飛機是通過無線電遙控設(shè)備或機載計算機程控系統(tǒng)進行操控的不載人飛行器，具有宏觀、動態(tài)、快速、安全、底成本的優(yōu)勢。它不但能完成有人駕駛飛機執(zhí)行的任務(wù)，更適用于有人飛機不宜執(zhí)行的任務(wù)，如危險區(qū)域的偵察、空中救援指揮和遙感監(jiān)測。

　　無人飛機出現(xiàn)在1917年，早期的無人飛機主要用作靶機，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(jì)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，無人飛機系統(tǒng)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)的無人飛機的類型已達數(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。具有強大的生命力、廣泛的應(yīng)用價值和良好的經(jīng)濟及社會效益。

　　按照系統(tǒng)組成和飛行特點，無人飛機一般分為固定翼型無人機和無人駕駛直升機。

　　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，是類型最多、應(yīng)用最廣泛的無人駕駛飛行系統(tǒng)，其發(fā)展趨勢是微型化和長航時。固定翼型無人機的起降需要比較空曠的場地，比較適合林業(yè)和草場監(jiān)測、礦山資源監(jiān)測、海洋環(huán)境監(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，所以種類不多，實際應(yīng)用也比較少。

　　遙感技術(shù)主要為人們認識自然和改造自然提供了科學(xué)的技術(shù)和方法�？梢詾槲覀儷@取大量的多時相、多光譜、多分辨率的豐富影像數(shù)據(jù)。按照高度劃分，目前的遙感體系大體可分為航天遙感、航空遙感和地面遙感。航天遙感是利用各種太空飛行器作為平臺的遙感系統(tǒng)，以人造衛(wèi)星為主，包括載人飛船、航天飛機、太空站和各種行星探測器;航空遙感是利用在大氣層內(nèi)飛行的各類飛機、飛艇、氣球等作為遙感平臺的遙感系統(tǒng);地面遙感是利用支架、高塔、車、船、建筑物等作為平臺的遙感系統(tǒng)，主要用于近距離測量地物波譜和獲取地物細節(jié)影像。

　　遙感技術(shù)在我國已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，涉及各行各業(yè)，但傳統(tǒng)的遙感技術(shù)支撐平臺，需要投入大量的人力、物力和財力，且耗時較長，達不到實時獲取的效果，另外受空域管制、地形地貌和氣候等因素制約較多，對時間周期要求緊迫的任務(wù)較難保障，實現(xiàn)不了實時、快速的反應(yīng)機制，不能完全滿足國土資源管理工作的需要。

　　無人飛機技術(shù)的優(yōu)勢吸引了國土資源管理部門的眼球，將無人飛機技術(shù)和遙感技術(shù)結(jié)合，獲取實時的影像數(shù)據(jù)成為技術(shù)人員追求的目標(biāo)�；�于遙感技術(shù)在我國運行的良好效果，國土資源部對遙感技術(shù)和無人飛機技術(shù)的整合工作給予了大力支持，經(jīng)過技術(shù)人員的積極技術(shù)創(chuàng)新和不斷嘗試，利用無人飛機進行航空攝影技術(shù)日趨穩(wěn)定成熟。2005年，根據(jù)國土資源部科技與國際合作司的要求，中國測繪科學(xué)研究院利用自主研發(fā)的無人飛機遙感監(jiān)測系統(tǒng)在貴州省進行了多次驗證航拍和示范應(yīng)用，結(jié)果證明無人飛機遙感技術(shù)已經(jīng)可以廣泛應(yīng)用于國土資源管理領(lǐng)域。

　　2無人飛機遙感技術(shù)現(xiàn)狀及優(yōu)勢

　　無人飛機遙感技術(shù)的成熟應(yīng)用，使航空遙感事業(yè)得到跳躍式發(fā)展，完善了我國高空、中空、低空的完整的航空遙感獲取體系，彌補了航天遙感技術(shù)和航空遙感技術(shù)的缺陷。

　　無人飛機遙感技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)含量高，涉及航空、自動化控制、微電子、材料學(xué)、空氣動力學(xué)、無線電、遙感、地理信息等多個領(lǐng)域，它已成為新型的航空攝影技術(shù)手段，也成為國土資源管理部門主要管理手段，快速獲取的實時影像被利用在國土資源日常管理中，具體應(yīng)用可以歸納為：對防災(zāi)減災(zāi)的快速響應(yīng)，為國土資源執(zhí)法監(jiān)測提供服務(wù)，利用遙感影像制作不同比例尺的地形圖為土地規(guī)劃設(shè)計及土地整理提供科學(xué)依據(jù)，為新農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃提供局部高分辨率實時遙感影像和基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)。

