ck-gy04測(cè)繪鷹——固定翼無人機(jī)的一種機(jī)型。
8月10日，國(guó)家測(cè)繪局利用無人機(jī)成功獲取舟曲災(zāi)后高分辨率影像，無人機(jī)低空遙感技術(shù)再次進(jìn)入人們視野。
■ 核心提示
甘肅舟曲縣突發(fā)特大泥石流災(zāi)害后，國(guó)家測(cè)繪局利用無人機(jī)成功獲取舟曲災(zāi)后高分辨率影像。早在上世紀(jì)90年代末，我國(guó)成立了專門的無人機(jī)系統(tǒng)研究小組，自主研制無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)。經(jīng)過十年發(fā)展，飛行平臺(tái)輕小型化，成像傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件的研發(fā)三大技術(shù)難題都已得到解決，無人機(jī)低空航測(cè)已在抗震救災(zāi)、社會(huì)管理、城市規(guī)劃等方面發(fā)揮了積極作用。
■ 將新聞進(jìn)行到底
8月7日晚至8日凌晨，甘肅舟曲縣突發(fā)特大泥石流災(zāi)害。
8月10日，在蘭州軍區(qū)空管部門支持下，國(guó)家測(cè)繪局利用無人機(jī)成功獲取舟曲災(zāi)后高分辨率影像。無人機(jī)低空遙感技術(shù)再次進(jìn)入人們視野。
此前，該技術(shù)曾在國(guó)土管理、城市規(guī)劃、社會(huì)安全、抗震救災(zāi)等方面發(fā)揮積極作用。
災(zāi)情就是命令，速度就是一切！這次航測(cè)是對(duì)無人機(jī)技術(shù)的又一次重大考驗(yàn)——
2天4小時(shí)30分 完成舟曲災(zāi)后無人機(jī)低空航測(cè)任務(wù)
“甘肅舟曲發(fā)生特大泥石流災(zāi)害后，8月8日凌晨接到國(guó)家測(cè)繪局通知，10日完成第一張舟曲災(zāi)后高分辨率影像，僅用時(shí)兩天。無人機(jī)距地面飛行相對(duì)高760米左右，繞舟曲飛行20平方公里，完成航拍僅用30分鐘。成功傘降，15厘米的高分辨率影像拼接成功，傳回北京，僅用四個(gè)小時(shí)。” 低空航測(cè)舟曲災(zāi)后高分辨率影像負(fù)責(zé)人、北京朗天博泰科技有限公司總經(jīng)理白瑞杰說。
此次獲取甘肅舟曲災(zāi)后高分辨率影像，使用的是一種翼展約3米、機(jī)身長(zhǎng)約兩米、機(jī)重約20公斤的固定翼無人機(jī)。舟曲地形特殊，高差大，間有側(cè)風(fēng)，并且軟件數(shù)據(jù)處理速度相對(duì)較慢。
[page]為解決這兩個(gè)困難，出發(fā)前，白瑞杰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)軟件數(shù)據(jù)處理速度慢的問題進(jìn)行升級(jí)，把原來注重精度、忽視處理速度的常規(guī)測(cè)繪軟件，升級(jí)為應(yīng)急救災(zāi)軟件：略微降低精度，處理速度卻成倍增加。同時(shí)，在趕往舟曲的路上，工作人員又進(jìn)行了減輕機(jī)身重量、調(diào)節(jié)機(jī)身配重、增加飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)馬力等方面的飛機(jī)改造。
白瑞杰介紹，無人機(jī)和軟件都是自主開發(fā)研制，因此改造起來非?？?。經(jīng)改造后，它能成功應(yīng)對(duì)復(fù)雜的地形和惡劣的氣候條件，滿足救災(zāi)應(yīng)急需要。之后，我們及時(shí)把影像傳給有關(guān)部門，這對(duì)科學(xué)評(píng)估災(zāi)情、制定周密及時(shí)的救援方案起了重要作用。
無人機(jī)航測(cè)是與衛(wèi)星遙感、大航空遙感兩者并列的航空遙感技術(shù)——
無人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)的“三大件”
中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院院長(zhǎng)林宗堅(jiān)教授介紹，一般來講，uav（Unmanned Aerial Vehicles）是指無人飛行器，包括固定翼無人機(jī)，旋翼無人機(jī)和無人飛艇等，可統(tǒng)稱為無人機(jī)。
