無人機應用技術論文(2)
無人機應用技術論文篇二
無人機遙感技術的測繪應用
摘要：本文對 無人機遙感平臺及在測量中的應用作了闡述。
關鍵詞：無人機遙感平臺;攝影測量;技術應用
中圖分類號：P231文獻標識碼： A
引言：
無人機遙感技術作為一種新型的航空攝影測量方式，經過近幾十年的發(fā)展，已成為傳統(tǒng)航空攝影的有效補充。無人機遙感技術以其具有結構簡單、使用成本低、起飛迅速等技術優(yōu)點，在地理國情監(jiān)測、應對重大突發(fā)事件、數字城市建設、國土資源調查測繪等諸多領域發(fā)揮了積極的作用。
1無人機遙感技術
無人機遙感是利用先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS 差分定位技術和遙感應用技術，快速獲取國土、資源、環(huán)境等空間遙感信息，完成遙感數據處理、建模和應用分析的應用技術。
技術特點：第一，對場地要求低，作業(yè)方式靈活快捷，能快速響應拍攝任務;第二，平臺構建，維護以及作業(yè)成本相對較低;第三，因其飛行高度低，能夠獲取大比例尺高精度的影像，在局部信息獲取方面有著巨大的優(yōu)勢;第四，飛行高度一般低于1000m，不必申請空域;第五，能夠獲取高重疊度的影像，增強后續(xù)處理的可靠性;第六，便于攜帶轉移方便。
2無人機獲得的遙感數據的特點
通常飛機會在2km~12km的對流層或者12km~25km的平流層底部飛行，飛機在這一高度高速飛行時姿態(tài)平穩(wěn)。超低空航空飛行時影響因素很多，陣風、熱空氣的升力、高壓輸電線發(fā)出的電磁干擾、通訊高塔等對飛機的飛行、控制都有影響。所以飛機獲取的數據姿態(tài)角通常較大，尤其是航偏角，影像比例尺變化也非常明顯。使用這一數據獲取方式通常測區(qū)的范圍較小，在短時間內就可以完成數據獲取的任務。
傳統(tǒng)的方法很難快速檢測獲取數據質量，當發(fā)現數據有問題再將飛機等設備重新運到測區(qū)補飛，成本過高。這就需要一種可以快速地處理原始數據，拼接出測區(qū)概略圖的方法，雖說不能用于精確測量定位，但也具有很高的實用價值。
3在測量中的應用
3.1無人機平臺攝影測量系統(tǒng)構成
基于無人機遙感平臺構建的攝影測量系統(tǒng)主要由以下幾部分組成(如圖 1 所示)：1無人機飛行平臺;2 飛行控制系統(tǒng);3 影像獲取設備;4 通信設備;5 遙控設備;6 地面信息接收與處理設備。其飛行控制系統(tǒng)主要包括：穩(wěn)定飛行姿態(tài)的垂直陀螺，獲取飛行平臺位置信息的 GPS 接收天線，以及控制飛機自主飛行的微處理器。地面配套設備主要包括：實時影像的接收與顯示的數據接收終端，數碼相機獲取的地面高清影像的數據處理終端，以及控制飛機起降、飛行和拍攝的遙控設備。
作業(yè)過程中，垂直陀螺能測量飛機的俯仰/翻滾姿態(tài)角，同時垂直陀螺與微處理技術的結合，使飛機可以在在自主飛行時保持在近似“水平”狀態(tài)。機載通信設備將攝像頭獲取的實時影像、GPS 位置數據等傳回地面數據接收終端，以使地面控制中心對飛機的飛行和拍攝情況進行監(jiān)控，及時修正航向、飛行姿態(tài)等。最終獲取的高清影像通過地面相配套的數字攝影測量工作站進行處理，由于這些影像重疊度較大(可達到 90%)、傾斜角與傳統(tǒng)攝影測量相比較大等特點，其具體處理方法與傳統(tǒng)的方法有一定的區(qū)別。
3.2系統(tǒng)主要技術指標
