测绘型无人机系统任务规划与数据处理研究

测绘型无人机系统任务规划与数据处理研究

发表时间：2017-11-09T20:07:36.890Z 来源：《基层建设》2017年第22期作者：曾丽廖成

[导读] 摘要：在测绘型无人机系统装备之前,测绘单位都处于有钡量,而无“摄影”的状态。在技术发展的早期阶段，航空摄影和视频测量的分离是不可避免的，也是合理的，然而长期的分离状态必然导致一个数字的长周期，高的生产成本。

广西壮族自治区地理国情监测院广西南宁市 530023

摘要：在测绘型无人机系统装备之前,测绘单位都处于有钡量,而无“摄影”的状态。在技术发展的早期阶段，航空摄影和视频测量的分离是不可避免的，也是合理的，然而长期的分离状态必然导致一个数字的长周期，高的生产成本。测绘无人机系统的出现有效地解决了这个问题。无人机遥感技术作为一种重要的空间数据采集手段，具有较长的电池寿命，视频实时传输，可用于高风险区域检测，以及低成本、灵活的优点，它是一种强大的卫星遥感和遥控遥感的补充，可以满足实时和高效的测量和测绘应急响应的需求。本文对测绘型无人机系统的任务规划和无人机遥感影像的处理技术进行了较深入的研究。

关键词：测绘型无人机；任务规划；航线；遥感

1前言

随着我国信息化建设和科学技术的不断进步和发展,无人机的研究发展在总体设计、飞行控制、组合导航、中继数据链路系统、传感器技术、图像传输、发射回收、生产制造和实际应用等诸多技术领域都有了长足的进步,已达到了实用化水平,无人机在测绘领域的广泛应用己成为必然趋势。在无人机遥感系统中,任务规划是其中的一个重要环节,合理的任务规划,能够节约飞行时间,保证获取数据量,提高任务完成的成功率和无人机回收的成功率。任务规划也是无人机遥感系统任务实施的重要基础,而无人机遥感影像处理是无人机遥感系统的核心内容。随着计算机技术、遥感科学技术的不断进步,针对不同测绘任务,获取影像的方式也逐渐多元化。

2任务规划系统的发展现状和趋势

无人机遥感系统离不开任务规划,任务规划系统最初起源于空间探索。目前在国内,较为成熟和定型的任务规划系统基本仅适用于直升机、有人战术飞机和巡航导弹系统开发的,在无人机领域里,任务规划技术及系统的研究尚处于预研阶段。虽然飞行器任务规划的基础理论、共性技术可以应用到无人机任务规划系统,但由于无人机任务规划系统具有的协同性、实时性和重规划等特殊性,已有的航空飞行器任务规划体系并不能适用于无人机的任务规划。无人机任务规划系统的发展离不开相关技术的支持,只有不断融合现代技术才能推动无人机任务规划系统功能的日益完善。人工智能技术、三维可视化工具、虚拟环境技术、海量数据存储和压缩技术、分布式技术以及智能人机接口技术等现代科技成果不断涌现,为无人机任务规划系统的发展提供了强大的技术支撑。广泛融合、应用这些新技术,已成为无人机任务规划系统的一个重要发展趋势。

3测绘型无人机系统任务规划的基本要素

3.1测绘型无人机系统的任务目标

测绘型无人机系统是以测绘应急保障为目的,其主要任务目标包括二个。

目标快速定位：通过预先设计的航线或者实时纠正的航线,使无人机到达指定目标区域并获取目标影像,处理后获得典型重要目标的空间地理坐标。

获取目标区域遥感数据：通过预先设计的航线,获取目标区域影像,通过后续软件处理制作正射影像图及其他相关成果。

3.2测绘型无人机系统任务规划的流程

测绘型无人机系统的每一次飞行都是为了完成特定的飞行任务,在接受任务后,对任务目标进行分析,确定任务目标后申请空域,勘选发射回收场地以及在综合考虑任务要求、无人机的油量、作业时间、气象、安全等各种约束条件的前提下,为无人机设计出最优或者最满意的飞行路线,以保证圆满的完成飞行任务,并安全返回。在设计飞行航迹的同时,应考虑飞行和回收时可能遇见的各种突发情况,设计应急处置方案,这就称之为测绘型无人机系统的任务规划。其中航线设计是任务规划的重点，通过合理的航线设计,可以缩短任务时间、节约燃油、快速获取目标区域数据。图1是任务规划的组成结构。

