無人機(jī)航攝技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用分析

黃春雷

（沈陽市勘察測繪研究院　遼寧沈陽　110004）

無人機(jī)航攝技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用分析

黃春雷

（沈陽市勘察測繪研究院遼寧沈陽110004）

摘要：無人機(jī)航空攝影技術(shù)近年來發(fā)展迅速，以運(yùn)營成本低、高效靈活的特點(diǎn)，在森林火火警監(jiān)控、重大災(zāi)難搶險(xiǎn)、環(huán)保監(jiān)測等動態(tài)監(jiān)測方面，發(fā)揮著一定的作用。從無人機(jī)的發(fā)展歷史、系統(tǒng)構(gòu)成、航攝成圖及應(yīng)用優(yōu)勢等方面進(jìn)行了簡要論述,并對其應(yīng)用前景進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；航攝成圖；GPS；姿態(tài)傳感器；應(yīng)用前景

1　引言

隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對遙感數(shù)據(jù)的需求日益增加，無人機(jī)技術(shù)也經(jīng)過幾十年的發(fā)展，性能不斷提高，現(xiàn)已被成功應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，無人機(jī)與測繪的關(guān)系越來越緊密，高效應(yīng)用無人機(jī)航攝技術(shù)已成為未來航攝發(fā)展方向之一。

2　無人機(jī)的發(fā)展歷史

UAV無人駕駛飛機(jī)的英文縮寫（Unmanned AerialVehicle），簡稱無人機(jī)。它是通過無線電遙控設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人飛行器。無人機(jī)最早出現(xiàn)在1917年，早期的無人機(jī)主要應(yīng)用于軍事活動，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)以及各種新型傳感器的迅速發(fā)展，無人駕駛飛行器系統(tǒng)的性能不斷提高，續(xù)航時(shí)間的延長，任務(wù)載荷的增加，為長時(shí)間、大范圍的遙感監(jiān)測提供了保障，也為搭載多種傳感器和執(zhí)行多種任務(wù)創(chuàng)造了有利條件，逐漸延伸到民用遙感飛行平臺領(lǐng)域。

3　無人機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成

目前航拍用無人機(jī)的主流操作模式還是手控滑行或彈射起飛，升空后切入自動駕駛，航拍任務(wù)結(jié)束自駕返回出發(fā)點(diǎn)，切回手動駕駛滑行或者傘降著陸。通常一套無人機(jī)系統(tǒng)主要由無人機(jī)平臺，雙向鏈路無線電數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，地面站監(jiān)視軟件系統(tǒng)，無線電遙控設(shè)備等構(gòu)成。

航拍用無人機(jī)主要部件包括無人機(jī)機(jī)體，專用發(fā)動機(jī)，自動駕駛儀，數(shù)據(jù)傳輸電臺，GPS接收機(jī)，傳感設(shè)備等。無人機(jī)作業(yè)過程中，發(fā)動機(jī)為其提供動力，自動駕駛儀通過自身搭載的姿態(tài)傳感器采集平臺飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過氣壓高度傳感器用來采集飛機(jī)所處高度的氣壓信號，再通過高靈敏度的GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星定位信號，并對采集的這些信號數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，將相應(yīng)的控制指令下達(dá)到飛機(jī)各個(gè)動作裝置，控制無人機(jī)按照預(yù)定航線，平穩(wěn)飛行，進(jìn)行定距或者定點(diǎn)拍攝。與此同時(shí)，通過飛機(jī)自身搭載的無線電數(shù)據(jù)傳輸電臺將無人機(jī)本身的姿態(tài)，飛行高度，所在位置坐標(biāo)，飛行速度，飛行里程以及拍攝數(shù)量等信息實(shí)時(shí)傳回地面控制站，以便操作人員隨時(shí)掌握無人機(jī)的工作狀態(tài)，并且可以隨時(shí)通過地面站無線電臺向飛行中的無人機(jī)下達(dá)各種飛行指令。

就固定翼型無人機(jī)而言，目前國內(nèi)用戶在使用的無人機(jī)平臺多種多樣，有常規(guī)布局，倒V尾，T形尾，雙尾撐等，但是主要的技術(shù)數(shù)據(jù)大致如下:

翼展：1.9—2.5米

機(jī)長：1.2—1.5米

發(fā)動機(jī)排量：45cc—80cc

飛行時(shí)長：1-3小時(shí)

