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专家:民用轻小型无人机低空航测达国际领先水

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【摘要】:
测绘鹰——固定翼无人机的一种机型  8月10日,国家测绘局利用无人机成功获取舟曲灾后高分辨率影像,无人机低空遥感技术再次进入人们视野。  ■核心提示  甘肃舟曲县突发特大泥石流灾害后,国家测绘局利用无人机成功获取舟曲灾后高分辨率影像。早在上世纪90年代末,我国成立了专门的无人机系统研究小组,自主研制无人机低空航测技术。经过十年发展,飞行平台轻小型化,成像传感器系统和数据处理软件的研发三大技术难题都

  

 

  测绘鹰——固定翼无人机的一种机型

  8月10日,国家测绘局利用无人机成功获取舟曲灾后高分辨率影像,无人机低空遥感技术再次进入人们视野。

  ■ 核心提示

  甘肃舟曲县突发特大泥石流灾害后,国家测绘局利用无人机成功获取舟曲灾后高分辨率影像。早在上世纪90年代末,我国成立了专门的无人机系统研究小组,自主研制无人机低空航测技术。经过十年发展,飞行平台轻小型化,成像传感器系统和数据处理软件的研发三大技术难题都已得到解决,无人机低空航测已在抗震救灾、社会管理、城市规划等方面发挥了积极作用。

  ■ 将新闻进行到底

  8月7日晚至8日凌晨,甘肃舟曲县突发特大泥石流灾害。

  8月10日,在兰州军区空管部门支持下,国家测绘局利用无人机成功获取舟曲灾后高分辨率影像。无人机低空遥感技术再次进入人们视野。

  此前,该技术曾在国土管理、城市规划、社会安全、抗震救灾等方面发挥积极作用。

  灾情就是命令,速度就是一切!这次航测是对无人机技术的又一次重大考验——

  2天4小时30分 完成舟曲灾后无人机低空航测任务

  “甘肃舟曲发生特大泥石流灾害后,8月8日凌晨接到国家测绘局通知,10日完成第一张舟曲灾后高分辨率影像,仅用时两天。无人机距地面飞行相对高760米左右,绕舟曲飞行20平方公里,完成航拍仅用30分钟。成功伞降,15厘米的高分辨率影像拼接成功,传回北京,仅用四个小时。” 此次获取甘肃舟曲灾后高分辨率影像,使用的是一种翼展约3米、机身长约两米、机重约20公斤的固定翼无人机。舟曲地形特殊,高差大,间有侧风,并且软件数据处理速度相对较慢。

  无人机航测是与卫星遥感、大航空遥感两者并列的航空遥感技术——

  无人机低空航测系统的“三大件”

  中国测绘科学研究院院长林宗坚教授介绍,一般来讲,UAV(Unmanned Aerial Vehicles)是指无人飞行器,包括固定翼无人机,旋翼无人机和无人飞艇等,可统称为无人机。

  飞行平台、成像传感器系统和数据处理软件是无人机低空航测系统的“三大件”,林宗坚说。

  对于无人机航测系统的定义非常泛泛。“是以先进的无人机遥感技术和卫星导航定位技术为核心,将无人机作为飞行平台,以先进的全自动化摄影测量工作站为处理平台,通过计算机飞行控制系统、测控系统、通讯系统,以及3S(GPS卫星导航、GIS地理信息系统、RS遥感)技术的集成、定制,成为一套基于无人机遥感技术的快速获取及处理系统。”白瑞杰告诉笔者。

  现在卫星遥感和有人驾驶飞机的普通航空(或称大航空)遥感十分发达,然而在及时性和精确性上还明显不足——

  及时精确 无人机更胜一筹

  林宗坚介绍,A地与B地相距500公里,假设两地间修建一条铁路,工程规划急需1米分辨率影像。若用某颗具有1米分辨率的卫星,每天轨道成像宽度仅为11公里。即便保证天天晴日,也得需要整整一个半月,显然速度太慢。有人驾驶的大飞机航测虽然灵活性稍好,但会受制于阴云天气,很难满足“需要的时候就能有”的服务需求。