　　目前，我國無人飛機遙感系統(tǒng)主要有中國測繪科學(xué)研究院研發(fā)的無人機測繪遙感系統(tǒng)和北京大學(xué)聯(lián)合中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所開發(fā)的多用途無人機航空遙感系統(tǒng)，前者在我國得到全面推廣和應(yīng)用。無人機遙感系統(tǒng)從軟件技術(shù)劃分，主要由無人機系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)等部分組成。從作業(yè)程序硬件劃分為作業(yè)軟件、飛行平臺、飛行控制、數(shù)碼相機、地面監(jiān)控系統(tǒng)、質(zhì)量評價及快速預(yù)處理軟件、后處理軟件和地面運輸車。各個部分技術(shù)結(jié)構(gòu)及功能如下：

　　1、作業(yè)軟件：主要用于任務(wù)規(guī)劃，精確設(shè)計航飛路線;

　　2、飛行平臺：無人飛機主體，它分為三種：“垂直尾”型無人機，“倒桅尾”型無人機，“雙發(fā)”型無人機;

　　3、飛行控制：由自動駕駛儀、GPS導(dǎo)航和姿態(tài)控制儀組成;

　　4、數(shù)碼相機：由定點曝光、自動修旋偏和云臺組成;

　　5、地面監(jiān)控系統(tǒng)：和以上硬件部分進行連接，用于遙控指揮和監(jiān)控;

　　6、質(zhì)量評價及快速預(yù)處理軟件：無人飛行航攝完成后，進行遙感影像的質(zhì)量評估，并進行快速的預(yù)處理工作;

　　7、后處理軟件：主要是對航空遙感影像進行精確處理，并進行集群網(wǎng)絡(luò)化并行處理;

　　8、地面運輸車：現(xiàn)在一般設(shè)計為房車，用于運輸飛行設(shè)備，軟件控制平臺，地面快速處理設(shè)備和各種聯(lián)絡(luò)傳輸設(shè)備;

　　無人飛機遙感技術(shù)在我國得到了積極推廣和應(yīng)用，國家測繪局于2010年1月舉辦了第一期無人機航測培訓(xùn)班，并于4月份在北京舉行了固定翼輕型無人機航攝系統(tǒng)交接儀式，16個省(區(qū)、市)測繪單位代表參加了交接，這是國產(chǎn)無人機航攝系統(tǒng)首次裝備我國的測繪單位。

　　無人機遙感系統(tǒng)的性能優(yōu)異，可按預(yù)定飛行航線自主飛行、拍攝，航線控制精度高，飛行姿態(tài)平穩(wěn)，飛行高度從50m至4000m，高度控制精度10m，速度范圍從70km/h至160km/h，均可平穩(wěn)飛行，在多云多霧等復(fù)雜氣象條件下，可以進行云下航攝飛行，從而能盡可能保證拍攝工作及時、準(zhǔn)確地完成。無人機遙感系統(tǒng)的飛行操作自動化、智能化程度高，操作簡單，并有故障自動診斷及顯示功能，便于掌握和培訓(xùn)，一旦遙控失靈或其他故障，飛機自動返航到起飛點上空，盤旋等待，若故障解除，則按地面人員控制繼續(xù)飛行，否則自動開傘回收。無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)搭載的高精度數(shù)碼成像設(shè)備，具備地表連續(xù)覆蓋、垂直或傾斜成像的技術(shù)能力，獲取圖像的空間分辨率達到分米級，適于1:2000或更大比例尺地形圖測繪及正射影像制作，因此它具有高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)獲取能力。此外，無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)的運營成本較低，飛行操作員的培訓(xùn)時間短，系統(tǒng)的存放、維護簡便，還可免去了調(diào)機和停機的費用。

　　隨著無人飛機遙感技術(shù)對人類生活的影響，得到了各行各業(yè)的青睞，特別是在國土資源管理行業(yè)，得到了空前的重視，它也發(fā)揮了重要作用。

　　3無人飛機遙感技術(shù)在國土資源管理中的應(yīng)用

　　(1)、防災(zāi)減災(zāi)的快速響應(yīng)

　　利用無人機遙感技術(shù)可獲取高精度的地表三維數(shù)據(jù)，并通過協(xié)同作業(yè)的側(cè)視圖像進行快速建模，可生成DEM、三維正射影像圖、三維傾斜影像、三維景觀模型、三維地表模型等三維可視化數(shù)據(jù)，便于地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查評價，有利于提早防治。在緊急情況發(fā)生時，無人機可做到快速響應(yīng)，避免了有人駕駛飛機受災(zāi)害區(qū)氣候惡劣等因素?zé)o法飛行的境況，第一時間獲取受災(zāi)地區(qū)的影像數(shù)據(jù)，為搶險救災(zāi)提供及時的數(shù)據(jù)保障。

