无人机遥感概论

无人机遥感概论 无人机遥感系统概述 一(无人机遥感系统的概念与软硬件组成 无人机(unmanned aerial vehicle，UAV)是一种机上无人驾驶的航空器，其具有动力装置和导航模块，在一定范围内靠无线电遥控设备或计算机预编程序自主控制飞行[1]。 无人机遥感(UAV remote sensing，UA—VRS)是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通信技术、POS定位技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术，具有自动化、智能化、专业化快速获取国土、资源、环境、事件等空间遥感信息，并进行实时处理、建模和分析的先进新兴航空遥感技术解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。无人机遥感系统(UAV remote sensing system，UA—VRSS)即是一种以UAV 为平台，以各种成像与非成像传感器为主要载荷，飞行高度一般在几千米以 km 之上)，能够获取遥感影像、视频等数据的无人航空遥感与摄内(军用可达10 影测量系统。目前，成熟完备的民用UAVRSS主要由飞行平台系统、轻小型多功能对地观测传感系统、遥感空基交互控制系统、地面数据快速处理系统、数据传输链路、综合保障系统与装置、地面后勤人员等组成。 利用无人机遥感系统采集数据时，其工作流程为:根据遥感任务的要求对待拍摄地区进行航迹规划，在地面控制子系统中将规划好航线并载入到遥感空中控制子系统。无人机地面控制子系统按照规划的航线控制无人机的飞行，遥感空中控制子系统则按照预设的航线和拍摄方式控制遥感传感器进行拍摄;遥感传感器子系统将拍摄的数据进行存储，无人机平台则利用无线传输通道将飞行数据传输到地面的控制子系统;地面工作人员可以在地面监测无人机的飞行航线，必要的情况下，可以根据接收的数据更改本次飞行的 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，比如可以马上进行部分地区的补拍;拍摄结束后可以自动切入手控飞行，等待降落[2]。 [3] 二(研究现状 一直以来，UAVRS主要关键技术都掌握在军事遥感领域，应用于战场侦查、作战效果和战损评估、目标追踪与识别等。如2014一O1进行第9次验证飞行的美国海军最新型无人情报、监视、侦察飞机平台“MQ一4C”遥感系统，可在18 km高空持续飞行24 h，通过搭载的高性能传感器对视场下方进行360。监控，一次 1 m 以下的目标，并能实时飞行即可侦察近7 000 000 km 海域，清晰识别出0( 进行数据收集和分发，自动识别舰艇，自动改正紊流引起的扰动，具备独特的除冰和防雷击功能，相比其他UAVRSS飞得更高、更远。目前，UAVRS技术已经成为世界各国争相研究的热点，正得到研究者和生产者的青睐，特别是二十一世纪以来面对自然灾害、环境保护、恐怖主义、社会事件等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，以及海岸监视、城市规划、资源勘查、气象观测、林业普查等众多活动，各国政府对UAVRS高新技术的需求与Et俱增，各部门和组织亟需将这一新兴科技运用到自身部门和领域，应对不断出现的挑战和难题[4] 。这使得越来越多的关键技术已从研究开发发展到实际应用阶段，从军事应用领域扩展到商、民用市场，扩大了UAVRS技术的应用范围和用户群。当前，美国正在进行“全球鹰”和“捕食者”等军用UAV 民用化改造和政策制定，欧洲正拟定实施UAV海事监视规划，中国已将“天翼”军用UAV应用到国家环保部卫星环境应用中心“节能减排与生态保护环境遥感技术支撑能力建设”等重大民生项目中。这些工作把UAVRS发展推向新的阶段，加速了世界范围内的UAVRS技术商、民用转化进程，将使其成为未来的主要航空遥感技术之一[5-6]。我国UAV航空遥感技术发展迅速，已成功研制无人飞行器、适用于航空遥感的飞行控制系统、通信系统，以及实现了轻小型传感器及其数据处理系统的集成[7]。 三(关键技术 3.1 无人机遥感平台 无人机遥感平台的性能和成本会直接对系统运行的稳定性和运行的效率产生重大的影响，所以在无人机航空遥感技术发展的过程中，不断提高无人机遥感平台的性价比是非常关键的一个要素，另外系统运行过程中所需要的成本对整个系统也有着十分关键的作用与影响，所以应该在工作中努力的研制性价比更高的系统平台，这样才能更好的体现出系统运行的经济性。在研究的过程中，应该将重点放在以下几个方面:首先是在现有的无人机的基础上，根据航空遥感系统运行的相关要求对其进行更加有效的改进和优化^在设备的选择和系统平台的建设方面也应该保持在一个相对较为合理的范围之内。其次是在现有的导航系统基础上要不断对导航的方式进行优化，最好要使用组合式的导航方式，这样对提高导航的准确性有着十分重要的影响。