航空与航天数据解译报告

航空与航天数据获取论文题目：无人机遥感的应用和研究进展

2017 年 1 月15日

无人机遥感的应用和研究进展

安某某

（中国地质大学（武汉），武汉，430070）

摘要：阐述了无人机遥感的兴起背景，和无人机遥感的典型应用。探讨了发展无人机遥感的研究进展,描述无人机遥感在不同行业领域的典型应用和实践，点出了发展无人机遥感系统的必要性和意义的存在。

关键字：无人机；无人机遥感；遥感应用；遥感发展

Abstract

The purpose of this article is to illustrate the development background of unmanned aerial vehicle remote sensing(UA VRS) and the classical applications of UA VRS.the article discuss the progress of the research development,the different applications vary from different industries.The article emphasize the necessity and importance of the development of UA VRS.

无人驾驶飞机简称无人机（UAV），是一种有动力、可控制、能携带多种设备、

执行多种任务，并能重复使用的无人驾驶

航空器。UAV的研制始于20世纪初有人驾

驶飞机诞生后的十几年，经过近一个世纪

的发展，已经形成一个大家族。目前，全

世界有超过50个国家装备了300种以上的UAV，比较著名的有美国的“全球鹰”、“捕

食者”，中国的“ＡＳＮ”系列大型UAV，英国的“凤凰”中型UAV，以色列的“云雀”、“鸟眼”系列小型UAV等。UAV种类

繁多，从动力、用途、控制方式、结构、

航程和飞行器重量等方面可划分为多种类型。例如：按动力可以分成太阳能，燃油，燃料电池，和混合动力UAV，

按用途可以分为军用、民用和多种用途UAV，按控制方式可以分为无线电遥控、预编程自主控制、程控和遥控复合控制UAV，按照结构可以分为固定翼、旋翼、无人直升机和垂直起降UAV，按航程可分为近程、中程、远程和全球UAV，按飞行器重量可以分为微型、小型、中型和大型UAV。无人机与遥感技术结合，即无人机遥感，是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS 差分定位技术和遥感应用技术，具有自动化、智能化、专题化快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息，完成遥感数据处理、建模和应用分析能力的应用技术。在地质灾害调查方面，应用无人机遥感技术可对地质环境和地质灾害进行及时、循环监测，采集地质灾害发生的范围、程度和源头等信息，为有关部门提供快速、准确的数据。

1.无人机遥感的背景与意义【1】

现代社会中，遥感技术已成为人类获取地理环境及其变化信息的必备高科技手段。随着地理信息科学与相关产业的发展，各国对遥感数据的需求急剧增长，然而，对于许多不发达和发展中国家而言，目前发展耗资巨大的航天遥感系统存在技术和资金上的困难。将UAV作为航空摄影和对地观测的遥

感平台为应对这种困难提供了一种新的解决方案。同时，无人机遥感技术有其他遥感技术不可替代的优点。他以固定翼UAV、无人旋翼机和垂直起降UAV等作为遥感平台获取实时高分辨率遥感影像数据，既能克服有人航空遥感制于长航时、大机动、恶劣气象条件、危险环境等的环境，又能弥补卫星因为天气和实践无法获取感兴趣区域遥感信息的空缺，提供多角度、高分辨率影像，还能避免地面遥感工作范围小、视野窄、工作量大等因素。而且，随着计算机、通信技术的迅速发展以及各种重量轻、体积小、探测精度高的数字化新型传感器的不断面试，UAV的性能不断提高，使无人机遥感技术具有结构简单、成本低、风险小、灵活机动、实时性强等独特有点，正逐步成为卫星遥感、有人机遥感和地面遥感的有效补充手段，给遥感应用注入了新鲜血液。

一直以来，无人机遥感技术的关键部分都掌握在军事遥感领域，应用与战场侦察、作战效果、目标追踪与识别等。如2014.01进行的第9次验证飞行的美国海军最新无人情报、见识、侦查飞机平台“MQ-4C”的要干系统，可在18km高空持续飞行24h，通过搭载的高性能传感器对视场下方进行360度的监控，一次飞行即可侦察近7 000 000km2的海域，清晰识别出0.1m以下的目标，并能实时进行数据收集和手法，自动识别舰