飛行平臺(tái)、成像傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件是無人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)的“三大件”，林宗堅(jiān)說。
對(duì)于無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的定義非常泛泛。“是以先進(jìn)的無人機(jī)遙感技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)為核心，將無人機(jī)作為飛行平臺(tái)，以先進(jìn)的全自動(dòng)化攝影測(cè)量工作站為處理平臺(tái)，通過計(jì)算機(jī)飛行控制系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)，以及3S（gps衛(wèi)星導(dǎo)航、GIS地理信息系統(tǒng)、RS遙感）技術(shù)的集成、定制，成為一套基于無人機(jī)遙感技術(shù)的快速獲取及處理系統(tǒng)。”白瑞杰告訴筆者。
現(xiàn)在衛(wèi)星遙感和有人駕駛飛機(jī)的普通航空（或稱大航空）遙感十分發(fā)達(dá)，然而在及時(shí)性和精確性上還明顯不足——
及時(shí)精確 無人機(jī)更勝一籌
林宗堅(jiān)介紹，A地與B地相距500公里，假設(shè)兩地間修建一條鐵路，工程規(guī)劃急需1米分辨率影像。若用某顆具有1米分辨率的衛(wèi)星，每天軌道成像寬度僅為11公里。即便保證天天晴日，也得需要整整一個(gè)半月，顯然速度太慢。有人駕駛的大飛機(jī)航測(cè)雖然靈活性稍好，但會(huì)受制于陰云天氣，很難滿足“需要的時(shí)候就能有”的服務(wù)需求。
精確性上，與衛(wèi)星遙感影像分辨率最高達(dá)0.3米相比，無人機(jī)低空航測(cè)可以精確到5厘米（與1∶500地圖分辨率相匹配），并且還能生成實(shí)地的三維景觀數(shù)據(jù)。
“無人機(jī)可以在陰云天氣攝影。它飛得低，可以距地面50米飛行，根據(jù)光度學(xué)中“照度的距離平方反比定律”，獲取的影像會(huì)格外清晰；它飛得慢，航速每小時(shí)幾十公里，能靈活應(yīng)付地形復(fù)雜條件，得到精準(zhǔn)影像。”林宗堅(jiān)認(rèn)為，無人機(jī)另一大優(yōu)勢(shì)還在于，制造成本低，不需要專門的機(jī)場(chǎng)和飛行員，而且起降靈活。
為彌補(bǔ)衛(wèi)星遙感和大飛機(jī)遙感存在的缺陷，趕超發(fā)達(dá)國(guó)家有人駕駛小飛機(jī)技術(shù)，早在1999年，受國(guó)土資源部委托，由林宗堅(jiān)領(lǐng)銜，成立專門的無人機(jī)系統(tǒng)研究小組，自主研制無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)——
[page]三大技術(shù) 10年攻關(guān)無人機(jī)低空航測(cè)
林宗堅(jiān)介紹，低空飛行雖具有光學(xué)優(yōu)勢(shì)，不過在研制過程中，低空飛行的安全性也成了最大問題。低空飛行需要無人機(jī)飛行平臺(tái)輕、小，而飛行平臺(tái)的輕小型化，必然要求傳感器載荷的輕小型化，傳感器系統(tǒng)輕小型化還受到高分辨率、高精度測(cè)繪的挑戰(zhàn)。因此，怎樣通過特殊的技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)飛行平臺(tái)輕小型化、傳感器系統(tǒng)輕小型化和高精度測(cè)繪相配合的目標(biāo)，并研制出專門的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件，三大技術(shù)難題擺在研究小組面前。
經(jīng)過研究小組的艱苦攻關(guān)，能保證安全性和影像清晰的最低航速問題、起飛載重與起飛離地速度關(guān)系問題、飛行控制水平以及應(yīng)對(duì)低空湍流飛行性能問題均一一得到解決。
