陳 瑞 周 頌 郝華東 王 珂

(1.安徽省城建設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230041； 2.舟山市質量技術監(jiān)督檢測研究院，浙江 舟山 316000；3.山東科技大學測繪科學與工程學院，山東 青島 266590)

1 無人機遙感背景、意義

伴隨著當前社會進程的快速發(fā)展與經濟建設的需求增加，社會各行各業(yè)對于高精度遙感影像與高質量地理信息的現(xiàn)勢性要求不斷提高。而傳統(tǒng)遙感信息的采集方式主要集中于遙感衛(wèi)星或載人航測飛機，此類遙感信息的獲取方式存在成本高、時效性差、靈活度低等不足，相比之下，新興的無人機遙感技術屬于低空遙感范疇，其憑借著靈活性高、時間分辨率強、應用周期短、成本低廉與操作簡便等優(yōu)點有效彌補了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感和載人航空遙感的不足。

無人機遙感技術主要以獲取低空高分辨率遙感數據為應用目標，具體通過將無人飛行器、GPS導航技術、高分辨率的傳感器等技術進行集成來建立一種成本低、靈活度高、適用性廣的遙感數據獲取平臺。當前，無人機遙感平臺憑借實時快速高效地數據獲取能力，廣泛地應用于國土測繪、土地利用動態(tài)監(jiān)測、礦產資源勘探、地質環(huán)境與災害勘查、海洋資源與環(huán)境監(jiān)測,以及農業(yè)、水利等領域。

2 無人機遙感技術發(fā)展現(xiàn)狀

無人機技術的早期發(fā)展主要是應用在軍事領域的靶機訓練，后期逐漸發(fā)展至軍事偵查及民用領域。隨著電子信息技術的不斷進步，各類遙感影像傳感器也向著智能化、輕量化、高精度化發(fā)展，傳感器技術的飛速發(fā)展為無人機遙感技術提供了有力的支撐，無人機遙感技術應運而生。近年來，無人機技術發(fā)展迅速，市場上所存在的無人機種類繁多，各類型無人機續(xù)航時間從一小時至幾十小時不等，有效載荷分布從幾公斤至幾百公斤。無人機滯空及載荷能力的提升有效保障了大范圍、多種類遙感監(jiān)測任務的可行性。

隨著通信和信號處理技術的進步以及小型化、輕型化傳感器和遙感設備的發(fā)展，無人機遙感技術所采集的數據種類不斷增加，多時相、多光譜、多分辨率等類型遙感數據采集成為常態(tài)化，數據種類包括有多光譜影像、紅外影像、高光譜影像、微波遙感數據、激光雷達(Lidar)遙感數據與高清視頻數據等。遙感數據類型的增加也為對應的數據處理技術帶來了挑戰(zhàn)。當前無人機遙感數據處理方法主要分為地面準實時處理和機上實時處理。傳統(tǒng)的無人機遙感數據處理方式受限于機載處理器計算能力，只能通過在地面建立數據接收站進行遙感數據獲取，之后將采集到的數據傳輸至數據處理中心進行相關數據的解析、存儲與應用。地面準實時數據處理方法無法實現(xiàn)即測即得的遙感數據處理效果，在一定程度上降低了工作效率。機載實時數據處理通過集成GPS，INS及高頻激光測距等技術來建立激光掃描地形系統(tǒng)并以此為平臺獲取同步遙感圖像，從而可以充分利用無人機機動靈活的特性來滿足市場上一些緊急特殊事件的測繪需求。無人機遙感數據的機上實時處理技術的實現(xiàn)有效解決了航空攝影測量中對地面控制點的需求，該技術在很大程度上解放了傳統(tǒng)地面數據處理中的人力物力，提高了航測遙感效率。

今后，伴隨著無人機相關技術的進步、機載傳感器分辨率的提高以及遙感數據波段和通訊頻帶寬度的增加，無人機遙感技術將進入全新的海量數據處理時代，屆時，如何自動實時高效地生產出高質量的遙感數據將成為遙感領域新的研究方向。

3 無人機遙感系統(tǒng)組成

無人機遙感系統(tǒng)平臺具體是由無人飛行器、高分辨率數碼傳感器、GPS以及數據傳輸處理系統(tǒng)幾部分構成。其關鍵的性能指標包括飛行高度、續(xù)航時間、有效載荷、飛行平穩(wěn)度、導航精度、巡航速度、起降方式等。對于無人機遙感系統(tǒng)主要包括有遙感信息采集與傳輸系統(tǒng)和遙感信息處理系統(tǒng)兩部分，如圖1所示。

3.1 遙感信息采集與傳輸系統(tǒng)

