智能科学技术论文：无人飞机遥感技术在国土资源管理中的应用

　　无人飞机遥感技术在国土资源管理中的应用

　　韩小敏周爱华

　　(河北省第三测绘院河北石家庄050031)

　　摘要：本文简要阐述了无人飞机遥感技术的发展和系统组成，分析了无人飞机遥感技术在应用实践中的技术优势，论述了无人飞机遥感技术在国土资源管理(防灾减灾的应急保障、国土资源执法监测、新农村建设规划、土地规划设计及土地开发整理)中的应用状况，展望了无人飞机遥感技术在国土资源管理领域的应用前景。

　　关键词：无人飞机遥感国土资源管理应用

　　1引言

　　无人飞机是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器，具有宏观、动态、快速、安全、底成本的优势。它不但能完成有人驾驶飞机执行的任务，更适用于有人飞机不宜执行的任务，如危险区域的侦察、空中救援指挥和遥感监测。

　　无人飞机出现在1917年，早期的无人飞机主要用作靶机，应用范围主要是在军事上，后来逐渐用于作战、侦察及民用遥感飞行平台。20世纪80年代以来，随着计算机技术、通讯技术的迅速发展以及各种数字化、重量轻、体积小、探测精度高的新型传感器的不断面世，无人飞机系统的性能不断提高，应用范围和应用领域迅速拓展。世界范围内的无人飞机的类型已达数百种之多。续航时间从一小时延长到几十个小时，任务载荷从几公斤到几百公斤，这为长时间、大范围的遥感监测提供了保障，也为搭载多种传感器和执行多种任务创造了有利条件。具有强大的生命力、广泛的应用价值和良好的经济及社会效益。

　　按照系统组成和飞行特点，无人飞机一般分为固定翼型无人机和无人驾驶直升机。

　　固定翼型无人机通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和程控飞行均容易实现，抗风能力也比较强，是类型最多、应用最广泛的无人驾驶飞行系统，其发展趋势是微型化和长航时。固定翼型无人机的起降需要比较空旷的场地，比较适合林业和草场监测、矿山资源监测、海洋环境监测、土地利用监测以及水利、电力等领域的应用。

　　无人驾驶直升机的技术优势是能够定点起飞、降落，对起降场地的条件要求不高，其飞行也是通过无线电遥控或通过机载计算机实现程控。但无人驾驶直升机的结构相对来说比较复杂，操控难度也较大，所以种类不多，实际应用也比较少。

　　遥感技术主要为人们认识自然和改造自然提供了科学的技术和方法。可以为我们获取大量的多时相、多光谱、多分辨率的丰富影像数据。按照高度划分，目前的遥感体系大体可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感。航天遥感是利用各种太空飞行器作为平台的遥感系统，以人造卫星为主，包括载人飞船、航天飞机、太空站和各种行星探测器;航空遥感是利用在大气层内飞行的各类飞机、飞艇、气球等作为遥感平台的遥感系统;地面遥感是利用支架、高塔、车、船、建筑物等作为平台的遥感系统，主要用于近距离测量地物波谱和获取地物细节影像。

　　遥感技术在我国已经得到广泛应用，涉及各行各业，但传统的遥感技术支撑平台，需要投入大量的人力、物力和财力，且耗时较长，达不到实时获取的效果，另外受空域管制、地形地貌和气候等因素制约较多，对时间周期要求紧迫的任务较难保障，实现不了实时、快速的反应机制，不能完全满足国土资源管理工作的需要。

　　无人飞机技术的优势吸引了国土资源管理部门的眼球，将无人飞机技术和遥感技术结合，获取实时的影像数据成为技术人员追求的目标。基于遥感技术在我国运行的良好效果，国土资源部对遥感技术和无人飞机技术的整合工作给予了大力支持，经过技术人员的积极技术创新和不断尝试，利用无人飞机进行航空摄影技术日趋稳定成熟。2005年，根据国土资源部科技与国际合作司的要求，中国测绘科学研究院利用自主研发的无人飞机遥感监测系统在贵州省进行了多次验证航拍和示范应用，结果证明无人飞机遥感技术已经可以广泛应用于国土资源管理领域。

