无人机遥感技术论文 无人机遥感技术及应用前景

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无人机遥感技术论文

[关键词]无人机 特点 应用 [中图分类号] P237 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-8-130-2 0引言 伴着科学技术的进步，作为获取遥感数据的新型手段，无人机遥感技 术向着光谱信息成像化，雷达成像多极化，光学探测多向化，地学分析智能化， 环境研究动态化以及资源研究定量化的方向发展，大大提高了遥感技术的实时性 和运行性，使其向多尺度、多频率、全天候、高精度和高效快速的目标发展[1]。

随着人们对地理环境的不断理解和对测绘需求的增长使得无人机与测绘的关系 越来越紧密。无人机遥感技术体现了无人机与测绘的紧密结合同时也提供了更高 效的测绘方式[2]。

1无人机遥感系统的组成 无人机遥感系统由空中控制系统、地面控制系统和数据后处理系统组 成，如图1所示。

利用无人机遥感系统采集数据时，其工作流程为：根据遥感任务的要 求对待拍摄地区进行航迹规划，在地面控制子系统中将规划好航线并载入到遥感 空中控制子系统。无人机地面控制子系统按照规划的航线控制无人机的飞行，遥 感空中控制子系统则按照预设的航线和拍摄方式控制遥感传感器进行拍摄;遥感 传感器子系统将拍摄的数据进行存储，无人机平台则利用无线传输通道将飞行数 据传输到地面的控制子系统;地面工作人员可以在地面监测无人机的飞行航线， 必要的情况下，可以根据接收的数据更改本次飞行的计划，比如可以马上进行部 分地区的补拍;拍摄结束后可以自动切入手控飞行，等待降落[3]。2无人机遥感技术的优缺点 2.1无人机遥感技术的优点 2.1.1机动、灵活、快速 机动灵活，快速出击的响应能力是应急遥感工作的生命线。缺失了快 速响应的能力，应急将无从谈起。无人机能够通过地面运输快速到达指定目标区 域[2]。起降场地要求低(100-150m平整马路、平地甚至草地)，不需要机场跑道， 能够在15-30分钟内完成组装、调试、起飞。对于起飞场地无法寻找到，或者事 故常发地点，可以通过车载、导弹或者地面方式从田间地头、空地、山坡、沙滩 等多种地域直接发射，通过滑行和伞降的方式进行回收[4]。

2.1.2操作简单、安全性能好 无人机技术的不断成熟，其操作也越来越智能化、自动化。可以通过 事先设制飞行路线，并在飞行中进行校对和调整以达到对目标的精确测量。无人 机通过配备故障自动诊断及显示功能，如果发生故障，飞机会自动返航到起点上 空等待排出故障[2]。

2.1.3体积小、经济 无人机因为轻小，运输、保存非常方便。无人机飞行费用低，可做超 低空视距飞行，对操作员的培养比较周期相对较短。系统的保养和维修简便，同 时不用租赁起飞和停放场地。飞行审批手续简单，无人机属于遥控飞行器，基本 不用审批。

2.1.4数据处理速度快 无人机遥感技术数据处理速度快，及时性强。例如国内苏州武大影像 信息工程研究院打造的数字摄影测量处理平台数字摄影测量网格(DPGrid)，让无 人机在处理数据的速度与效率上达到目前数字摄影测量处理速度的8倍以上。特 别是大量的数据处理，传统模式一个月才能处理好的数据，借助该软件系统，几 个小时内就可以解决。

2.1.5获取影像分辨率高无人机遥感的最大优点是遥感影像分辨率高、成像效果清晰。无人机 搭载的高精度数码成像设备，具备面积覆盖、垂直或倾斜成像的技术能力。无人 机在200米左右的空中可以准确拍摄到地面上5厘米大小物体，而一般卫星航拍只 能分辨地面50厘米的大小的物体，获取图像的空间分辨率极高，适于大比例尺遥 感应用的需求。

2.1.6数据精确度高 无人机遥感影像数据处理后，可在电脑屏幕上显示平面和三维场景影 像，鼠标点到哪里就能显示出坐标、高度等数据信息，相比传统技术，精确度很 高。

无人机遥感技术除了以上的优势外，还具有航摄效率高;可即时重拍;
飞行时间基本是有效拍摄时间;工作现场集中，便于统筹安排。同时无人机遥感 航空摄影可以抵达许多载人飞行器无法到达的空域、高度或危险地区[6]。基于 无人机低空遥感技术的高机动性、低成本和小型化、专用化特点，可广泛用于航 空遥感、国土监察、城市规划、水利建设、林业管理、资源勘探、灾害勘查、环 境监测、地图更新、以及农业、电力、交通、军事等领域。

