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航空遥感数据获取的主要途径之一——无人机遥感测绘

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2019-10-08

  近年来,随着地理信息产业的发展和应用的普及,遥感作为地理信息产业的前端,也受到了非常多的关注。传统地理空间数据的获取方式正在面临着现代科技设备的挑战,而遥感技术的进步,尤其是高分辨率卫星影像的大量应用和航空遥感的发展,都为数据获取方式注入了新鲜血液。

  卫星遥感影像的优点毋庸赘述,其作为矢量地图的补充已经获得了大众用户的欢迎。但是作为专业地理信息应用来说,数据获取能力不足、现势性差、回访慢等特点则是其硬伤。传统大飞机航摄相比卫星遥感更加灵活,影像质量也更高,但是飞机租赁、机场管理、空域申请流程过于复杂,对云层的要求也相对较高。与此同时,随着通信技术、传感器等技术的发展,测绘无人机作为一种低成本、高精度、操作简便的遥感影像获取设备应运而生,并在传统测绘、数字城市建设、地理国情监测、灾害应急处理等方面取得了很好的效果。

 无人飞行器测绘

  从上世纪80年代开始,国外就开始将无人飞行器应用于测绘工程。在全球定位系统尚未对民用开放前,无人飞行器只能通过简单的遥控操作来进行航摄作业。无人飞行器种类有很多,主要包括无人机、空艇等。

  空艇问世至今已经有两百多年的历史,是从热气球转化而来。最开始空艇主要用于军事打击,后用以进行高空侦察。作为一种造价低廉、操作方便的飞行器,至今许多测绘单位还拥有部分新型的测绘性空艇。但空艇的缺点非常明显:起飞准备时间很长,因为飞行前需要注入大量的氦气;起飞和落地的时间由于需要克服空气阻力,都要浪费过多的时间;抗打击能力较差,很难在条件恶劣的地方稳定运行。

  与空艇相比,测绘型无人机成本同样不高,操作性强,可以随时随地起飞和降落,不需要太多的准备时间,并能够适应不同的地形、天气条件,是现阶段进行低空航空摄影的绝佳手段,并获得了越来越多测绘单位的青睐。

泉州2cm有人机倾斜三维航空摄影.jpg

 国家测绘地理信息局大力推广无人机航摄

  据了解,我国测绘事业今后20年的发展思路已经明确为四句话:“构建数字中国、监测地理国情,发展壮大产业、建设测绘强国”。地理国情,指那些与地理相关的自然和人文要素的国情信息,如:国土疆域面积、地形地貌特征、行政区域分界、地表水资源状况、道路交通网络、土地利用与土地覆盖情况、城市分布和城镇化扩张等。地理国情,是从空间角度反映一个国家自然、经济、人文状况的重要信息资源。因此,做好地理国情监测工作,已经成为我国测绘部门在今后相当长时间的工作重点。

  毫无疑问,航空影像获取和遥感监测在地理国情监测中将会起到无可替代的作用。因此,近年来国家测绘地理信息局多次举办无人机航摄系统推广会,在全国范围内大力推广应用国产低空无人飞行器航测遥感系统,同时率先在各省级测绘单位配备使用。在过去一年时间,全国已推广无人机航摄系统100余套、地理信息应急监测车8套,并力争尽快在全国普及推广。今后测绘地理信息部门将加大无人飞机航摄系统推广,陆续向有需求、有条件的地市配备无人飞机航摄系统,并推广到部分县级城市,最大限度地提升我国地理国情监测及应急保障综合能力。

  近几年发展起来的测绘无人机,通过不断的技术创新,我国自主研发的无人机已能在多种复杂的地形与气候条件下及时获取精准的地理信息数据,从而成为传统航空摄影测量手段的有力补充。部分国产测绘无人机的技术指标已经达到国际领先水平,能够完全满足基础测绘工作的需要。

 测绘无人机优势

  无人机搭载传感器进行航空遥感影像的拍摄,一方面是低空遥感被广泛认可,需要旺盛,另一方面则是因为相比较其它遥感数据获取方式,测绘无人机拥有不可替代的优势。

  性价比高。现在市场上的国产测绘无人机的价格大约在十几万到几十万之间,可重复使用的次数多,除重大事故外不容易损坏,也不存在其它额外的使用费用。在自然环境比较恶劣的区域,如高原、近海等,即使出现意外也不会有太大的损失。高达0.05米分辨率的影像则比卫星影像的精度更高。

