無人機(jī)航測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用探討

常緒成 王繼東

【摘 要】隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，無人機(jī)航測技術(shù)也隨之得到了長足的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)揮的作用也越來越大。本文對無人機(jī)航測技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，并分析了無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用情況，希望能為航測技術(shù)的發(fā)展提供一些有益參考。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；航測技術(shù)；發(fā)展；應(yīng)用；

測繪技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)日趨成熟，尤其是以航空遙感為代表的一系列測繪技術(shù)的發(fā)展，極大的推動(dòng)了測繪技術(shù)的進(jìn)步。其中無人機(jī)航測以低成本，高精度，操作簡單等優(yōu)勢，為測繪工作帶來了非常多的便利，值得我們對其進(jìn)行不斷的探究。

1無人機(jī)航測技術(shù)概述

無人機(jī)航測是傳統(tǒng)航空測量的有力補(bǔ)充，其在獲取區(qū)域高分辨率影像方面有著明顯的優(yōu)勢。特別是隨著無人機(jī)與數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，以無人機(jī)為平臺(tái)的數(shù)字航測技術(shù)也越來越顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢，在重大工程建設(shè)，應(yīng)急處理，國土監(jiān)察，資源開發(fā)以及城鎮(zhèn)建設(shè)等方面都發(fā)揮著越來越重要的作用。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

首先，無人機(jī)測航技術(shù)有著十分快速的反應(yīng)能力。無人機(jī)測航受氣候等影響條件小，通常低空飛行，空域申請十分便利，且對起飛降落場地的限制也很小，可以很便利的開展工作。一般情況下，進(jìn)行無人機(jī)起飛升空的準(zhǔn)備時(shí)間只需要十五分鐘就可以完成。

其次，安全性比較好。由于無人機(jī)沒有飛行員，因而獲取影像時(shí)不用考慮飛行員的安全，能夠解決人工探測無法到達(dá)的危險(xiǎn)和復(fù)雜區(qū)域的監(jiān)測功能。如一些氣候復(fù)雜、地形復(fù)雜的區(qū)域，就可以通過無人機(jī)來進(jìn)行測繪工作，不僅十分的便利，而且一旦出現(xiàn)問題，也不會(huì)造成人員傷亡。

第三，數(shù)據(jù)獲取快速。航拍無人機(jī)所攜帶的數(shù)碼相機(jī)等電子設(shè)備不僅可以快速的獲取地表的超高分辨率數(shù)字圖像以及高精度定位信息等內(nèi)容，還可以非常方便的使用這些數(shù)據(jù)生成三維景觀模型，三位地表模型等可視化的數(shù)據(jù)，以此來進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)開發(fā)與應(yīng)用。

第四，成本低，機(jī)動(dòng)靈活。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感影像以及大飛機(jī)相比，無人機(jī)的成本可以說是極低。不僅如此，無人機(jī)體積小，方便運(yùn)輸，機(jī)動(dòng)靈活的特性也是其重要的技術(shù)優(yōu)勢。在無人機(jī)的應(yīng)用中，既能夠大范圍的全面感知復(fù)雜地形等場景，還能夠高精度，高清晰度的對區(qū)域進(jìn)行測繪，并通過高效的數(shù)據(jù)處理采集設(shè)備，迅速生產(chǎn)具有真實(shí)效果和高精度的測繪結(jié)果。

2無人機(jī)航測技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

2.1國外無人機(jī)航測技術(shù)的發(fā)展

無人機(jī)在西方發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較早，發(fā)展歷史較長，總體上已經(jīng)處于比較成熟的階段，其研究和應(yīng)用都領(lǐng)先于我國。但是其航測服務(wù)價(jià)格不僅昂貴，且后續(xù)數(shù)據(jù)的處理分析以及應(yīng)用的價(jià)格都十分高昂，難以讓一般的客戶接受。于此同時(shí)，大多數(shù)國家出于安全方面的考慮，對國土資源，海洋等信息的測繪也很難接受外國公司的服務(wù)。比如，美國航空航天局在很早就將無人機(jī)應(yīng)用于森林監(jiān)測，火災(zāi)監(jiān)測，農(nóng)業(yè)監(jiān)測，海洋遙感等研究之中。

2.2我國無人機(jī)航測的發(fā)展

我國無人機(jī)航測發(fā)展起步較晚，最早的無人機(jī)航測研究是從上世紀(jì)90年代開始。先后經(jīng)歷了四個(gè)階段：

第一個(gè)發(fā)展階段。也是起步階段，這個(gè)階段無人機(jī)航測技術(shù)非常簡單和初級。不僅飛機(jī)是從航模基礎(chǔ)上改造而來，而且存在著大量的問題。如無人機(jī)沒有自動(dòng)駕駛功能，需要人工依靠電視圖像和地圖標(biāo)記來導(dǎo)航；攜帶的相機(jī)甚至還是膠片相機(jī)，處理和使用都十分的不便。但這個(gè)階段開啟了無人機(jī)航測的應(yīng)用模式，為未來的發(fā)展與研究打下了很好的基礎(chǔ)。

第二個(gè)發(fā)展階段。在時(shí)間邁入21世紀(jì)后，數(shù)碼相機(jī)迅速普及，我國的無人機(jī)技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，無人機(jī)航測技術(shù)迅速的隨之發(fā)展起來。在試驗(yàn)階段就出色的完成了很多的測繪工作。比如在突發(fā)應(yīng)急事件的救援方面就發(fā)揮了非常重要的作用，很好的完成了受災(zāi)現(xiàn)場的測繪與圖片獲取任務(wù)，為災(zāi)情調(diào)查，應(yīng)急決策等提供了很多的重要數(shù)據(jù)。