　　2无人飞机遥感技术现状及优势

　　无人飞机遥感技术的成熟应用，使航空遥感事业得到跳跃式发展，完善了我国高空、中空、低空的完整的航空遥感获取体系，弥补了航天遥感技术和航空遥感技术的缺陷。

　　无人飞机遥感技术系统技术含量高，涉及航空、自动化控制、微电子、材料学、空气动力学、无线电、遥感、地理信息等多个领域，它已成为新型的航空摄影技术手段，也成为国土资源管理部门主要管理手段，快速获取的实时影像被利用在国土资源日常管理中，具体应用可以归纳为：对防灾减灾的快速响应，为国土资源执法监测提供服务，利用遥感影像制作不同比例尺的地形图为土地规划设计及土地整理提供科学依据，为新农村建设规划提供局部高分辨率实时遥感影像和基础地形数据。

　　目前，我国无人飞机遥感系统主要有中国测绘科学研究院研发的无人机测绘遥感系统和北京大学联合中国科学院遥感应用研究所开发的多用途无人机航空遥感系统，前者在我国得到全面推广和应用。无人机遥感系统从软件技术划分，主要由无人机系统、任务载荷系统和数据快速处理系统等部分组成。从作业程序硬件划分为作业软件、飞行平台、飞行控制、数码相机、地面监控系统、质量评价及快速预处理软件、后处理软件和地面运输车。各个部分技术结构及功能如下：

　　1、作业软件：主要用于任务规划，精确设计航飞路线;

　　2、飞行平台：无人飞机主体，它分为三种：“垂直尾”型无人机，“倒桅尾”型无人机，“双发”型无人机;

　　3、飞行控制：由自动驾驶仪、GPS导航和姿态控制仪组成;

　　4、数码相机：由定点曝光、自动修旋偏和云台组成;

　　5、地面监控系统：和以上硬件部分进行连接，用于遥控指挥和监控;

　　6、质量评价及快速预处理软件：无人飞行航摄完成后，进行遥感影像的质量评估，并进行快速的预处理工作;

　　7、后处理软件：主要是对航空遥感影像进行精确处理，并进行集群网络化并行处理;

　　8、地面运输车：现在一般设计为房车，用于运输飞行设备，软件控制平台，地面快速处理设备和各种联络传输设备;

　　无人飞机遥感技术在我国得到了积极推广和应用，国家测绘局于2010年1月举办了第一期无人机航测培训班，并于4月份在北京举行了固定翼轻型无人机航摄系统交接仪式，16个省(区、市)测绘单位代表参加了交接，这是国产无人机航摄系统首次装备我国的测绘单位。

　　无人机遥感系统的性能优异，可按预定飞行航线自主飞行、拍摄，航线控制精度高，飞行姿态平稳，飞行高度从50m至4000m，高度控制精度10m，速度范围从70km/h至160km/h，均可平稳飞行，在多云多雾等复杂气象条件下，可以进行云下航摄飞行，从而能尽可能保证拍摄工作及时、准确地完成。无人机遥感系统的飞行操作自动化、智能化程度高，操作简单，并有故障自动诊断及显示功能，便于掌握和培训，一旦遥控失灵或其他故障，飞机自动返航到起飞点上空，盘旋等待，若故障解除，则按地面人员控制继续飞行，否则自动开伞回收。无人机遥感监测系统搭载的高精度数码成像设备，具备地表连续覆盖、垂直或倾斜成像的技术能力，获取图像的空间分辨率达到分米级，适于1:2000或更大比例尺地形图测绘及正射影像制作，因此它具有高分辨率遥感影像数据获取能力。此外，无人机遥感监测系统的运营成本较低，飞行操作员的培训时间短，系统的存放、维护简便，还可免去了调机和停机的费用。