  方便携带运输。固定翼测绘无人机翼展一般不会超过3米,并可以方便地拆卸。在项目执行的过程中,只需要将拆卸后的无人机设备放到普通的小货车中,就可以把操作人员和所有设备同时运送到的地。到现场后,半个小时内就可以完成无人机的组装和调试。

  无场地要求。传统的测绘无人机起飞方式一般是滑起,需要一段30米至50米相对水平的跑道才能起飞。随着新兴设备的引入,场地已经不再是无人机起降的阻碍。目前常见的的无人机除了滑起,还可以通过弹射或手抛方式起飞,降落时可以直接伞降,对于野外作业来说极为方便。弹射架可以固定在作业车的车顶,或者展开后架在地面即可。

  机动灵活。测绘无人机可以根据所需的影像分辨率来决定飞行高度,在大多数情况下,飞行高度一般为100米至1000米。测绘无人机搭载的相机多采用定焦镜头,飞行高度的差别直接影响到最终生成影像的分辨率。飞行前设计好航线、确定好飞行高度,就可以获取理想的数据。

  受天气影响小。在传统的航空摄影中,大飞机航摄最担心出现的问题就是天气状况不理想,一旦出现多云的天气,将会严重影响成像的效果。但测绘无人机飞行的高度决定了云层厚度基本不会影响到成像,尤其是在获取高分辨率影像、飞行高度低的情况下。 飞燕演讲激光点云倾斜数据获取与处理.png

  测绘无人机应用

  在传统的国土测绘应用中,相比较卫星影像,无人机获取的影像除了分辨率更高,似乎没有更多的优势。但在更多的应用中,无人机所能做的,远远超出你能想象的范围。

  国土测绘。相比较传统的测绘手段,无人机测绘能够凭借其机动灵活等特点,在国土测绘领域发挥重要作用。通过快速获取测绘无人机航摄数据,能够快速掌握测区的详细情况,应用于国土资源动态监测与调查、土地利用和覆盖图更新、土地利用动态变化监测、特征信息分析等。高分辨率的航空影像还可应用于区域规划等。

  选线设计。遥感无人机可应用于电力选线、公路选线、铁路选线,能够根据项目需求,快速获取线状无人机航空影像,为选线快速提供设计数据。此外,遥感无人机还可以针对石油、天然气管道进行选线设计和全方位的监测,厘米级别的航空影像和高清视频能够协助进行安全监测与管理,同时利用管道压力数据结合影像发现管道渗漏、偷盗等现象。

  环境监测。高效快速获取高分辨率航空影像能够及时地对环境污染进行监测,尤其是排污污染方面。此外,海洋监测、溢油监测、水质监测、湿地监测、固体污染物监测、海岸带监测、植被生态等方面都可以借助遥感无人机拍摄的航空影像或视频数据进行实施。其中,水质调查监测、污染物监测、大气环境监测、固态废物检测、秸秆禁烧监测是主要的应用方向。

  水利监测。在陆地上,遥感无人机可应用于洪涝监测、河道管理、河道污染检测等。无人机可根据地形和河流情况,确定航线,并进行凌情应急监测、滩区洪水灾害监测、水污染等突发事件等。此外,遥感无人机还可应用于海岸带调查,如填海造地、水产养殖、海岸带变迁等情况,近海岛礁监测、船只、藻类、浮标等目标识别,以及海洋环境监测等。

  农林。高分辨率航空影像能够提供准确的土地纹理和作物分类信息,可应用于农业用地分析、作物类型识别、作物长势分析、土壤湿度测定、农业环境调查、水产养殖区监测、森林火灾监测、森林覆盖率分析、森林植被健康监测、森林储积量评估等。能够针对特定农业作物,确定种植面积、生长状况、生长阶段和产值预估,比如在烟草农业物联网等行业有重要应用。

  变化分析。通过自定义重访周期,遥感无人机能够有效地对局部地区的动态变化进行监测。例如在水淹分析、拆迁赔偿等应用中,往往会因为双方各执一词而引发很多矛盾。利用遥感无人机进行航拍后,相关变化区域可以在最终的影像上非常清楚。在城市建设与规划、海岸水淹分析等领域中,遥感无人机都可以发挥重要作用。

  应急救灾。无人机在测绘领域受到重视,是从应急救灾中开始的。无论是汶川地震、玉树地震、盈江地震,还是舟曲泥石流、安康水灾,测绘无人机都在第一时间到达了现场,并充分发挥机动灵活的特点,获取灾区的影像数据,为救灾部署和灾后重建工作的开展,都起到了重要作用。通过自定义重访周期,遥感无人机能够有效地对局部地区的动态变化进行监测。

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