浅谈无人机遥感的发展及其行业应用_刘倩

收稿日期：2016－04－07作者简介：刘

倩（1982－），女，黑龙江哈尔滨人，工程师，硕士，

2014年毕业于荷兰国际地理信息科学与地球观测学院地理信息系统专业，主要从事地理信息项目生产管理工作。

浅谈无人机遥感的发展及其行业应用

刘

倩1，梁志海2，范慧芳

1

（1．黑龙江地理信息工程院，黑龙江哈尔滨150081；2．黑龙江测绘计量仪器检定站，黑龙江哈尔滨150081）

摘

要：近年来，无人机技术的快速发展带来了巨大的技术变革，被广泛地应用于军事和民用等多个领域。其

中，无人机与遥感技术的结合，以较低的成本实现了高精度地理信息数据的快速获取，在测绘与地理信息的相关行业获得了越来越广泛的应用。本文介绍了无人机遥感技术的发展历程、基本原理及其在地理信息相关行业的应用和实践，探讨了无人机遥感目前存在的技术和政策方面的问题，展望了无人机遥感的发展趋势。关键词：无人机；遥感；地理信息；行业应用中图分类号：P237文献标识码：A

文章编号：1672－5867（2016）06－0167－03

The Development of UAV Ｒemote Sensing and Its Application in

Geo －information Ｒelated Industries

LIU Qian 1，LIANG Zhi －hai 2，FAN Hui －fang 1

（1．Heilongjiang Institute of Geomatics Engineering ，Harbin 150081，China ；2．Heilongjiang Surveying and Mapping

Measurement Instrument Calibration Station ，Harbin 150081，China ）

Abstract ：The rapid development of UAV technology in recent years has brought tremendous technological change ，is widely used in military and civilian areas．Among these applications ，the combination of UAV and remote sensing technology ，with a low cost to make the fast acquisition of high resolution geographic information data possible．This technique is now used by more and more geographic information related industries．This paper introduced the development of UAV remote sensing ，basic technical and the applications in geo －information related areas ，and discussed the UAV remote sensing existing technical and policy issues and the UAV remote sens-ing development trend．

Key words ：UAV ；remote sensing ；geographic information ；industry application

0引言

无人机是无人驾驶飞行器（Unmanned Aerial Vehicle ）的简称，英文缩写为UAV 。从1913年第一个自动驾驶装置问世以来，无人机的发展已有百年历史。无人机的构成主要包括飞行器机体、飞控系统、数据传输系统、发射回收装置和电源装置。与传统的载人飞行器相比，无人机具有轻便灵活、可低空探测、实时传输、设备及使用成本低廉、不需要舱内驾驶人员、对起飞降落条件要求低等特点。由于意识到无人机技术的优势，近年来各国都在无人机研发方面投入巨大，使得无人机的发展非常迅速，至今已有几百种，应用领域已经从最初的军事扩展到民用。

随着无人机技术的发展和各行业对高精度地理信息数据需求的增加，无人机技术和遥感技术被结合使用。

这种合二为一的无人机遥感技术是以无人机为平台，搭载数字遥感设备，运用遥感信息快速回传处理技术使遥感信息数据的即时提取利用得以实现。

1无人机遥感的进步意义

传统方式的航空航天地面信息采集是依靠卫星和载

人飞机来完成的。两者的共同点是回访周期长、时效性不强、起飞要求高、信息采集成本高，受限于天气条件，难以扑捉云下的影像。相比之下，无人机遥感凭借其影像获取快速、覆盖面积大、应用周期短、影像清晰度高（精度可达到厘米级）、便于解析、受自然环境约束小、成本低、操作易行、运行和维护成本低等特点充分弥补了传统卫星遥感和普通航空遥感的不足。目前，我国的无人机遥感已在许多地理国情领域获得探索性应用。

第39卷第6期测绘与空间地理信息

GEOMATICS ＆SPATIAL INFOＲMATION TECHNOLOGY

Vol．39，No．6

2无人机遥感的应用

2．1大比例尺测绘制图

无人机遥感的最直接应用就是在测绘大比例尺测图中。无人机遥感已在西部某处的测图任务中完成了无图区34个高原县城的航拍任务和贵州福建等地的大比例尺测图任务。航摄成果的验收结果表明，在恶劣地形环境中，利用无人机进行数据采集飞行，不仅高效率低投入，而且成图质量完全满足大比例尺测图项目的需要。

2．2农业应用

精准农业是现代化农业发展的新趋势，需要大量的信息技术支持。精准农业模式根据空间定位，定时采集精确的田间信息，根据信息实施准确的技术与管理。这一形式可大大减少人力、物力（减少水资源，农药杀虫剂的使用量）和环境资源（降低环境的化学负担）的投入，实现优质、高产、低耗、环保的可持续发展农业。采用微小型的无人机遥感平台可以低成本、高灵活、快速地获取高精度数据，完全满足精准农业的各方面要求，目前已成为农田作物信息快速获取的方法之一。