飛行平臺(tái)輕小型化，要求不能搭載一般有人駕駛飛機(jī)使用的重達(dá)百公斤的高檔航空相機(jī)。然而，大多數(shù)無人機(jī)航攝系統(tǒng)，都是輕小型固定翼無人機(jī)攜載一個(gè)普通數(shù)碼相機(jī)，這種普通的單相機(jī)系統(tǒng)，攝取的影像幅面過小，造成飛行攝影效率和后續(xù)處理（尤其是人工測(cè)圖）效率低下。林宗堅(jiān)說：“我們經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，在單個(gè)數(shù)碼相機(jī)的基礎(chǔ)上研制出雙拼組合寬角相機(jī)，擴(kuò)大面陣傳感器容量，形成組合寬角視場(chǎng)：提高基高比和高程量測(cè)精度；增加航帶影像的地面覆蓋寬度，提高飛行作業(yè)效率以及減少野外控制點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量。”
成功研制出飛行平臺(tái)和成像傳感器系統(tǒng)后，數(shù)據(jù)處理軟件的研發(fā)就提上了議事日程。“考慮到低空無人機(jī)航測(cè)面臨的一系列特殊問題，我們成功研發(fā)出具有自主版權(quán)的MAP-AT（現(xiàn)代航測(cè)自動(dòng)空中三角測(cè)量）軟件。”該軟件在繼承國(guó)內(nèi)外先進(jìn)航測(cè)軟件已有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加針對(duì)低空大傾角影像變形大的連接點(diǎn)自動(dòng)選取失敗而設(shè)計(jì)的自動(dòng)檢查和人工操作彌補(bǔ)功能；與組合寬角相機(jī)配套的影像拼接裁切與誤差檢查功能；支持建筑物景觀三維模型構(gòu)建的功能等。
■ 相關(guān)鏈接
“要學(xué)習(xí)無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)，一定會(huì)來中國(guó)。”
未來的遙感市場(chǎng)將三分天下，衛(wèi)星遙感、大飛機(jī)遙感、無人機(jī)低空航測(cè)各分得一杯羹。
林宗堅(jiān)解釋，三種遙感技術(shù)各有特色：飛行高度不同，飛行速度有差，飛行條件要求不一，影像分辨率精度各異。因此，這就決定了它們的航測(cè)范圍有別：衛(wèi)星遙感適合全球、全國(guó)航測(cè)；大飛機(jī)遙感適合全國(guó)、全省航測(cè)；而無人機(jī)遙感航測(cè)在市、縣范圍更有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
雖然美國(guó)首先發(fā)明無人機(jī)并把它用于軍事，但把軍用轉(zhuǎn)為民用，做的最好的國(guó)家是中國(guó)。林宗堅(jiān)說，世界范圍看，我國(guó)的民用輕小型無人機(jī)低空航測(cè)已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
林宗堅(jiān)同時(shí)說，我國(guó)有無人機(jī)制造公司100多家，但它們的技術(shù)水平參差不齊。如何用先進(jìn)的技術(shù)“武裝”和提高這些公司的技術(shù)水平，更好的為現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)，繼續(xù)保持我國(guó)在國(guó)際上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，已成為必須面對(duì)的問題。
他表示，無人機(jī)低空航測(cè)已在抗震救災(zāi)、社會(huì)管理、城市規(guī)劃等方面發(fā)揮了積極作用。現(xiàn)在國(guó)家西部大開發(fā)、新農(nóng)村建設(shè)掀起高潮，相信在中國(guó)，無人機(jī)有廣闊的市場(chǎng)和非常好的應(yīng)用前景。
“如果有外國(guó)留學(xué)生學(xué)習(xí)無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)，一定會(huì)來中國(guó)。”林宗堅(jiān)笑著說。(實(shí)習(xí)生 王昊魁)
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