　　随着无人飞机遥感技术对人类生活的影响，得到了各行各业的青睐，特别是在国土资源管理行业，得到了空前的重视，它也发挥了重要作用。

　　3无人飞机遥感技术在国土资源管理中的应用

　　(1)、防灾减灾的快速响应

　　利用无人机遥感技术可获取高精度的地表三维数据，并通过协同作业的侧视图像进行快速建模，可生成DEM、三维正射影像图、三维倾斜影像、三维景观模型、三维地表模型等三维可视化数据，便于地质灾害的调查评价，有利于提早防治。在紧急情况发生时，无人机可做到快速响应，避免了有人驾驶飞机受灾害区气候恶劣等因素无法飞行的境况，第一时间获取受灾地区的影像数据，为抢险救灾提供及时的数据保障。

　　2008年的四川汶川大地震和2010年的青海玉树地震抢险救灾中无人机组就赶到灾区，第一时间获取了灾区航空影像资料，为救灾工作提供了决策依据。无人飞机遥感系统还对进出灾区的道路进行监测，为救灾道路的畅通保通工作提供了强有力的技术支持。

　　(2)、国土资源执法监察

　　2009年年底，全国第二次土地调查工作和全国一张图工程如期完成，详实的成果在国土资源管理中得到了广泛应用，执法监察工作也成为重中之重。现势性、准确性和高频率性是执法监察工作的主要特点。常规的执法监察工作是由执法人员开车，携带资料进行实地巡查，这需要调动大量的工作人员和车辆，人力、物力和财力消耗都较大。执法监察中，要求工作人员必须处处走到看到，十分辛苦，很容易出现巡查漏洞，而且巡查耗时较长，很难保证现势性。利用无人飞机遥感技术，只需要一部车，一组技术人员，就可以对指定区域进行航空摄影，获取监察区域的实时影像资料，再将本次成果和上一次成果或其他资料进行对比分析，可是高效率、高质量、低成本完成执法监察工作，且可以避免执法漏洞，缩短执法监察时间。

　　利用无人机遥感技术进行国土资源执法监察工作将会成为发展趋势，成为新型的国土资源管理手段之一。贵州、四川、山东、广州等省份都已经正式利用无人飞机遥感技术进行国土资源执法监察工作，取得了良好的经济效益和社会效益。

　　(3)、土地规划设计及土地整理

　　无人飞机遥感技术还能用于土地规划设计及土地开发整理中大比例尺地形图的获取。利用该技术系统可以进行低空航摄并进行1:2000成图。使用无人飞机获取的航片，经过野外布控、空三加密，利用数字摄影测量工作站完成测图、正射影像及DEM的制作。利用无人飞机遥感技术航摄影像清晰、分辨率高、没有绝对漏洞，除个别像对需手工加点外，基本实现自动空三解算，精度达到1:2000航测成图要求。

　　与传统全野外测量相比，无人飞机遥感技术可大大减少野外工作量，提高成图效率，且运行成本较低。同时，利用真彩色正射影像数据，在土地规划中设计人员可更清楚直观的查看耕地状况，利用DEM数据，可方便的进行坡度和土石方量的计算;在完成土地开发后，可利用无人机再次航飞，通过叠加对比，可准确直观的分析工程施工与设计的一致性及最终成效，有利于成果验收。

　　(4)、新农村建设

　　无人飞机遥感技术获取的影像资料，还可以为新农村建设服务。新农村集中居住现在是我国的发展趋势。新农村规划工作日益繁重，对基础资料的需求更是加重。传统的获取手段是进行全野外测量，成本高、时间长，很难跟上新农村建设的进度，而无人飞机遥感技术可以快速获取这些准确、直观的基础资料，加快了新农村建设的步伐。

　　4结语

　　无人飞机遥感技术随着信息时代的到来正在高速发展，人们对无人飞机遥感技术的了解也愈加深入，因此，无人飞机遥感技术在国土资源管理领域的应用将越来越广泛，必将推动“天上看、地上查、网上管”的新型国土资源管理模式的建设，为国土资源的合理管理、规划提供强有力的技术保障。无人飞机遥感技术的发展前景也将更加美好。

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