2.2无人机遥感技术的缺点 2.2.1飞行不够平稳 由于其体积小、重量轻，高空飞行易受风力的影响，飞行姿态不及有 人驾驶飞机平稳，常出现飞行航线漂移，飞行轨迹呈曲线的情况[5]。这就使得 拍摄的影像航向重叠度和旁向重叠度不规则，影像间的重叠度相差加大[7]。

2.2.2影像数据倾角大 与传统航空影像相比，无人机遥感影像数据倾角大而无规律，给连接 点的提取和布设带来困难。并且无人机应用于外业勘察时，难于建立野外实测地 面控制点。这些特点给无人机影像的几何校正处理带来了困难，进而影响到图像 镶嵌和信息的有效提取[5]。

2.2.3对GPS的依赖性 许多无人机系统都比有人驾驶飞机更依赖于GPS系统。例如，某些无人机必须依靠GPS的定位才能起飞。另一些无人机的编程则要靠GPS来实现自动 返回。如果说GPS很容易受到动能和电子干扰时，那么同样无人机也会面临相应 的干扰，从而无法保证数据采集的准确性。

2.2.4对通信系统的依赖性 无人机都要依靠卫星通信系统来实施指挥与控制以及将传感器搜集 到的数据发回地面进行处理。与GPS一样，通信卫星也容易受到各种干扰，包括 动能和噪音干扰。而这些干扰能大大降低无人机、地面控制站和信息处理中心之 间的卫星通信数据率。总之，无人机比有人驾驶飞机更依赖于通信资源，尤其是 使用多传感器来执行情报、监视和侦察任务的无人机。

3无人机遥感技术的 应用 近几年，新疆第一测绘院与中科院新疆生态地理研究所展开无人机遥 感系统项目的合作，实施了昌吉、克州、阿勒泰、伊犁、阿克苏等地部分区域的 1：1万地形图测绘任务，完成航测外业测图626幅，航测内业测图415幅，测绘覆 盖面积约1.5万平方千米;先后完成了塔城市外围城市规划地形图测绘工程、甘肃 嘉峪关至新疆乌鲁木齐西站GPS控制测量工程、南疆二线电力测量工程、克拉玛 依油田建设测绘工程等一批测绘项目。制作完成了各种比例尺数字正射影像图、 数字高程模型、数字地面模型、数字地表模型、三维点云等，结束了测量人员翻 山越岭、耗时极长的原始地质测绘、工程测量工作[7]。

同时新疆第二测绘院于2012年初利用无人机遥感技术完成奎屯市部 分区域无人机影像图的生产制作，成图面积达23平方千米，影像分辨率为0.10米， 采用中国测绘科学研究院的PixelGrid软件制作。此次奎屯市部分区域无人机正射 影像图的顺利完成，加之前期已经完成的新疆生产建设兵团105团场无人机影像 图、鄯善无人机影像图的反复试验生产，标志着新疆在无人机低空航摄及后续影 像加工处理方面的技术已趋于成熟，将来可以在无人机应急保障、快速获取影像 图方面提供新的测绘服务[8]。

4结语 无人机遥感系统是卫星遥感和航空遥感的有益补充[9]，具有高分辨 率图像和高精度定位数据获取能力，是当今重要的遥感数据来源。随着国家援疆 工作的大规模展开，新疆迫切需要加快基础建设，特别是地图测绘、城镇化建设、 新农村建设、城市化改造、应急、反恐防暴、防灾救灾、环境监测、矿产资源与开发、土地利用与调查等领域急需现势性强的大比例尺地形图及正摄影像图数据 成果，为当地的社会、经济建设提供快捷方便的高分辨率影像测绘保障服务[10]。

利用无人机遥感技术进行的航空摄影测量，将从关键技术上保证精度满足大比例 尺成图要求，从而推进新疆当地地理信息化建设进程。

The characteristics and application of UAV Remote Sensing Technology LI He-qing1，LIU Jun-yan2 (The Xinjiang Uygur Autonomous Region Transportation Planning Survey and Design Institute，Urumqi830006，China) (Xinjiang Agricultural University science and technology academy， Urumqi830091，China) Abstract：
With the development of UAV Remote Sensing Technology， Remote sensing aerial data has become an indispensable part of the information industry，Characteristics and application of the UAV remote sensing technology are briefly described。

KeyWords：
UAV，Characteristic，Application 无人机遥感技术论文篇二 无人机遥感技术及应用 摘 要：遥感技术是探测领域中非常重要的一项技术。近几年，这项 技术被用到了中国的无人机领域中，从而形成了无人机遥感这种全新的技术。这 种技术的本质是：无人机可在任意地点和任意时刻进行拍摄，拍摄出来的照片既 真实又清晰。正因为如此，无人机遥感在短短几年内便被运用到了诸多领域，在 这些领域中发挥着独特的作用。文章将较为细致地阐述无人机遥感这项技术的相 关情况，并对它的现实运用进行具体的介绍。