　　2008年的四川汶川大地震和2010年的青海玉樹地震搶險救災(zāi)中無人機組就趕到災(zāi)區(qū)，第一時間獲取了災(zāi)區(qū)航空影像資料，為救災(zāi)工作提供了決策依據(jù)。無人飛機遙感系統(tǒng)還對進出災(zāi)區(qū)的道路進行監(jiān)測，為救災(zāi)道路的暢通保通工作提供了強有力的技術(shù)支持。

　　(2)、國土資源執(zhí)法監(jiān)察

　　2009年年底，全國第二次土地調(diào)查工作和全國一張圖工程如期完成，詳實的成果在國土資源管理中得到了廣泛應(yīng)用，執(zhí)法監(jiān)察工作也成為重中之重�，F(xiàn)勢性、準(zhǔn)確性和高頻率性是執(zhí)法監(jiān)察工作的主要特點。常規(guī)的執(zhí)法監(jiān)察工作是由執(zhí)法人員開車，攜帶資料進行實地巡查，這需要調(diào)動大量的工作人員和車輛，人力、物力和財力消耗都較大。執(zhí)法監(jiān)察中，要求工作人員必須處處走到看到，十分辛苦，很容易出現(xiàn)巡查漏洞，而且巡查耗時較長，很難保證現(xiàn)勢性。利用無人飛機遙感技術(shù)，只需要一部車，一組技術(shù)人員，就可以對指定區(qū)域進行航空攝影，獲取監(jiān)察區(qū)域的實時影像資料，再將本次成果和上一次成果或其他資料進行對比分析，可是高效率、高質(zhì)量、低成本完成執(zhí)法監(jiān)察工作，且可以避免執(zhí)法漏洞，縮短執(zhí)法監(jiān)察時間。

　　利用無人機遙感技術(shù)進行國土資源執(zhí)法監(jiān)察工作將會成為發(fā)展趨勢，成為新型的國土資源管理手段之一。貴州、四川、山東、廣州等省份都已經(jīng)正式利用無人飛機遙感技術(shù)進行國土資源執(zhí)法監(jiān)察工作，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　(3)、土地規(guī)劃設(shè)計及土地整理

　　無人飛機遙感技術(shù)還能用于土地規(guī)劃設(shè)計及土地開發(fā)整理中大比例尺地形圖的獲取。利用該技術(shù)系統(tǒng)可以進行低空航攝并進行1:2000成圖。使用無人飛機獲取的航片，經(jīng)過野外布控、空三加密，利用數(shù)字攝影測量工作站完成測圖、正射影像及DEM的制作。利用無人飛機遙感技術(shù)航攝影像清晰、分辨率高、沒有絕對漏洞，除個別像對需手工加點外，基本實現(xiàn)自動空三解算，精度達到1:2000航測成圖要求。

　　與傳統(tǒng)全野外測量相比，無人飛機遙感技術(shù)可大大減少野外工作量，提高成圖效率，且運行成本較低。同時，利用真彩色正射影像數(shù)據(jù)，在土地規(guī)劃中設(shè)計人員可更清楚直觀的查看耕地狀況，利用DEM數(shù)據(jù)，可方便的進行坡度和土石方量的計算;在完成土地開發(fā)后，可利用無人機再次航飛，通過疊加對比，可準(zhǔn)確直觀的分析工程施工與設(shè)計的一致性及最終成效，有利于成果驗收。

　　(4)、新農(nóng)村建設(shè)

　　無人飛機遙感技術(shù)獲取的影像資料，還可以為新農(nóng)村建設(shè)服務(wù)。新農(nóng)村集中居住現(xiàn)在是我國的發(fā)展趨勢。新農(nóng)村規(guī)劃工作日益繁重，對基礎(chǔ)資料的需求更是加重。傳統(tǒng)的獲取手段是進行全野外測量，成本高、時間長，很難跟上新農(nóng)村建設(shè)的進度，而無人飛機遙感技術(shù)可以快速獲取這些準(zhǔn)確、直觀的基礎(chǔ)資料，加快了新農(nóng)村建設(shè)的步伐。

　　4結(jié)語

　　無人飛機遙感技術(shù)隨著信息時代的到來正在高速發(fā)展，人們對無人飛機遙感技術(shù)的了解也愈加深入，因此，無人飛機遙感技術(shù)在國土資源管理領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛，必將推動“天上看、地上查、網(wǎng)上管”的新型國土資源管理模式的建設(shè)，為國土資源的合理管理、規(guī)劃提供強有力的技術(shù)保障。無人飛機遙感技術(shù)的發(fā)展前景也將更加美好。

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