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河南省地质矿产勘查开发局 | 局属单位
无人机航测技术的发展与应用
2022年06月02日 08:58 访问次数: 作者: 来源: 中国矿业报

 百年科技复兴,百年奋发图强。在中国共产党的引领下,中华民族以前所未有的信心与勇气阔步复兴之路,走过了不平凡的百年光辉历程。中国航测无人机事业从无到有、由弱向强,谱写了科技发展历程的宏伟篇章。

  什么是无人机航测

  无人机航测是指采用多旋翼、固定翼的无人飞行器平台,搭载单镜头、多镜头的相机传感器,以及小型机载雷达等,进行无人机测量的一种先进测绘技术手段。无人机航测系统由无人机载体、飞行控制系统、影像获取设备、数传系统、图传系统、地面接收终端、数字摄影测量工作站和地面遥控装置组成。在数据采集阶段影像曝光的瞬间,飞行控制系统采集了影像主点曝光瞬间的位置信息、姿态信息、影像参数等;将这些信息通过数传系统和图传系统传输给地面设备;飞行完成后利用影像数据预处理检查数据的准确性和完整性,对不符合要求的数据实施补飞或重飞。

  无人机航测的前世今生

  无人机作为无人航空载具,诞生于军事领域,走上人类的历史舞台已过百年。1916年9月12日,第一架无线电操纵的无人驾驶飞机在美国试飞。这打开了无人机发展的大门,而且随着时间推移,无人机的功能不断发生变化。在20世纪40年代无人机主要作为军事演习中的靶机使用,用以检验防空武器作战性能,训练防空火力准确性;20世纪50年代到70年代,在越南战争的战场上,除了作为靶机使用,无人机被用来执行简单的战场军事侦察任务;到20世纪90年代,在黎巴嫩战争中,以色列首次让无人机承担战斗任务,这也令军用无人机有了新的功能和战场定位。

  我国从20世纪50年代就开始运用无人机,但无人机研究起步较晚。1959年,当时一位苏联顾问曾感叹,“中国同志说要在几个月内造出无人机,这绝对不可能”。面对外界的质疑,中国技术人员秉持一心报国的壮志豪情,蹒跚起步、敢为人先,组织120人研究团队,克服无法预想的困难,完成“安2”的无人机改装。1966年底,我国才开始研发无人机,以苏联不成熟无人机拉17为起点,在苏联撤走技术力量的背景下,中国依靠自身力量研发无人机。在拉17的基础上,中国研制出长空一号无人机,定性是无人靶机。20世纪80年代,以军用无人机在战争中成功使用和展现出的特点为开端,无人机开始在民用领域崭露头角。我国于1980年研制了国内第一架民用无人机D-4,主要用于矿产资源探测和航空测绘;20世纪90年代起,我国民营企业开始无人机研发,研制出一些低端产品,不具有进入市场和量产的能力;2007年起,我国开始大力发展民用无人机,众多军工企业和民营企业开启无人机项目,取得了显著成果,比如长航时民用无人机“黔中1号”成功首飞。

  2008年,汶川地震毁坏了很多设施,其他遥感手段很难准确、快速获取灾区信息,无人机在应急救援过程中扮演了至关重要的角色。2009年国家测绘地理信息局决策制定年度计划,将装备无人机作为重要任务之一,希望利用无人机增强应急测绘能力,改善以往应急测绘滞后性的问题。2010年之后,当无人机装备到各单位运营后产生了一批应用,逐步为社会和国家管理部门所认可,数量开始大规模增长,大量无人机公司涌现,2015年统计数量达到3000架(摘自科学出版社《轻小型无人机发展报告》)。无人机也开始向更专业级方向发展,强调快速监测与快速反应,追求高精度,向大飞机遥感系统技术靠拢,不再使用改造的民用数码相机,而是配备高精度专业测量相机。2017年以来国家进一步发展无人机,升级无人机应急服务能力,包括向军用遥感无人机技术看齐。无人机具有强大的测绘与图像传输能力,可以获取国内任意地区的数据,满足应急、测绘、工程建设等地形图生产更新需求。

  无人机航测在自然资源管理中的应用

  (一)国土资源监测

  无人机航测技术在国土监测的主要工作之一是对国土变化进行实时监测。传统实地调查的方式具有滞后性,不能及时的反映土地的变化情况。在突发状况下,难以保证在第一时间到达监测区域。而无人机航测能及时发现非法开采和生态破坏等现象,及时反馈并进行制止。

  (二)生态环境监测

  由于无人机航测技术能够快速的获得高分辨率的航空图像,因而能够对环境和自然资源变化进行非常便利的大范围监测。比如,通过无人机航测能够实现对森林、草原、海岸线等自然情况进行监测。在实际应用中,已经在水质调查、大气环境监测,生态保护监测等方面发挥了巨大的作用。

  (三)矿山地质监测

  利用无人机航拍生成的影像资料,对矿产资源开发进行有效监测。通过航测数据对矿山的地质条件进行分析,有利于提高矿产资源的开发利用程度,降低矿产资源保护的成本,实现对矿产资源储量精准、高效、高频的动态化监测,对保护矿产资源起到积极影响。

  (四)森林蓄积量监测

  森林蓄积量估算需要快速高效地获取森林遥感影像。虽然利用卫星和机载雷达同样可获取高分辨率遥感影像,但无人机航测技术与其相比具有飞行成本低、外业周期短、机动灵活、影像分辨率高等优点。面对部分地势险峻的区域,可实现非接触测量,从而代替危险繁重的野外森林人工调查,提高工作的安全性和时效性。

  (五)灾情及突发事件监测

  在国家重大自然灾害监测方面利用无人机飞行机动、快速、覆盖范围大、任何条件皆可到达等特点,迅速对灾情做出监测,将灾情速报一直是无人机自然灾害监测中的重要特点。无人机影像具有数量多、相幅小的特点,抗震救灾时,无人机能够满足其在高度和分辨率上的实时性要求。

  自然资源部2021年3月25日印发了《自然资源监测快速反应工作方案(试行)》,其中明确了具体的目标任务和工作内容。加快推进自然资源快速反应监测,能够为政府进行生态环境保护、国土空间用途规划、自然资源督查执法等提供精准、有效的数据保障。同时也是推动航测科技自主创新和信息化建设的重要举措。

  (作者单位:乌鲁木齐自然资源综合调查中心)

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