关键词：应用;遥感技术;展望;无人机 引言遥感技术起源于1960年左右，它是探测领域中非常重要的一项技术。

它依据了电磁波的有关理论，结合了各种先进的传感仪器，把距离较远的目标反 馈回来的信息加以搜集，再对这些信息做相关的处理，最终形成目标的全景图像。

当下，在借助人造卫星的基础上，遥感技术可确保18天以内就能返回一次全球的 真实图像。同时，在运用了遥感技术之后，还可高效地测绘出研究区域对应的地 图。

1 无人机遥感技术的简述 关于无人机遥感这种技术的描述可从四个方面来把握。第一是技术的 组成，无人机遥感综合了以下几种技术：一是传感技术;二是通讯技术;三是遥控 技术;四是遥感对应的应用技术;五是GPS技术。第二是获取的方式，获取方式有 以下三点特征：一是专题化;二是智能化;三是自动化。第三是获取的信息，获取 的信息主要有以下几种：一是环境信息;二是国土信息;三是资源信息。第四是技 术的重要优势，这些优势尤其表现在以下几点：一是起飞速度快;二是成本低廉;
三是结构较为简单。

2 无人机遥感技术的具体情况 2.1 无人机遥感技术所具备的特征 跟载人飞行器相比较，无人机遥感有着独特的技术优势。这些技术优 势尤其体现在下列几点：(1)由于无人机不需要载人，所以它可以飞行到一些较 高或者较危险的区域进行航拍，这是载人飞行器无法与无人机比拟的地方;(2)与 载人飞行器相比较，无人机在实际的飞行中所耗费的资金更为低廉;(3)无人机被 划分到我国的遥控飞行器一类，所以它的整个审批流程较为简单，相反载人飞行 器属于现实中的飞行器，它的整个审批流程非常复杂;(4)载人飞行器有着极为严 格的起降要求，而无人机却没有过于严格的降落场地和起飞场地要求，所以它在 航拍飞行中实现中途转场比较容易;(5)航拍中，无人机所具备的安全性能也远远 超过了载人飞行器;(6)同载人飞行器比较，无人机可随时进行重新拍摄，并且拍 摄时间极短，成像效果也非常清晰。

尽管无人机遥感有着如此多的技术优势，但它的技术劣势也较为明显。

这些技术劣势主要表现在下列几方面：(1)无人机遥感所返回的遥感影像有着极 高的分辨率，这种分辨率甚至实现了以分米级来计算的精密程度。但是，影像的相幅偏小，相片数量非常庞大，甚至达到了千张以上。这种大工作量的工作方式， 降低了无人机遥感工作的效率。同时，影像倾角的角度一般来说较大，并且倾斜 方向没有任何规律可遵循。所以，无论是连接点的布设还是提取工作都变得非常 困难。(2)载人飞行器通常比较稳定，相比之下无人机就显得不够稳定。假如高 空中的风速较大，那么航飞轨迹就会出现不规则的现象，甚至偏离了本身的主航 道。这样，无论是拍摄中的旁向重叠度还是航向重叠度都不够规则，影像间的实 际重叠程度就更大。(3)无人机无法携带专业化的测量相机。所以，它拍得的影 像难免会有所变形。这是由于地面事物跟单幅相机间的投射关系很复杂，所以影 像内存在的几何关系也就很不稳定。在这种影响下，影像就会呈现出倾斜的效果 甚至变形。

2.2 无人机遥感的影像处理流程 2.2.1 影像的畸变差纠正 当前的无人机航拍方式是中国航拍方式中最为先进的一种方式。它有 着独特的技术优势，可在任意时刻进行航拍，并且拍摄的时间极短，成像效果也 非常清晰。所以，无人机航拍这种方式被大范围的运用。现实中，无人机有着不 同的类型，所携带的相机也有着不同的类型，不同的搭配方式使得最终的成像质 量也有巨大的差异。不过，一般情况下无人机都是配备的普通相机。普通相机拍 出来的相片边缘会出现畸变的现象。这可能给后续的数据处理带来极大的误差。

为了最大限度控制数据的误差，对影像的畸变加以纠正就成了必备的工作。处理 方式主要包含了以下几种：一是消除畸变;二是消除主点偏移;三是旋转影像。

2.2.2 影像的三角测量 三角测量的过程是在空中自动完成。以往，影像的转点工作与选点工 作都是以人工方式来操作完成。可是，无人机遥感却能让这两项工作在空中便自 动完成。同时，像点中的各个坐标也是自动获取。它能为区域网平差程序结算提 供依据[1]。这样，坐标系中加密点所处的空间位置及其定向参数都能随之而获 得。三角测量主要对以下几方面的内容加以测量：一是内定向的相关测量;二是 相对定向的相关测量;三是模型连接的相关测量;四是模型转点的相关测量;五是 偏移量的相关测量;六是连接点的相关测量;七是特征点的相关测量。