無人機遙感信息采集與傳輸系統(tǒng)具體可分為無人機飛行平臺、飛控系統(tǒng)、地面遙控與監(jiān)測系統(tǒng)及數據傳輸系統(tǒng)。其中，無人機飛行平臺可以說是遙感信息采集系統(tǒng)的核心裝置，構成元件有無人機、傳感器、機載飛控等，該裝置是進行測繪工作的主要部件。飛控系統(tǒng)主要用于控制無人機的飛行狀態(tài)，具體元部件有GPS、加速度計、陀螺儀等，在地面操控人員發(fā)出相應指令后，無人機飛控系統(tǒng)接收信號并對無人機的高度、速度、飛行姿態(tài)進行調整以滿足航測時最佳飛行狀態(tài)。地面遙控與監(jiān)測系統(tǒng)主要由計算機、全向天線、監(jiān)控軟件等設備構成，使用過程中由監(jiān)控軟件對無人機的飛行姿態(tài)進行實時監(jiān)控，確保無人機的飛行狀態(tài)滿足航測遙感數據的采集要求。數據傳輸系統(tǒng)主要是將無人機飛行之后所采集的遙感數據傳輸到專業(yè)的數據存儲與處理平臺上，當前主流的無人機遙感系統(tǒng)都是在無人機完成飛行計劃后進行地面數據傳輸，該方式無法實現(xiàn)即測即得的測繪效果?？尚械臒o人機遙感數據實時傳輸方式可結合環(huán)境狀態(tài)選擇衛(wèi)星傳輸、視距微波傳輸及超視距數據鏈傳輸，同時在數據傳輸過程中進行相應的編碼壓縮以保證數據傳輸速率與完整率，見圖2。

3.2 遙感信息處理系統(tǒng)

無人機遙感系統(tǒng)中的數據處理系統(tǒng)所負責的任務主要是后期的遙感影像處理及空中三角測量結算。其中，遙感影像處理是依據航測任務表、機載傳感器檢定參數等初始數據對原始航片進行航帶整理、質量檢查、預處理、拼接、畸變改正等工作，對數碼相機鏡頭非線性畸變與飛行器姿態(tài)變化引起的圖像變形進行糾正，以形成可供野外像控測量和室內空三處理的像片文件?？杖郎y量屬于無人機遙感信息處理系統(tǒng)中的核心部分，具體流程是依據處理后的航帶列表確定各航線之間的相互關系，對影像進行內定向，經過影像間連接點的布局、像控點量測、平差計算進行自動空三加密，以此建立三維立體模型，并進行模型定向以及生成核線影像。

4 無人機遙感系統(tǒng)應用與展望

無人機遙感技術應用范圍廣闊，市場潛力巨大，具體表現(xiàn)在大比例尺測圖、災后救援、國土及城市規(guī)劃、土地確權及利用、環(huán)境監(jiān)測、警用偵察監(jiān)測、大氣研究、地質勘探、氣象觀測、農藥噴灑等諸多領域。當前民用化無人機應用已形成一定規(guī)模，眾多成功應用表明無人機遙感作為一種新型低空遙感技術手段可以憑借其靈活、便捷的優(yōu)勢有效彌補傳統(tǒng)衛(wèi)星和載人飛機遙感的不足，細分遙感飛行器空域高度，進一步對傳統(tǒng)遙感技術手段進行補充，滿足不同市場的遙感數據需求。然而，作為一種新興應用的技術，無人機遙感在某些方面仍然有待發(fā)展，具體表現(xiàn)在機載傳感器技術、飛行姿態(tài)控制技術、數據傳輸、圖像智能快速處理、綜合系統(tǒng)集成等方面。今后，無人機遙感平臺的研究可從以下幾點展開：

1)強化機載傳感器全天時工作能力，增加抗干擾能力，加強傳感器夜間紅外波段數據獲取能力；

2)加強無人機飛行平臺的飛行穩(wěn)定性及操控準確度，以獲取準確的飛行姿態(tài)數據；

3)大力開展遙感數據實時傳輸技術，重點研究無人機遙測數據的高壓縮、高保真、高速率的數據傳輸方法；

4)不斷更新機載設備軟件處理能力以提高相應數據解算效率及糾錯能力，保證飛行任務的完成速率及準確率。

無人機遙感系統(tǒng)在當前多領域展開應用工作有效促進了無人機遙感技術的快速發(fā)展，有效提高了無人機遙感在測繪領域的應用份額。在可預見的未來，無人機遙感必將成為社會生產發(fā)展中不可或缺的一項關鍵技術。隨著無人機遙感應用的廣泛開展，無人機遙感設備性能與數據處理技術將會得到快速提升。無人機遙感應用優(yōu)勢在各行業(yè)的應用將具有巨大潛力。

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