艇，自动改正紊流引起的扰动，具备特殊的

除冰和防雷击功能，相比其他的遥感无人机飞得更高更远。目前无人机遥感技术已经成为了世界各国正想研究的热点，正得到研究者和生产者的青睐，特别是在现今社会的面对种种自然灾害方面，环境保护方面，恐怖袭击，海岸监视，城市规划，资源勘查，气象观测，林业普查，城镇化管理方面，都对无人机遥感方面的高新技术有着日益增长的需求，个部门和组织急需将这一门新兴科技运用到自身部门和领域，来应对不断出现的挑战和难题。我国UAV航空遥感技术发展迅速，已成功颜值无人飞行器，适用于航空遥感的飞行控制系统、通信系统，以及实现了轻小型遥感器及其数据处理系统的集成。

2.无人机遥感的发展前景

当今世界范围内，无人机遥感虽然有了一定的发展，取得了众多技术成果和实践经验，但是面对日益复杂的无人机遥感任务，不断提高的无人机遥感产品要求和潜在的市场需求，正在运行的无人机遥感将会面临着前所未有的挑战和发展机遇。

2.1飞行平台

在民用领域，UAV航速、航高和尺寸都发生了变化、传统UAV设计不能满足此类飞行器升阻特性和操稳特征的要求，沿用传统的设计微小型UAV很难控制，必须对其总体和气动外形的优化。例如改进普通翼和三角翼的设计，采用新型垂直翼片结构等。特别是在城市人口密集区和人类活动频繁区，宜用轻小型无人多旋翼机，实现安全起降和平稳飞行。

2.2飞行控制和导航系统

随着无人机遥感对无人机飞行性能要求的复杂化，常规的线性控制和单独的导航方法已经很难满足无人机遥感的实际任务需求。近年来，非线性动态控制、神经网络智能控制和组合导航方法很好地从不同角度来提高UAV的飞行性能。如神经网络自适应控制方法能够提供飞行器在整个飞行模式下连续操作品质，极大程度上提高了UAV 的飞行控制稳定性。Guillaume J.J. Ducard 提出的给予Kalman滤波的完全非线性故障检测与隔离飞行控制系统，能在外部干扰和模型不确定是，保持控制与导航系统的鲁棒性，有效监测UAV的健康状态，并根据系统故障与机体损伤进行重构，实现容错性飞行控制与导航，为无人机遥感作业提供了更高的安全性。因此，时效性，模块化和高校计算的非线性模型和多组合导航方法将是未来UAV飞行控制与导航系统的主要发展方向之一。

2.3 数据处理

当前，UAV遥感数据的处理可以分为地面准实时处理和机上实时处理。传统UAV遥感数据的处理主要以地面处理为主，套那个过固定或者是移动地面数据接收站，建立具有海量数据存储，管理和分发能力的数据中心，对遥感数据库中的遥感数据进行加工与应用。未来随着UAV飞行速度读、遥感图像的分辨率，数据采样频率表和通讯频带宽度的不断提高，海量遥感图像数据自动高速、高质量的实时处理将成为UAV航空遥感图像智能处理系统，是UAV遥感检测应用系统推陈出新的前提。

2.4传感器技术

目前国内制造的数字航空测量相机具有8000多万像素，能够同时拍摄彩色、红外、全色的高精度航片；科研人员设计的基于多面阵CCD传感器成像方式的小型多光谱成像仪，内置摄影测量控制软件，具备飞行控制系统通信，获取飞行参数，解算适宜曝光时间、修正曝光时间、实时存储数据等功能，并已在无人机SE-1进行了验证试验。当前，遥感传感器技术的发展除了各种传感器智能化和自主化的发展上，他还依托计算机处理能力和机上存储器的发展，利用传感器自动搜索符合目标数据库中特性或发生变化的目标，进行匹配计算，找出现遥感场景中的目标变化情况，将地面线进行处理与传感器组合起来，初步实现了传感器自主性