  精确性上,与卫星遥感影像分辨率最高达0.3米相比,无人机低空航测可以精确到5厘米(与1∶500地图分辨率相匹配),并且还能生成实地的三维景观数据。

  “无人机可以在阴云天气摄影。它飞得低,可以距地面50米飞行,根据光度学中“照度的距离平方反比定律”,获取的影像会格外清晰;它飞得慢,航速每小时几十公里,能灵活应付地形复杂条件,得到精准影像。”林宗坚认为,无人机另一大优势还在于,制造成本低,不需要专门的机场和飞行员,而且起降灵活。

  为弥补卫星遥感和大飞机遥感存在的缺陷,赶超发达国家有人驾驶小飞机技术,早在1999年,受国土资源部委托,由林宗坚领衔,成立专门的无人机系统研究小组,自主研制无人机低空航测技术——

  三大技术 10年攻关无人机低空航测

  林宗坚介绍,低空飞行虽具有光学优势,不过在研制过程中,低空飞行的安全性也成了最大问题。低空飞行需要无人机飞行平台轻、小,而飞行平台的轻小型化,必然要求传感器载荷的轻小型化,传感器系统轻小型化还受到高分辨率、高精度测绘的挑战。因此,怎样通过特殊的技术设计实现飞行平台轻小型化、传感器系统轻小型化和高精度测绘相配合的目标,并研制出专门的摄影测量数据处理软件,三大技术难题摆在研究小组面前。

  经过研究小组的艰苦攻关,能保证安全性和影像清晰的最低航速问题、起飞载重与起飞离地速度关系问题、飞行控制水平以及应对低空湍流飞行性能问题均一一得到解决。

  飞行平台轻小型化,要求不能搭载一般有人驾驶飞机使用的重达百公斤的高档航空相机。然而,大多数无人机航摄系统,都是轻小型固定翼无人机携载一个普通数码相机,这种普通的单相机系统,摄取的影像幅面过小,造成飞行摄影效率和后续处理(尤其是人工测图)效率低下。林宗坚说:“我们经过反复试验,在单个数码相机的基础上研制出双拼组合宽角相机,扩大面阵传感器容量,形成组合宽角视场:提高基高比和高程量测精度;增加航带影像的地面覆盖宽度,提高飞行作业效率以及减少野外控制点的布设数量。”

  成功研制出飞行平台和成像传感器系统后,数据处理软件的研发就提上了议事日程。“考虑到低空无人机航测面临的一系列特殊问题,我们成功研发出具有自主版权的MAP-AT(现代航测自动空中三角测量)软件。”该软件在继承国内外先进航测软件已有优点的基础上,增加针对低空大倾角影像变形大的连接点自动选取失败而设计的自动检查和人工操作弥补功能;与组合宽角相机配套的影像拼接裁切与误差检查功能;支持建筑物景观三维模型构建的功能等。

  ■ 相关链接

  “要学习无人机低空航测技术,一定会来中国。”

  未来的遥感市场将三分天下,卫星遥感、大飞机遥感、无人机低空航测各分得一杯羹。

  林宗坚解释,三种遥感技术各有特色:飞行高度不同,飞行速度有差,飞行条件要求不一,影像分辨率精度各异。因此,这就决定了它们的航测范围有别:卫星遥感适合全球、全国航测;大飞机遥感适合全国、全省航测;而无人机遥感航测在市、县范围更有得天独厚的优势。

  虽然美国首先发明无人机并把它用于军事,但把军用转为民用,做的最好的国家是中国。林宗坚说,世界范围看,我国的民用轻小型无人机低空航测已处于国际领先水平。

  林宗坚同时说,我国有无人机制造公司100多家,但它们的技术水平参差不齐。如何用先进的技术“武装”和提高这些公司的技术水平,更好的为现代化建设服务,继续保持我国在国际上的领先优势,已成为必须面对的问题。

  他表示,无人机低空航测已在抗震救灾、社会管理、城市规划等方面发挥了积极作用。现在国家西部大开发、新农村建设掀起高潮,相信在中国,无人机有广阔的市场和非常好的应用前景。

  “如果有外国留学生学习无人机低空航测技术,一定会来中国。”林宗坚笑着说。(实习生 王昊魁)