第三個(gè)發(fā)展階段。在這個(gè)階段大約始于2010年前后。這個(gè)階段的無人機(jī)航測技術(shù)向著更加專業(yè)的方向發(fā)展，不僅反映和監(jiān)測更加快速，而且使用了專業(yè)的測量設(shè)備，因而測繪精度更高。測繪的配套設(shè)施也更加齊全，專業(yè)的工作車輛，衛(wèi)星通信，指揮，聯(lián)網(wǎng)也開始形成系統(tǒng)。我國的無人機(jī)航測技術(shù)正式走入了專業(yè)的行列，使用無人機(jī)進(jìn)行航測工作的數(shù)量和質(zhì)量也都大大增長。

第四個(gè)發(fā)展階段。這個(gè)階段從2017年開始。國家希望能夠進(jìn)一步的發(fā)展無人機(jī)航測技術(shù)，特別是應(yīng)急服務(wù)的能力方面，要向軍用無人機(jī)遙感技術(shù)看齊。大量為軍事服務(wù)的強(qiáng)大無人機(jī)系統(tǒng)也開始在測繪領(lǐng)域使用。這個(gè)階段的無人機(jī)航測技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在國內(nèi)任意地區(qū)發(fā)生突發(fā)事件或是災(zāi)害時(shí)，迅速調(diào)用無人機(jī)搭配組網(wǎng)進(jìn)行航測。此外，無人機(jī)航測使用的范圍更加擴(kuò)大，甚至有望建成優(yōu)于200mm精度，覆蓋全國的超高分辨率航測數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建高精度的數(shù)字中國。

3無人機(jī)測航技術(shù)的應(yīng)用

隨著無人機(jī)技術(shù)水平的提升，無人機(jī)航測應(yīng)用的范圍也日趨廣泛，目前已經(jīng)非常成熟的應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域之中?？偨Y(jié)起來，無人機(jī)航測的應(yīng)用領(lǐng)域主要有如下幾個(gè)方面：

第一，用于國土測繪工作。無人機(jī)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一就是國土測繪。通過快速，機(jī)動(dòng)靈活的無人機(jī)，能夠迅速的獲取到航攝數(shù)據(jù)，進(jìn)而迅速的掌握需要測量區(qū)域的詳細(xì)情況信息。這些信息可以用于國土資源管理的很多方面，比如國土資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測和動(dòng)態(tài)調(diào)查，土地利用情況和數(shù)據(jù)更新，土地利用變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，地理特征信息分析以及區(qū)域規(guī)劃工作等。

第二，用于選線設(shè)計(jì)工作。如公路設(shè)計(jì)，鐵路設(shè)計(jì)，輸電、輸油線設(shè)計(jì)等。通過無人機(jī)航測遙感技術(shù)，可以十分便捷快速的獲得航空影像，為選線的設(shè)計(jì)提供翔實(shí)可靠的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。特別是在石油天然氣管道選線設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅能夠更好的優(yōu)化線路，還能夠?yàn)槲磥淼陌踩O(jiān)測與管理提供極大的便利，比如及時(shí)的發(fā)現(xiàn)管道泄露或是被盜等情況。

第三，用于環(huán)境監(jiān)測工作。由于無人機(jī)航測技術(shù)能夠快速的獲得高分辨率的航空圖像，因而能夠?qū)Νh(huán)境和水污染等概況進(jìn)行非常便利的大范圍監(jiān)測。比如，通過無人機(jī)航測能夠?qū)崿F(xiàn)對排放污染進(jìn)行監(jiān)測；對濕地、海岸線、植被等自然情況進(jìn)行監(jiān)測。在實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)在水質(zhì)調(diào)查，大氣環(huán)境監(jiān)測，固態(tài)廢物監(jiān)測等方面發(fā)揮了巨大的作用。

第四，用于農(nóng)林分析。無人機(jī)航測提供的高分辨率圖像，可以為作物分類分析等方面提供詳實(shí)的資料。不僅如此，在農(nóng)林用地情況分析，作物識(shí)別，水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測，森林覆蓋率監(jiān)測分析，植被健康分析等方面也有著重要的應(yīng)用。

第五，用于應(yīng)急響應(yīng)。由無人機(jī)航測的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)在測繪領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用和發(fā)展主要開始于應(yīng)急救災(zāi)等場景。無論在地震救災(zāi)還是在水災(zāi)，火災(zāi)等災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)中，無人機(jī)航測都發(fā)揮了非常重要的作用。甚至在很多時(shí)候，測繪無人機(jī)是第一個(gè)到達(dá)現(xiàn)場并進(jìn)行勘察的設(shè)備，這為了解災(zāi)情，部署搶險(xiǎn)救災(zāi)工作提供了非常重要的信息。

第六，其他應(yīng)用方面。如今，無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，除已經(jīng)比較成熟的上述領(lǐng)域，還在非常多的領(lǐng)域中發(fā)揮了重要的作用。如無人機(jī)測繪技術(shù)所獲得的資料在城市宣傳、展會(huì)宣傳，戶外活動(dòng)、慶典、晚會(huì)等方面都已經(jīng)或是正在發(fā)揮著不可替代的作用。

4結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)航測技術(shù)已經(jīng)成為測繪部門不可或缺的重要手段，且隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)航測所獲得的數(shù)據(jù)也會(huì)越來越重要，無人機(jī)航測技術(shù)也必將有著越來越光明的發(fā)展前景。

基金項(xiàng)目：河南省科技發(fā)展計(jì)劃（182102210598）

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[3]侯中偉，張昭云.無人機(jī)航測在礦山測繪中的運(yùn)用分析[J].世界有色金屬.2018（05）

（作者單位：1鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院；2鄭州工程技術(shù)學(xué)院）