航空遙感數(shù)據(jù)獲取的主要途徑之一——無人機(jī)遙感測繪

　　近年來，隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用的普及，遙感作為地理信息產(chǎn)業(yè)的前端，也受到了非常多的關(guān)注。傳統(tǒng)地理空間數(shù)據(jù)的獲取方式正在面臨著現(xiàn)代科技設(shè)備的挑戰(zhàn)，而遙感技術(shù)的進(jìn)步，尤其是高分辨率衛(wèi)星影像的大量應(yīng)用和航空遙感的發(fā)展，都為數(shù)據(jù)獲取方式注入了新鮮血液。

　　衛(wèi)星遙感影像的優(yōu)點(diǎn)毋庸贅述，其作為矢量地圖的補(bǔ)充已經(jīng)獲得了大眾用戶的歡迎。但是作為專業(yè)地理信息應(yīng)用來說，數(shù)據(jù)獲取能力不足、現(xiàn)勢性差、回訪慢等特點(diǎn)則是其硬傷。傳統(tǒng)大飛機(jī)航攝相比衛(wèi)星遙感更加靈活，影像質(zhì)量也更高，但是飛機(jī)租賃、機(jī)場管理、空域申請流程過于復(fù)雜，對(duì)云層的要求也相對(duì)較高。與此同時(shí)，隨著通信技術(shù)、傳感器等技術(shù)的發(fā)展，測繪無人機(jī)作為一種低成本、高精度、操作簡便的遙感影像獲取設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，并在傳統(tǒng)測繪、數(shù)字城市建設(shè)、地理國情監(jiān)測、災(zāi)害應(yīng)急處理等方面取得了很好的效果。

　無人飛行器測繪

　　從上世紀(jì)80年代開始，國外就開始將無人飛行器應(yīng)用于測繪工程。在全球定位系統(tǒng)尚未對(duì)民用開放前，無人飛行器只能通過簡單的遙控操作來進(jìn)行航攝作業(yè)。無人飛行器種類有很多，主要包括無人機(jī)、空艇等。

　　空艇問世至今已經(jīng)有兩百多年的歷史，是從熱氣球轉(zhuǎn)化而來。最開始空艇主要用于軍事打擊，后用以進(jìn)行高空偵察。作為一種造價(jià)低廉、操作方便的飛行器，至今許多測繪單位還擁有部分新型的測繪性空艇。但空艇的缺點(diǎn)非常明顯：起飛準(zhǔn)備時(shí)間很長，因?yàn)轱w行前需要注入大量的氦氣;起飛和落地的時(shí)間由于需要克服空氣阻力，都要浪費(fèi)過多的時(shí)間;抗打擊能力較差，很難在條件惡劣的地方穩(wěn)定運(yùn)行。

　　與空艇相比，測繪型無人機(jī)成本同樣不高，操作性強(qiáng)，可以隨時(shí)隨地起飛和降落，不需要太多的準(zhǔn)備時(shí)間，并能夠適應(yīng)不同的地形、天氣條件，是現(xiàn)階段進(jìn)行低空航空攝影的絕佳手段，并獲得了越來越多測繪單位的青睞。

　國家測繪地理信息局大力推廣無人機(jī)航攝

　　據(jù)了解，我國測繪事業(yè)今后20年的發(fā)展思路已經(jīng)明確為四句話：“構(gòu)建數(shù)字中國、監(jiān)測地理國情，發(fā)展壯大產(chǎn)業(yè)、建設(shè)測繪強(qiáng)國”。地理國情，指那些與地理相關(guān)的自然和人文要素的國情信息，如：國土疆域面積、地形地貌特征、行政區(qū)域分界、地表水資源狀況、道路交通網(wǎng)絡(luò)、土地利用與土地覆蓋情況、城市分布和城鎮(zhèn)化擴(kuò)張等。地理國情，是從空間角度反映一個(gè)國家自然、經(jīng)濟(jì)、人文狀況的重要信息資源。因此，做好地理國情監(jiān)測工作，已經(jīng)成為我國測繪部門在今后相當(dāng)長時(shí)間的工作重點(diǎn)。