任務(wù)載荷：5kg左右

自動駕駛儀：UP系列，MP2028，YS系列等

4　無人機(jī)航攝成圖

無人機(jī)航拍飛行高度通常在400-1000米范圍，這樣的高度基本屬于云層下飛行，低空空域空氣通透性良好，成像清晰，分辨率可以達(dá)到0.1米。經(jīng)過糾正，拼接處理的無人機(jī)航片基本可以滿足1∶2000地形圖成圖精度要求，甚至能應(yīng)用于1∶1000地形圖成圖。

某地區(qū)1∶2000地形圖制作項(xiàng)目，面積僅有40km2，工期要求一個(gè)月。通常情況下大飛機(jī)航攝的協(xié)調(diào)周期至少需要15天，使用大飛機(jī)很不經(jīng)濟(jì)，為此決定使用無人機(jī)實(shí)施航攝，在最短時(shí)間內(nèi)獲取項(xiàng)目范圍影像圖，在工期內(nèi)完成測區(qū)測圖任務(wù)。經(jīng)過測區(qū)資料的收集、現(xiàn)場踏勘、確定起降場地、設(shè)計(jì)航飛線路，僅用了6天時(shí)間完成了測區(qū)的航攝任務(wù)，連夜進(jìn)行了測區(qū)整體影像的拼接。

航片數(shù)量及處理情況如下表：

本測區(qū)無人機(jī)航攝技術(shù)亮點(diǎn)：

1．加裝改進(jìn)的單軸旋偏云臺，使旋偏角得到有效控制，提高了特征匹配密度；

2．利用不同軟件的優(yōu)勢組合運(yùn)用，成功實(shí)現(xiàn)相鄰航片的拼接；

3．安裝獨(dú)立無線電尋回裝置，發(fā)生飛行意外時(shí)可快速定位尋找設(shè)備，減少財(cái)產(chǎn)損失。

4．安裝了遙控拋傘裝置，可防止傘降后，大風(fēng)拖拽造成機(jī)體設(shè)備損傷。

5　無人機(jī)應(yīng)用優(yōu)勢及前景

無人機(jī)實(shí)施航拍作業(yè)其優(yōu)勢是：機(jī)動靈活，作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間短，工作量??；受天氣因素影響小，全年可飛行時(shí)段長；無需專用機(jī)場跑道，只要在作業(yè)區(qū)附近尋找空域開闊的平坦地面即可；使用成本低廉，出圖迅速；航攝高度低，在云層下作業(yè)，影像清晰。

由于無人機(jī)在航攝方面的許多優(yōu)勢，在地理信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，市場的需求越來越廣泛，無人機(jī)的應(yīng)用前景也逐漸拓寬，目前主要應(yīng)用于：

（1）應(yīng)急救災(zāi)：針對突發(fā)災(zāi)害情況，可快速部署，提供最新影像數(shù)據(jù)，幫助領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)急指揮和決策；

（2）小面積區(qū)域快速成圖：機(jī)動靈活、起降方便；轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，對小面積區(qū)域快速成圖實(shí)施航空攝影，可保證工程進(jìn)展速度。

（3）城鎮(zhèn)建設(shè):加快小城鎮(zhèn)建設(shè)，在農(nóng)村宅基地發(fā)證等工作中提供有效影像數(shù)據(jù)。

6　結(jié)束語

近年來，無人機(jī)的應(yīng)用取得了較大發(fā)展，應(yīng)用市場空間也逐漸開闊，無人機(jī)已應(yīng)用于環(huán)保監(jiān)察，高壓巡線，氣象災(zāi)害評估，森林火險(xiǎn)監(jiān)控，公安緝毒等諸多領(lǐng)域。5.12汶川地震以后，國內(nèi)多家無人機(jī)單位及時(shí)趕赴災(zāi)區(qū)，在極其困難的條件下開展了無人機(jī)航拍作業(yè)，及時(shí)取得了大量有價(jià)值的航拍資料，對抗震救援工作的實(shí)施具有重要的參考指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］李磊，熊濤，胡湘陽，熊俊.淺論無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及前景.地理空間信息2010年05期；

［2］吳漢平澤.無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論［M］.北京.電子工業(yè)出版社。2003.