3.2.1 飛行平臺的技術指標。基于無人機的攝影測量遙感平臺還處于起步階段，還沒有一套完整的作業(yè)規(guī)范。現行的航測規(guī)范主要是參照大多數測繪單位現有的技術條件和儀器設備制定的，而無人機作為一種新型的低空對地觀測平臺，主要在 1000m 以下的高度進行航拍，且其采用的是高分辨率的數碼相機作為成像設備，與傳統(tǒng)的航空攝影測量有較大的不同。因此，已有的攝影測量規(guī)范在這種新型攝影平臺上并不一定能適用。按照傳統(tǒng)的航測作業(yè)準則，有以下幾點參考指標：
(1)飛行速度宜在 50～100km/h 之內;
(2)發(fā)動機宜在飛機前進方向的后部(以避免湍流的影響);
(3)在發(fā)動機出故障時，飛機應可以安全滑翔降落;
(4)相對地面的飛行高度的變化應小于 5%;
(5)相鄰攝站飛行高度的變化應小于 5%;
(6)航攝平臺在作業(yè)時其水平誤差不得大于 3°;
(7)測量飛行速度的誤差不大于 5%;
(8)偏離航線的絕對誤差不得大于相片旁向覆蓋域的 5%;
(9)因發(fā)動機引起的相機諧振，其振幅偏擺角在曝光時間內不大于 8.6″。
從現有的相應硬件設備來看，滿足以上這些要求幾乎不存在任何問題 。
3.2.2平臺穩(wěn)定度指標
航攝影像質量的優(yōu)劣直接關系著攝影測量過程的繁簡、攝影成圖的工效和精度的，因此，空中攝影測量對飛行的質量的要求是比較高的。 無人機平臺發(fā)展到今天，其自身的穩(wěn)定度有了較大的提高，有實驗數據表明，在側風小于 4級的情況下，裝載了飛行控制系統(tǒng)的無人機自主飛行時，其沿預定直線飛行的俯仰角和橫滾角一般都在 3°以內。另外，飛行平臺的穩(wěn)定性主要取決于傳感器的自身精度。GPS 衛(wèi)星定位接收機的位置精度一般在+/-50 英尺范圍內;AP30 和 AP50 的氣壓高度傳感器的高度精度約為+/-10 英尺;使用 GPS 高度時，約為+/-50 英尺;空速傳感器的速度精度約為顯示值的 10%。自主飛行的控制精度主要取決于飛機自身的性能。對于一般的飛機來說，速度保持在設定值的+/-20%、高度保持在設定值的+/-50 英尺以內沒有任何問題。表 1 是航測規(guī)范的相關要求和無人機自主飛行狀況的折算數據的對比。表中的對比數據只是簡單換算得到的，但大體上還是能反映出其相互關系的。
表1 無人機自主飛行攝影質量與相應航測規(guī)范之對比
3.2.3成圖精度要求
這里從影像地面分辨率出發(fā)，參照 ADS40 數字航測相機的攝影比例尺與地面分辨率的對應關系，來推求相應成圖比例尺對小型攝影測量系統(tǒng)的要求。以柯達 DCS 460 為例，將其焦距設在 25mm，則其對應成圖比例尺的相應航高如表 2 所示。計算出來的攝影平臺的相對飛行高度均在小型無人機攝影平臺的飛行高度范圍內。對于可更換鏡頭的相機而言，其相應的航高范圍更大，可選擇性更強。在基高比較小的情況下，可以通過加飛骨干網等方法，通過平差處理提高定位精度。
表2固定焦距條件下相應成圖比例尺對應的攝影平臺高度
4結語
目前，我國 600 多個大中小城市均不同程度地存在基礎地理數據周期更新問題,僅靠傳統(tǒng)的有人飛機航空攝影測量是無法完成的。另外, 還存在大量小塊區(qū)域的地面影像獲取問題, 這迫切需求一種全新的技術手段和解決方案,這給無人機遙感平臺民用遙感技術帶來了巨大的市場空間。
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