任务规划时,需要考虑任务的目标是什么、按照何种策略执行任务、何时到达、沿什么航线到达、任务模式是什么、任务计划是否需要修改、如何修改等问题。操作员通过任务规划软件,制定满足任务要求和相关飞行约束的任务飞行计划,并在任务过程中监控计划的执行,对部件失效、突发的威胁或目标、变更的任务要求等应急情况做出反应,并对任务计划进行适时地修改,以保证无人机的飞行安全及有效地实现任务目标。图2是任务规划的基本作业流程。

4测绘型无人机系统遥感影像处理的方法

4.1测绘型无人机系统遥感影像处理

1）在机载差分GPS系统和IMU的支持下,获取各摄站的坐标和姿态系统利用所获取的立体影像数据、辅助测量数据以及基础地理信息进行快速处理,生成和更新各类测绘信息产品。

2）在GPS系统支持下,但IMU数据精度不符合生产要求的情况下,可获取各摄站的坐标,解算姿态角元素。系统利用所获取的立体影像数据,从基础地理信息数据已测地形图或正射影像图中选取特征点作为已知控制点进行快速处理,生成和更新各类测绘信息产品。

3）在GPS和IMU均无法使用的情况下,系统在己有基础地理信息支持下,利用面阵数字相机所获取立体影像数据后,完全依赖摄影地区较

多的地面控制点野外实测或从原地形图正射影像图中选取,解算摄站与姿态,通过快速处理,生成和更新各类测绘信息产品。

4.2数据预处理

数据预处理是数据处理的一个重要组成部分,其作用是对获取的卫星定位数据、姿态测量单元数据,以及面阵数字相机获取的数字影像数据进行预处理,生成后期处理所需格式的数据文件,是后续数据处理的准备工作。主要内容包括：

对原始码流数据进行数据规格化处理,将原始码流数据解包为数字影像、GPS数据、IMU工姿态数据。 2）对数据进行采样时刻处理、摄影时刻位置内插、坐标转换。 3）对姿态数据进行姿态角转换、摄影时刻姿态数据内插。 4）对数字影像数据进行解压缩处理。 5）对原始影像进行色彩、亮度、大小的调整。 6）选片、相机参数准备等。

测绘型无人机系统按照任务规划在目标区域作业,获取影像后,通过实时传输或者回收后读取面阵数字相机内卡的方式,获得原始码流文件。数据解压后得到IMU数据及原始航片影像。对各摄站GPS和IMU数据进行姿态处理,得到所需数据。对于原始影像数据需要进行检查、分航带旋转等处理过程,并利用影像软件进行格式转换,处理成后续工作所需要的格式。

5结束语

本文的研究对象是一种中程无人飞行器系统，用于测绘作为无人机遥感系统的新兵，具有长时间、高海拔、视频实时传输和快速处理的优点。作为新设备，它在使用、维护和开发方面仍是一个新领域。测绘无人机系统的任务规划与其他类型的无人机具有特殊性。本文分析了任务分配问题中测绘的无人机系统，同时对测绘任务规划和无人机遥感图像处理的无人机系统进行了研究。

参考文献

[1]韩杰.无人机遥感国土资源快速监察系统关键技术研究[J]测绘通报,2008,2.

[2]郭震.军用无人机的发展与思考[J]较量2005,5.

[3]赵忠春.无人机发展态势[A].见:中国无人机大会论文集编审组.尖兵之翼:第三届中国无人机大会论文集[C].北京:航空工业出版社,2010,6:17.