　　毫無疑問，航空影像獲取和遙感監(jiān)測在地理國情監(jiān)測中將會(huì)起到無可替代的作用。因此，近年來國家測繪地理信息局多次舉辦無人機(jī)航攝系統(tǒng)推廣會(huì)，在全國范圍內(nèi)大力推廣應(yīng)用國產(chǎn)低空無人飛行器航測遙感系統(tǒng)，同時(shí)率先在各省級(jí)測繪單位配備使用。在過去一年時(shí)間，全國已推廣無人機(jī)航攝系統(tǒng)100余套、地理信息應(yīng)急監(jiān)測車8套，并力爭盡快在全國普及推廣。今后測繪地理信息部門將加大無人飛機(jī)航攝系統(tǒng)推廣，陸續(xù)向有需求、有條件的地市配備無人飛機(jī)航攝系統(tǒng)，并推廣到部分縣級(jí)城市，最大限度地提升我國地理國情監(jiān)測及應(yīng)急保障綜合能力。

　　近幾年發(fā)展起來的測繪無人機(jī)，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，我國自主研發(fā)的無人機(jī)已能在多種復(fù)雜的地形與氣候條件下及時(shí)獲取精準(zhǔn)的地理信息數(shù)據(jù)，從而成為傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補(bǔ)充。部分國產(chǎn)測繪無人機(jī)的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，能夠完全滿足基礎(chǔ)測繪工作的需要。

　測繪無人機(jī)優(yōu)勢

　　無人機(jī)搭載傳感器進(jìn)行航空遙感影像的拍攝，一方面是低空遙感被廣泛認(rèn)可，需要旺盛，另一方面則是因?yàn)橄啾容^其它遙感數(shù)據(jù)獲取方式，測繪無人機(jī)擁有不可替代的優(yōu)勢。

　　性價(jià)比高?，F(xiàn)在市場上的國產(chǎn)測繪無人機(jī)的價(jià)格大約在十幾萬到幾十萬之間，可重復(fù)使用的次數(shù)多，除重大事故外不容易損壞，也不存在其它額外的使用費(fèi)用。在自然環(huán)境比較惡劣的區(qū)域，如高原、近海等，即使出現(xiàn)意外也不會(huì)有太大的損失。高達(dá)0.05米分辨率的影像則比衛(wèi)星影像的精度更高。

　　方便攜帶運(yùn)輸。固定翼測繪無人機(jī)翼展一般不會(huì)超過3米，并可以方便地拆卸。在項(xiàng)目執(zhí)行的過程中，只需要將拆卸后的無人機(jī)設(shè)備放到普通的小貨車中，就可以把操作人員和所有設(shè)備同時(shí)運(yùn)送到的地。到現(xiàn)場后，半個(gè)小時(shí)內(nèi)就可以完成無人機(jī)的組裝和調(diào)試。

　　無場地要求。傳統(tǒng)的測繪無人機(jī)起飛方式一般是滑起，需要一段30米至50米相對(duì)水平的跑道才能起飛。隨著新興設(shè)備的引入，場地已經(jīng)不再是無人機(jī)起降的阻礙。目前常見的的無人機(jī)除了滑起，還可以通過彈射或手拋方式起飛，降落時(shí)可以直接傘降，對(duì)于野外作業(yè)來說極為方便。彈射架可以固定在作業(yè)車的車頂，或者展開后架在地面即可。

　　機(jī)動(dòng)靈活。測繪無人機(jī)可以根據(jù)所需的影像分辨率來決定飛行高度，在大多數(shù)情況下，飛行高度一般為100米至1000米。測繪無人機(jī)搭載的相機(jī)多采用定焦鏡頭，飛行高度的差別直接影響到最終生成影像的分辨率。飛行前設(shè)計(jì)好航線、確定好飛行高度，就可以獲取理想的數(shù)據(jù)。

　　受天氣影響小。在傳統(tǒng)的航空攝影中，大飛機(jī)航攝最擔(dān)心出現(xiàn)的問題就是天氣狀況不理想，一旦出現(xiàn)多云的天氣，將會(huì)嚴(yán)重影響成像的效果。但測繪無人機(jī)飛行的高度決定了云層厚度基本不會(huì)影響到成像，尤其是在獲取高分辨率影像、飛行高度低的情況下?！?img src="/UploadFiles/20191008/20191008103933-6370612797344198056595199.png" title="飛燕演講激光點(diǎn)云傾斜數(shù)據(jù)獲取與處理.png" alt="飛燕演講激光點(diǎn)云傾斜數(shù)據(jù)獲取與處理.png" />

  測繪無人機(jī)應(yīng)用

　　在傳統(tǒng)的國土測繪應(yīng)用中，相比較衛(wèi)星影像，無人機(jī)獲取的影像除了分辨率更高，似乎沒有更多的優(yōu)勢。但在更多的應(yīng)用中，無人機(jī)所能做的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出你能想象的范圍。

