淺談測(cè)繪無(wú)人機(jī)的應(yīng)用前景
時(shí)間: 2020-07-01 13:41:49
近年來(lái)，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(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)獲取能力不足、現(xiàn)勢(shì)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(chǎng)管理、空域申請(qǐng)流程過(guò)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(cè)繪無(wú)人機(jī)作為一種低成本、高精度、操作簡(jiǎn)便的遙感影像獲取設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，并在傳統(tǒng)測(cè)繪、數(shù)字城市建設(shè)、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、災(zāi)害應(yīng)急處理等方面取得了很好的效果。無(wú)人飛行器測(cè)繪 從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，國(guó)外就開(kāi)始將無(wú)人飛行器應(yīng)用于測(cè)繪工程。在全球定位系統(tǒng)尚未對(duì)民用開(kāi)放前，無(wú)人飛行器只能通過(guò)簡(jiǎn)單的遙控操作來(lái)進(jìn)行航攝作業(yè)。無(wú)人飛行器種類有很多，主要包括無(wú)人機(jī)、空艇等。 空艇問(wèn)世至今已經(jīng)有兩百多年的歷史，是從熱氣球轉(zhuǎn)化而來(lái)。最開(kāi)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(cè)繪單位還擁有部分新型的測(cè)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(zhǎng)，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(guò)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(cè)繪型無(wú)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(lái)越多測(cè)繪單位的青睞。國(guó)家測(cè)繪地理信息局大力推廣無(wú)人機(jī)航攝 據(jù)了解，我國(guó)測(cè)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(guó)、監(jiān)測(cè)地理國(guó)情，發(fā)展壯大產(chǎn)業(yè)、建設(shè)測(cè)繪強(qiáng)國(guó)”。地理國(guó)情，指那些與地理相關(guān)的自然和人文要素的國(guó)情信息，如：國(guó)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(guó)情，是從空間角度反映一個(gè)國(guó)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(guó)情監(jiān)測(cè)工作，已經(jīng)成為我國(guó)測(cè)繪部門(mén)在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的工作重點(diǎn)。 在過(guò)去一年中，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)取得了重要進(jìn)展。在國(guó)辦、發(fā)改委、財(cái)政等部門(mén)的大力支持下，國(guó)務(wù)院已經(jīng)批準(zhǔn)開(kāi)展地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作，項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，項(xiàng)目預(yù)算已報(bào)財(cái)政部審批。福建、山西、陜西等7個(gè)省已將地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作列入省“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃內(nèi)容，正在加快立項(xiàng)和組織實(shí)施。在國(guó)家、省、市三級(jí)開(kāi)展了地理國(guó)情監(jiān)測(cè)試點(diǎn)工作，目前已形成了首批監(jiān)測(cè)成果。國(guó)家測(cè)繪地理信息局副局長(zhǎng)王春峰日前表示，下一步將全面啟動(dòng)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，成立領(lǐng)導(dǎo)小組，加快組織實(shí)施，快出成果，快見(jiàn)成效，為搞好宏觀調(diào)控、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展、建設(shè)責(zé)任政府、服務(wù)政府提供地理國(guó)情信息支撐。 毫無(wú)疑問(wèn)，航空影像獲取和遙感監(jiān)測(cè)在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中將會(huì)起到無(wú)可替代的作用。因此，近年來(lái)國(guó)家測(cè)繪地理信息局多次舉辦無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)推廣會(huì)，在全國(guó)范圍內(nèi)大力推廣應(yīng)用國(guó)產(chǎn)低空無(wú)人飛行器航測(cè)遙感系統(tǒng)，同時(shí)率先在各省級(jí)測(cè)繪單位配備使用。在過(guò)去一年時(shí)間，全國(guó)已推廣無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)100余套、地理信息應(yīng)急監(jiān)測(cè)車8套，并力爭(zhēng)盡快在全國(guó)普及推廣。今后測(cè)繪地理信息部門(mén)將加大無(wú)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(wú)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(guó)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)及應(yīng)急保障綜合能力。 近幾年發(fā)展起來(lái)的測(cè)繪無(wú)人機(jī)，通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新，我國(guó)自主研發(fā)的無(wú)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(cè)量手段的有力補(bǔ)充。部分國(guó)產(chǎn)測(cè)繪無(wú)人機(jī)的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，能夠完全滿足基礎(chǔ)測(cè)繪工作的需要。