2．3土地确权和土地利用

农村的土地确权一直是一个敏感问题，但是通常当地政府提供的影像图分辨率较低，不适合用作工作底图。无人机遥感应用于此，能在短时间内轻松完成土地面积、相对位置信息等重要测绘信息的采集，目前已试点应用于很多地方，均取得了良好效果，在土地的分类和综合治理方面也同样有着广阔的前景。

2．4环境监测应用

在环境监测中，无人机影像能够清晰地显示地表地貌的自然环境变化。国家环保部卫星环境应用中心引进了“天翼”军用无人机，用于“节能减排与生态保护环境遥感技术支撑能力建设”等民生项目。在南水北调项目中，为了监测项目东线水质安全，国家环境保护部卫星环境应用中心与扬州市环境监测中心站合作承担了无人机遥感监测试飞任务，于2015年末在两个地点进行试验。试验采用了4种不同机型搭载了不同的任务载荷，分别监视河道两岸和水体的风险源、企业偷排，禁渔期的渔政执法和生态环境。结果表明，所有实验机型和任务载荷，除一种任务载荷由于电磁兼容问题未能运作外，都达到了预期的效果，发现了风险源—燃油泄漏，并在夜间拍下4处废水排放口。这种天空地一体化的环境监测，可以高效高频采集信息，使环境的演化和变动处于监控范围内。2．5灾害应急

无人机遥感在突发灾害中可以克服天气、交通等不利因素进行“天－空－地”同步的高危地区监测，反应迅速、信息可靠，避免人员伤亡。

2010年7月发生的大连新港输油管线爆炸事件，使得大面积海面受到污染并引发大火。国家环境保护部迅速调配无人机赶赴现场开展调查工作，无人机在恶劣条件下多次飞行作业，为紧急救援指挥提供了详细真实的重要动态资料。在2013年4月20日的四川雅安地震中，无人机遥感首次得到应用，承担了灾情航拍的重要任务，第一时间使灾情得到掌控。在2014年8月4日的云南鲁甸地震中，无人机遥感技术又为合理分配救援力量、畅通指挥系统提供了高效准确的信息参考。

无人机遥感已经应用于输油管爆炸、沿海台风灾害、地震灾害、西气东输管道地质灾害等多种灾害应急中，在无人员和经济损失的情况下发挥了无可比拟的作用。2．6城市规划

除了特殊环境、空旷之地外，无人机遥感在人口密集的城市区域也能得到良好应用。目前，已应用于公路工程测量、城市规划等项目，大大缩短了工期，取得了良好的效果。

无人机遥感不仅在以上介绍的大比例尺测图、灾后救援、国土及城市规划、土地确权及利用、环境监测等方面大显身手，同时在救灾物资投放、警用侦察监测、大气研究、地质勘探、气象观测、农药喷洒等诸多领域，也有着巨大的市场潜力。

众多的探索性应用表明，无人机遥感作为一项空间数据采集的重要手段，在低空遥感的作业范围内，具有有人驾驶飞机和高空遥感卫星所不能达到的优势，并且不涉及抢占常规空域，实为卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充。然而，作为一种新兴应用的技术，无人机遥感在某些方面仍然有待发展。

3无人机遥感的制约因素

除无人机本身的不完善因素外（如荷载有限，电池续航能力不强等），无人机遥感在数据、自主性、信息安全及管控政策方面都有一定的制约。

3．1数据方面

无人机遥感飞行平台具有不稳定性，由于机体轻便，易受高空风力影响，引起无人机遥感平台飞行轨迹不稳定，导致影像的航向重叠度和旁向重叠度不稳定，相邻影像之间重叠度变化大，旋转角变化大；无人机遥感平台是低空飞行，所以拍摄的影像倾角过大且倾斜方向没有规律（不稳定性），地面起伏对像片的影响较大；无人机遥感平台所配置的相机为数码相机，非专业航拍量测相机，因此，影像变形比较大，数据承载量有限；单次飞行覆盖的面积较小，直接导致了航拍数据的影像幅面小、数量多。

以上因素导致对无人机遥感平台的拍摄数据影像匹配的算法要求更高，影像拼接的难度增大，影像拼接等数据处理的工作量增大。又由于相邻影像可能会有较大的差异，所以选取用来拼接的优质影像的过程中，也需要消耗较多时间。

3．2无人机遥感平台的自主性

由于无人机是靠综合传感器与操作人员的交互来完成任务的，因此，无人机控制程序的自主性关系到无人机对上下链路（通信链路和飞控人员）的依赖程度，对非常状态下（如无人机的飞行超过视距控制、无人机飞行过程

861测绘与空间地理信息2016年