　　國土測繪。相比較傳統(tǒng)的測繪手段，無人機(jī)測繪能夠憑借其機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，在國土測繪領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。通過快速獲取測繪無人機(jī)航攝數(shù)據(jù)，能夠快速掌握測區(qū)的詳細(xì)情況，應(yīng)用于國土資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測與調(diào)查、土地利用和覆蓋圖更新、土地利用動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測、特征信息分析等。高分辨率的航空影像還可應(yīng)用于區(qū)域規(guī)劃等。

　　選線設(shè)計(jì)。遙感無人機(jī)可應(yīng)用于電力選線、公路選線、鐵路選線，能夠根據(jù)項(xiàng)目需求，快速獲取線狀無人機(jī)航空影像，為選線快速提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。此外，遙感無人機(jī)還可以針對(duì)石油、天然氣管道進(jìn)行選線設(shè)計(jì)和全方位的監(jiān)測，厘米級(jí)別的航空影像和高清視頻能夠協(xié)助進(jìn)行安全監(jiān)測與管理，同時(shí)利用管道壓力數(shù)據(jù)結(jié)合影像發(fā)現(xiàn)管道滲漏、偷盜等現(xiàn)象。

　　環(huán)境監(jiān)測。高效快速獲取高分辨率航空影像能夠及時(shí)地對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行監(jiān)測，尤其是排污污染方面。此外，海洋監(jiān)測、溢油監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、濕地監(jiān)測、固體污染物監(jiān)測、海岸帶監(jiān)測、植被生態(tài)等方面都可以借助遙感無人機(jī)拍攝的航空影像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施。其中，水質(zhì)調(diào)查監(jiān)測、污染物監(jiān)測、大氣環(huán)境監(jiān)測、固態(tài)廢物檢測、秸稈禁燒監(jiān)測是主要的應(yīng)用方向。

  水利監(jiān)測。在陸地上，遙感無人機(jī)可應(yīng)用于洪澇監(jiān)測、河道管理、河道污染檢測等。無人機(jī)可根據(jù)地形和河流情況，確定航線，并進(jìn)行凌情應(yīng)急監(jiān)測、灘區(qū)洪水災(zāi)害監(jiān)測、水污染等突發(fā)事件等。此外，遙感無人機(jī)還可應(yīng)用于海岸帶調(diào)查，如填海造地、水產(chǎn)養(yǎng)殖、海岸帶變遷等情況，近海島礁監(jiān)測、船只、藻類、浮標(biāo)等目標(biāo)識(shí)別，以及海洋環(huán)境監(jiān)測等。

　　農(nóng)林。高分辨率航空影像能夠提供準(zhǔn)確的土地紋理和作物分類信息，可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)用地分析、作物類型識(shí)別、作物長勢分析、土壤濕度測定、農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)查、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測、森林火災(zāi)監(jiān)測、森林覆蓋率分析、森林植被健康監(jiān)測、森林儲(chǔ)積量評(píng)估等。能夠針對(duì)特定農(nóng)業(yè)作物，確定種植面積、生長狀況、生長階段和產(chǎn)值預(yù)估，比如在煙草農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)有重要應(yīng)用。

　　變化分析。通過自定義重訪周期，遙感無人機(jī)能夠有效地對(duì)局部地區(qū)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測。例如在水淹分析、拆遷賠償?shù)葢?yīng)用中，往往會(huì)因?yàn)殡p方各執(zhí)一詞而引發(fā)很多矛盾。利用遙感無人機(jī)進(jìn)行航拍后，相關(guān)變化區(qū)域可以在最終的影像上非常清楚。在城市建設(shè)與規(guī)劃、海岸水淹分析等領(lǐng)域中，遙感無人機(jī)都可以發(fā)揮重要作用。

  應(yīng)急救災(zāi)。無人機(jī)在測繪領(lǐng)域受到重視，是從應(yīng)急救災(zāi)中開始的。無論是汶川地震、玉樹地震、盈江地震，還是舟曲泥石流、安康水災(zāi)，測繪無人機(jī)都在第一時(shí)間到達(dá)了現(xiàn)場，并充分發(fā)揮機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，獲取災(zāi)區(qū)的影像數(shù)據(jù)，為救災(zāi)部署和災(zāi)后重建工作的開展，都起到了重要作用。通過自定義重訪周期，遙感無人機(jī)能夠有效地對(duì)局部地區(qū)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測。