測(cè)繪無(wú)人機(jī)優(yōu)勢(shì) 無(wú)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(cè)繪無(wú)人機(jī)擁有不可替代的優(yōu)勢(shì)： 性價(jià)比高 現(xiàn)在市場(chǎng)上的國(guó)產(chǎn)測(cè)繪無(wú)人機(jī)的價(jià)格大約在十幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)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(cè)繪無(wú)人機(jī)翼展一般不會(huì)超過(guò)3米，并可以方便地拆卸。在項(xiàng)目執(zhí)行的過(guò)程中，只需要將拆卸后的無(wú)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)送到目的地。到現(xiàn)場(chǎng)后，半個(gè)小時(shí)內(nèi)就可以完成無(wú)人機(jī)的組裝和調(diào)試。 無(wú)場(chǎng)地要求 傳統(tǒng)的測(cè)繪無(wú)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(chǎng)地已經(jīng)不再是無(wú)人機(jī)起降的阻礙。目前常見(jiàn)的的無(wú)人機(jī)除了滑起，還可以通過(guò)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(lái)說(shuō)極為方便。彈射架可以固定在作業(yè)車的車頂，或者展開(kāi)后架在地面即可。 機(jī)動(dòng)靈活 測(cè)繪無(wú)人機(jī)可以根據(jù)所需的影像分辨率來(lái)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(cè)繪無(wú)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(wèn)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(cè)繪無(wú)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。測(cè)繪無(wú)人機(jī)應(yīng)用 在傳統(tǒng)的國(guó)土測(cè)繪應(yīng)用中，相比較衛(wèi)星影像，無(wú)人機(jī)獲取的影像除了分辨率更高，似乎沒(méi)有更多的優(yōu)勢(shì)。但在更多的應(yīng)用中，無(wú)人機(jī)所能做的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出你能想象的范圍。國(guó)土測(cè)繪相比較傳統(tǒng)的測(cè)繪手段，無(wú)人機(jī)測(cè)繪能夠憑借其機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，在國(guó)土測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。通過(guò)快速獲取測(cè)繪無(wú)人機(jī)航攝數(shù)據(jù)，能夠快速掌握測(cè)區(qū)的詳細(xì)情況，應(yīng)用于國(guó)土資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)、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(wú)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(wú)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(wú)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(cè)，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(cè)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(cè)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(cè)，尤其是排污污染方面。此外，海洋監(jiān)測(cè)、溢油監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、濕地監(jiān)測(cè)、固體污染物監(jiān)測(cè)、海岸帶監(jiān)測(cè)、植被生態(tài)等方面都可以借助遙感無(wú)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(cè)、污染物監(jiān)測(cè)、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、固態(tài)廢物檢測(cè)、秸稈禁燒監(jiān)測(cè)是主要的應(yīng)用方向。水利監(jiān)測(cè)在陸地上，遙感無(wú)人機(jī)可應(yīng)用于洪澇監(jiān)測(cè)、河道管理、河道污染檢測(cè)等。無(wú)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(cè)、灘區(qū)洪水災(zāi)害監(jiān)測(cè)、水污染等突發(fā)事件等。此外，遙感無(wú)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(cè)、船只、藻類、浮標(biāo)等目標(biāo)識(shí)別，以及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)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(zhǎng)勢(shì)分析、土壤濕度測(cè)定、農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)查、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、森林覆蓋率分析、森林植被健康監(jiān)測(cè)、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(zhǎng)狀況、生長(zhǎng)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。土地變化分析通過(guò)自定義重訪周期，遙感無(wú)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(cè)。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(wú)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(wú)人機(jī)都可以發(fā)揮重要作用。應(yīng)急救災(zāi)無(wú)人機(jī)在測(cè)繪領(lǐng)域受到重視，是從應(yīng)急救災(zāi)中開(kāi)始的。無(wú)論是汶川地震、玉樹(shù)地震，還是舟曲泥石流、安康水災(zāi)，測(cè)繪無(wú)人機(jī)都在第一時(shí)間到達(dá)了現(xiàn)場(chǎng)，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(kāi)展，都起到了重要作用。 通過(guò)自定義重訪周期，遙感無(wú)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(cè)。 毫無(wú)疑問(wèn)，測(cè)繪無(wú)人機(jī)正逐漸成為測(cè)繪部門(mén)的新寵兒，隨著更多地方測(cè)繪部門(mén)、數(shù)據(jù)獲取企業(yè)的引進(jìn)和使用，測(cè)繪無(wú)人機(jī)將成為今后航空遙感數(shù)據(jù)獲取的“標(biāo)配”。