再次是对下一代设备进行研制，在研制的过程中要对成本进行严格的控制，通常成本增加的数额不应该超过原系统总成本数额15,，在这样的资金条件下，最高的高度应该上升到18米，作业的高度也应该到达l6米，载荷能力也应该在100kg以上，运行时间也应该有所提高，正常运行的时间最好要超过30小时。最后一点就是在现有的自动起降设备基础上，在更高的范围和更高的精度实现起降功能。 3.2 无人机遥感设备集成与接口 在遥感设备的选择方面应该充分的考虑到整个系统的应用需求和具体特点，同时还要使用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的设备接口，这对于提高安装调试的效率有着不容忽视的作用，在该项内容的研究 主要包含以下几个方面:首先是设备应用在不同领域的时候，应该对其性价比进行仔细的研究，之后选择综合效益相对较高的遥感设备。其次是在完成遥感数据的获取和污染往哪寄平台设备之间应该设计出完全相适应的接口形式，这样对于不同型号的SAR和不同的设备都能实现顺利快捷的更换。最后一点就是应该重视无人机遥感设备的安装和调试工作。 3.3 遥感数据实时处理与上传 无人机航空遥感系统可以有效的对遥感的数据进行处理和下传，但是以往的系统中，数据的精度存在着明显的不足，同时在其他方面也有着自身的问题，所以研究的重点就应该是在减少消耗的基础之上，改善图像的成图质量，具体说来， 主要包含以下几项内容。首先是要能够高效的将遥感的图像数据和定位数据以及无人飞行过程中的运行状态干II航拍过程中的数据信息进行有效的融合，这样就可以生成更加生动、清晰和具体的图像。其次是提高现有的景象匹配算法的实际作用，它也可以有效的为无人机组合导航系统的数据处理和修正提供更好的条件，从而使得无人飞行过程中的控制精度也有了非常明显的提升。其次是提高所有景象匹配算法的时效性，这样也为整个无人机导航系统位置的确定创造非常坚实的基础。再次是采用小波变换的技术，让数据压缩过程中的能源消耗不断减少。 3.4 遥感数据地面接收与处理 分布式的海量无人机遥感数据接收和处理网络是提供业务化遥感应用服务的前提条件(具体研究内容包括: (1)根据应用需求，建立固定和移动地面数据接收站(地面站同时具有 无人机遥控功能)。 (2)在现有的基础上，建立有海量数据存储、管理和分发能力的数据中 心，建立图像数据库，包括快视图的生成以及图像查询系统的建立;进行遥 感数据共享的权限限定、安全认证、数据格式、下载速率、预处理 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 、数据 加密与打包等方面的标准化，以便更好地利用和开发遥感数据。 (3)进行图像增强，包括反差调整和邻域增强等。 3.5 无人机航空遥感系统典型应用 无人机航空遥感系统具有全天候、全天时、低成本等技术优势，其所获得的高分辨率遥感数据可应用于多种领域，适合于我国信息化发展的需要(目前无人机遥感业务化运行系统在国内外尚无先例，因此开展对无人机遥感系统典型应用的可行性研究是顺利进行业务化推广的关键技术，具体包括: (1)SAR测绘应用可行性研究 应用可见光设备的航空摄影技术在多云多雨或大气能见度低的地区 无法有效地完成测绘工作，是遏制我国测绘发展的主要技术问题(SAR由 于其对云雨的良好穿透能力，有实现全天候测绘的潜力，但由于SAR图像 有明显的斑点噪声(speckle)和复杂的几何变形(尤其在地形起伏较大的地 区)，目前还不太适合进行地形图的制作和生产。 (2)无人机遥感系统用于大比例尺基础测绘更新与建库的可能性研究 研究采用无人机遥感数据进行1:10000地形图的更新，进行部分地区 1:10000和重点城市l:2000比例尺地理信息数据库的建设和更新，按照有 关测绘法律法规的规定，形成定期数据更新维护机制，实现地理空间基础 数据与应用信息的结合。 (3)土地利用动态监测 利用无人机高分辨率影像数据进行土地利用动态变化监测和资源与 生态环境监测，探索利用无人机高分辨率的遥感影像数据进行土地利用现 状调查、矿产资源监测、地质灾害的巡查与防治和地质遗迹保护等工作的 新方法。 四(无人机遥感技术的应用 4.1 气象监测与预报 无人气象飞机可装载遥感设备对温度、湿度、气压、风速、风向和电场等气象参数进行测量。目前，这方面的研究已取得大量成果，美国、澳大利亚、法国、中国等相继研制了Perseus和Theseus、Aerosonde、FOX 和Chacal、TF一1等UAV 气象遥感系统。其中，Aerosonde航空气象探测UAV由碳纤维制成，无机轮，机腹机 (9 m，置于汽车车顶，当车速 壳覆以轻型玻璃纤维，重15 kg，翼展2 达80 km,h时起飞升空，降落时发动机停转以机腹落地，机上配备飞行控制与导航系统、数据传输系统，一台功率1(25 kw 的增压发动机，最大航程3 000 km，续航时间30 h，工作高度范围1O0,6 000 m，有效载荷5 kg，可搭载湿度、温度、气压、红外、相机、化学探测、积冰探测、合成孔径雷达等传感器，需要2,3名操控人员。