無人機(jī)遙感系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景

李德仁，李明

摘要：目的：與衛(wèi)星遙感系統(tǒng)相比，無人機(jī)遙感系統(tǒng)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、風(fēng)險(xiǎn)小、靈活機(jī)動(dòng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。它是一種近年來興起的新型遙感技術(shù)，具有極強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢和研究價(jià)值。通過對其在氣象監(jiān)測與預(yù)報(bào)、國土資源環(huán)境調(diào)查與城市管理、海事信息化建設(shè)與動(dòng)態(tài)管理、災(zāi)害監(jiān)測與評估等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展和管理使用政策的綜合分析與評價(jià)，有利于認(rèn)識(shí)無人機(jī)遙感技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和存在的問題?？梢詾橹袊鵁o人機(jī)遙感行業(yè)的科技研究人員和從業(yè)者進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用提供全面的信息咨詢和宏觀指導(dǎo)，有利于無人機(jī)遙感新技術(shù)在國計(jì)民生各行業(yè)中更好的發(fā)展與推廣。方法：通過對眾多行業(yè)與科研機(jī)構(gòu)對無人機(jī)遙感技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與科學(xué)研究的調(diào)研，結(jié)合SCI、EI 等權(quán)威數(shù)據(jù)庫中無人機(jī)遙感技術(shù)相關(guān)的最新文獻(xiàn)的梳理與綜合分析，構(gòu)建了當(dāng)前無人機(jī)遙感技術(shù)研究與應(yīng)用的路線圖與生態(tài)圈。從無人機(jī)的飛行平臺(tái)、飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)、遙感數(shù)據(jù)處理、遙感傳感器技術(shù)等角度分析和評價(jià)了無人機(jī)遙感系統(tǒng)目前的發(fā)展情況和面臨的挑戰(zhàn)。并結(jié)合當(dāng)前無人機(jī)遙感系統(tǒng)的主要應(yīng)用案例回顧，剖析了無人機(jī)遙感應(yīng)用技術(shù)在典型行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)與優(yōu)勢，并討論了無人機(jī)遙感系統(tǒng)新的研究方向和應(yīng)用落腳點(diǎn)，從而完成了無人機(jī)遙感系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景探討。結(jié)果：從無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)分析與評價(jià)結(jié)果可以看出，當(dāng)今世界范圍內(nèi)，民用無人機(jī)遙感系統(tǒng)的發(fā)展呈爆發(fā)式的趨勢。雖然取得了很多技術(shù)成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但是面對日益復(fù)雜多樣的無人機(jī)遙感任務(wù)，不斷提高的無人機(jī)遙感產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和潛在的新興需求市場，無人機(jī)遙感系統(tǒng)將在許多方面面臨前所未有的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。這主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。（1）需要研發(fā)和尋找更好的機(jī)體材料、動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)和氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)等，使無人機(jī)在城市人口密集區(qū)和人類活動(dòng)頻繁區(qū)實(shí)現(xiàn)更安全的起降與飛行作業(yè)。（2）面對復(fù)雜的無人機(jī)遙感任務(wù)，常規(guī)的線性控制和單獨(dú)的導(dǎo)航方法已經(jīng)很難滿足無人機(jī)遙感任務(wù)的實(shí)際需求。具有高時(shí)效性、模塊化和高計(jì)算能力的非線性動(dòng)態(tài)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能故障檢測和組合導(dǎo)航技術(shù)將是未來無人機(jī)飛行與導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展方向。（3）高時(shí)間和空間分辨率是無人機(jī)遙感技術(shù)優(yōu)于衛(wèi)星遙感的巨大優(yōu)勢，但是如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的機(jī)上數(shù)據(jù)處理和下傳，是小型民用無人機(jī)遙感系統(tǒng)的瓶頸問題，特別是在災(zāi)害應(yīng)急與救援中，需要確保獲得快速、安全、高質(zhì)量的遙感數(shù)據(jù)。（4）越來越多的生產(chǎn)部門和應(yīng)用需要實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)的快速信息提取與分析，而無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)相對于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有更多的問題需要解決，這對當(dāng)前的無人機(jī)遙感與攝影測量技術(shù)的工作模式提出了挑戰(zhàn)。因此，需要研究和設(shè)計(jì)高性能的無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)智能處理系統(tǒng)。（5）目前無人機(jī)搭載的各類傳感器正在朝微小型化和低能耗方向發(fā)展。將來通過將算法置于傳感器前端芯片進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)的初步處理，將是無人機(jī)傳感器技術(shù)智能化的關(guān)鍵。此外，從無人機(jī)遙感系統(tǒng)運(yùn)行的政策環(huán)境分析與評價(jià)來看，當(dāng)前相關(guān)法律法規(guī)和具體的技術(shù)處置措施與發(fā)達(dá)國家相比，還需要大力研究與制定，并完善無人機(jī)安全飛行的監(jiān)管基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以及無人機(jī)自動(dòng)飛行與避障技術(shù)的應(yīng)用。結(jié)論：無人機(jī)遙感系統(tǒng)因其獨(dú)有優(yōu)勢，將在農(nóng)業(yè)監(jiān)測、土地資源調(diào)查、智慧城市、數(shù)字考古、搶險(xiǎn)救災(zāi)、三維實(shí)景、城市規(guī)劃、物流配送等應(yīng)用中保持強(qiáng)勢需求與快速發(fā)展，其使用頻率將不斷加大，這對于完善遙感動(dòng)態(tài)觀測體系和服務(wù)具有重要意義。而無人機(jī)遙感自身及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存在諸多亟待考慮和解決的問題，需要從技術(shù)、政策等諸多方面予以突破和扶持。在技術(shù)方面，通過基礎(chǔ)和共性技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遙感系統(tǒng)朝小型化、自動(dòng)化、自主化、智能化、模塊化、集成化方向深度發(fā)展，助其飛得更遠(yuǎn)、更穩(wěn)、更久。發(fā)揮無人機(jī)遙感系統(tǒng)的獨(dú)有優(yōu)勢，為用戶提供更多、更快、更好的無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)、智能、高效處理與應(yīng)用。在政策方面，針對民用無人航空遙感低空空域內(nèi)作業(yè)的特點(diǎn)，應(yīng)積極吸取國際經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步加快并明確中低空無人遙感業(yè)務(wù)飛行的指導(dǎo)性法規(guī)，健全無人機(jī)飛行保障監(jiān)管體制機(jī)制。并通過制度設(shè)計(jì)和安排，吸引優(yōu)秀人才進(jìn)行深入研究、聯(lián)合攻關(guān)和市場培育。

來源出版物：武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）, 2014, 39(5): 505-513

入選年份：2017