2.2.3 DOM影像与DEM影像的生成DOM影像与DEM影像的具体生成步骤如下：首先，借助平差程序可 解算出拍得的影像对应的外方位元素;接着，把相邻影像跟外方位元素充分匹配， 便可迅速取得相关的同名特征点;然后，通过这些同名特征点便可以生成DEM影 像;最后，让生成的这个DEM影像跟相关的同名特征点再次拼接，便可得到需要 测量区域的DOM影像图片。

2.3 无人机遥感的关键技术 现实中，遥感技术是把多种技术综合以后取得的技术成果。上述已经 谈到：无人机遥感综合了五种主要的技术，第一种是传感技术，第二种是通讯技 术，第三种是遥控技术，第四种是应用技术，第五种是GPS技术。在这五种技术 中，最为关键的技术又可细分成八种。第一种是遥感平台对应的集成技术。第二 种是专用数据对应的处理技术。第三种是传感器对应的控制技术。第四种是平台 稳定涉及的相关技术。第五种是相机定标的相关技术。第六种是相机校验的相关 技术。第七种是快速处理的相关技术。第八种是3S技术。而依据平台框架的情况 来具体划分，关键技术又应该被划分成三种基本的技术。第一种是遥感平台对应 的集成技术。第二种是获取数据的相关技术与下传数据的相关技术。第三种是地 面接收与处理技术[4]。文章将对这三种最为关键的技术进行一一的介绍。

2.3.1 无人机遥感平台集成技术 无人机中，平台结构主要包含了以下几种：一是飞行器对应的系统;
二是信息传输对应的系统与测控对应的系统;三是保障对应的系统;四是信息获取 对应的处理系统。平台结构具体如图1所示。无人机中安装的是面阵CCD相机[2]。

通常，拍摄操作是由相机头部来具体完成。相机头部又由三个部分构成，第一部 分是数码后背，第二部分是镜头，第三部分是机身。对无人机来说，遥感平台需 要体积小且分辨率偏高的相机。因此，大面阵CCD数码与120中型幅面相机是最 佳的组合[3]。再者，高清图像是无人机影像的一个重点。所以，拖影便成了影 像中的一个重要障碍。为此，遥感平台必须尽量把拖影的像元控制在0.5以下。

假设像元是9um×9um，高度是500m，速度是每秒钟33m，焦距是50mm。那么可 得出曝光时间是1/733秒，快门应选用1/1000s以上[5]。假设焦距用字母f来表示， 成像面尺寸用字母L来表示，视场角用字母θ来表示。那么焦距公式是 tg(θ/2)=(L/2)/f[6]。而主控计算机需要起到三方面的作用，首先是对相机进行良好 的控制，其次是对图像加以传输，再次是对图像加以保存。因此，PC/104+嵌入 式计算机是最好的选择[4]。

2.3.2 下传数据的相关技术与获取数据的相关技术因为无人机遥感会产生极大的数据量，所以下传图像的过程中一般来 说会选择高压缩比的压缩技术。压缩方案具体如下：系统中的数据链路共有两条， 传输中多模态遥感器会与工控机互相配合，一方面可通过其中一条链路把遥感数 据传送到硬盘中做备份处理，另一方面可通过另外一条链路把遥感数据传送到压 缩模块中做压缩处理。

另外，图像获取的具体步骤如下：(1)系统中的IO设备可把遥感数据 统统读取出来;(2)遥感数据在控制板是BMP这种格式的数据，通讯程序可把这种 格式的数据全部读取出来，再把数据全部写入到DSP中;(3)DSP中具备压缩模块， 压缩模块会把这些图像由BMP格式转换成JPEG格式;(4)JPEG格式的所有图像会 被存储到指定的内存中;(5)通讯程序从指定内存中把JPEG格式的所有图像给读 取出来再传送到数据链路中。

2.3.3 地面对数据的接收与处理 对无人机来说，无论是地面的接收工作还是地面的处理工作都必须依 托于数据接收站。数据接收站既可以是固定式也可以是移动式。而无论是哪种类 型的数据接收站都必须具备以下五种基本功能：一是存储海量数据的基本功能;
二是建立海量数据库的基本功能;三是管理海量数据的基本功能;四是分发海量数 据的基本功能;五是纠正数据的基本功能。

3 结束语 综上，文章首先阐述了无人机遥感这种技术的本质。其次，文章阐述 了无人机遥感这种技术的基本情况：一是这种技术所具备的特征;二是这种技术 在处理中的详细流程;三是这种技术具体包含了哪些关键技术，并对这些关键技 术分别加以介绍。