TF一1气象探测UAV采用碳纤维复合材料一体化成型技术，重不足22 kg，通过优化气动外形、动力和飞控系统，能实现连续15 h、1 500 km长航时自主飞行，并通过分立空速管、高精度压力传感器、GPS和多坐标联合解算技术，解决了小型长航程低速UAV风参数测量的技术难题，并首次在国内UAV上采用“北斗”数据链路，解决了UAV气象探测系统数据传输受制于航高和航距的问题;且采用智能化监测与控制技术，解决了机载电子设备的电磁兼容问题，各项气象参数测量达到了国际同类产品的先进水平[8]。 4(2 国土资源环境调查与城市管理 UAVRSS在国土资源环境调查与城市管理方面的应用主要是土地及资源调查 与分类、环境监测、违章用地监测、城市交通管理等，已开展了大量研究实践工作。例如，国土事业部门和相关公司利用UAV装载小型高分辨率数码相机对一些县市开展土地资源调查，制作区域土地利用类型遥感图，提供农村集体土地所有权测量依据，大大改善了传统外业测量人为因素大、效率低、大范围工作成本高、工作时间长等弊端，并经实地取样测量检验证实，由UAV遥感信息处理所得数据在外业像控和内业整合后，能满足工作精度要求，使UARSS逐步成为了国土资源管理的好帮手。林业与药业部门和公司利用UAVSS进行中药资源、林业资源分布等的抽样调查、分类与资源总量估算等，且其结果具有统计学的可靠性。城市规划管理与建设部门利用UA—VRSS拍摄低空大比例尺图像和实时画面，通过地物分类进行异常提取，解译出违法乱建、废弃物乱堆乱放、道路拥堵和规划执行现状等信息，用于城市执法调查、处理与效果评估。环保部门使用UAVRSS携带大面阵数码相机、特殊化学物质探测仪、水色遥感器，对高危湖泊、河道、海岸和涉污工厂集中区进行追踪调查观测，完成环境监测与执法取证工作[9]。 4(3 海事信息化建设与动态管理海事工作与很多区域、城市发展密切相关 随着国家提出建设长江黄金水道、北部湾、天津滨海新区、上海国际航运中心、海南生态旅游岛等战略，海事工作正面临日益上升的水上交通流量、愈加复杂的通航环境、严峻的航道水域污染监督与巡查形势，而海事工作因科技和人员的制约，已不能满足现势条件下的海事管理。同时，各种新增安全隐患也逐渐成为海事部门必须面对的问题，因此，海事部门必须通过科技创新来应对海事工作发展中的新趋势和新问题。近年来，各级海事部门逐步引入安装GPS和轻小型稳定平台，一般任务载重10,2O kg，搭载1,4个相机和光电红外系统、小型合成孔径雷达的低空UAVRSS，利用其机动灵活、多任务作业等优势完善现有监管体系，与已有海事海一空监测系统组合，形成全方位、全天候的海一空一天立体监测，实现了海事监管水域的多维可视化。这正成为海事部门深入贯彻科技创新精神，利用科技提升海事事业的重要手段。它能为近海常规巡航与目标搜索、应急现场监控与信息传递、船舶事故探查与污染监视等提供新的技术解决手段，发挥UAV遥感监测机动灵活、应急迅速，可长时间持续执行任务，监视范围广，安全风险小，投入成本低及费效比高等优势。例如，上海市为提高其对所属长江航道、国际性港口等地发生的应急水上交通事故、近海水域油污和水上交通流量等的动态 监测和应急处置能力，快速获得大量有用证据和信息，通过UAV遥感监测系统搭载的各种光电、红外传感器开展了大量实验，进行了多次业务试飞和联合演习，取得了令人满意的运行效果，提高了事故处置响应速度和效率，为临港工业园、水域资源勘查开发和港口运输提供了可靠的保障和服务，凸显了UAV遥感监测在海事事件现场应急信息采集中的良好应用能力，有效解决了海事事件点散面广，获取证据难度大、时间长等问题。 结束语 当前，我国的无人机遥感技术日渐成熟，同时其也使用到了更为广阔 的领域当中，在发展的过程中，如果要让其关键技术能够进一步的提升，就 必须要加大科研的力度，只有这样，才能推动技术的创新和发展，同时也为 该系统在更广的范围内得以应用奠定坚实的基础，促进我国科技水平的不 断发展和提升。 参 考 文 献 [1] Adam C，Vincent G，Everett A(Unmanned Aircraft Systems in Remote Sensing and Scientific Research:Classification and Considerations J](Remote Sensing，2012(4):1 671—1 692 of Use[ [2] 洪宇，龚建华，胡社荣，黄明祥.无人机遥感影像获取及后续处理探讨[J]. 遥感技术与应用，2008，23(4):462-466. 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