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测绘无人机在江河湖海领域中的应用

行业资讯 2019-02-19 11:31

  无人驾驶飞机简称“无人机”,英文缩写为“UAV”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为:升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。按飞行平台构型分类,无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。国内无人机市场已发展了将近30余年,用途十分广泛,从最初的军用领域逐渐扩展到民用领域。


  随着人类对地球认识的不断深化,海洋现已成为世界各国新一轮竞争的重要舞台,以高新技术为基础的海洋战略性新兴产业将成为全球经济复苏和社会经济发展的战略重点。同时随着国内无人机技术的快速发展,无人机平台已经开始由军事领域迅速地转向民用领域。在海洋监测方面,无人机作为一种新的遥感监测平台,飞行操作相对简单,智能化程度高,可按预定航线自主飞行、摄像,实时提供遥感监测数据和低空视频,成为空间数据获取的重要手段,本文就来说说无人机在民用领域尤其是海洋领域中的应用。


  测绘无人机优势

测绘无人机

  无人机搭载传感器进行航空遥感影像的拍摄,一方面是低空遥感被广泛认可,需要旺盛,另一方面则是因为相比较其它遥感数据获取方式,测绘无人机拥有不可替代的优势:


  性价比高:现在市场上的国产测绘无人机的价格大约在十几万到几十万之间,可重复使用的次数多,除重大事故外不容易损坏,也不存在其它额外的使用费用。在自然环境比较恶劣的区域,如高原、近海等,即使出现意外也不会有太大的损失。高达0.05米分辨率的影像则比卫星影像的精度更高。


  方便携带运输:固定翼测绘无人机翼展一般不会超过3米,并可以方便地拆卸。在项目执行的过程中,只需要将拆卸后的无人机设备放到普通的小货车中,就可以把操作人员和所有设备同时运送到目的地。到现场后,半个小时内就可以完成无人机的组装和调试。


  无场地要求:传统的测绘无人机起飞方式一般是滑起,需要一段30米至50米相对水平的跑道才能起飞。随着新兴设备的引入,场地已经不再是无人机起降的阻碍。目前常见的的无人机除了滑起,还可以通过弹射或手抛方式起飞,降落时可以直接伞降,对于野外作业来说极为方便。弹射架可以固定在作业车的车顶,或者展开后架在地面即可。


  机动灵活:测绘无人机可以根据所需的影像分辨率来决定飞行高度,在大多数情况下,飞行高度一般为100~1000米。测绘无人机搭载的相机多采用定焦镜头,飞行高度的差别直接影响到最终生成影像的分辨率。飞行前设计好航线、确定好飞行高度,就可以获取理想的数据。


  受天气影响小:在传统的航空摄影中,大飞机航摄最担心出现的问题就是天气状况不理想,一旦出现多云的天气,将会严重影响成像的效果。但测绘无人机飞行的高度决定了云层厚度基本不会影响到成像,尤其是在获取高分辨率影像、飞行高度低的情况下。


  无人机遥感系统


  无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务,并能重复使用的无人驾驶航空飞行器。无人机系统是由飞行器、任务载荷、数据链、控制站几个主要部分组成。无人机是搭载载荷、执行任务的平台,按照结构形态可分为固定翼无人机和旋翼无人机,根据其性能和执行任务的范围可分为超近程无人机、近程无人机、中远程无人机等。无人机可以根据任务需求搭载不同的载荷,常用的载荷有可见光相机、可见光摄像机、红外相机、高光谱成像仪、SAR等遥感遥测设备。数据链是实现无人机与地面控制站通信连接的关键环节,可以将任务载荷的信息实时回传给地面,同时将无人机下行遥测信息发送至地面站,将上行的遥控信息发送至飞机和任务载荷。控制站是系统的指挥中心,通过软硬件等设备配合无人机系统进行任务规划,控制无人机起降,实时监测系统工作状态发出系统各种控制指令,并完成飞行的过程相关数据的存储。


  测绘无人机应用领域


  在传统的国土测绘应用中,相比较卫星影像,无人机获取的影像除了分辨率更高,似乎没有更多的优势。但在更多的应用中,无人机所能做的,远远超出你能想象的范围。


  国土测绘:相比较传统的测绘手段,无人机测绘能够凭借其机动灵活等特点,在国土测绘领域发挥重要作用。通过快速获取测绘无人机航摄数据,能够快速掌握测区的详细情况,应用于国土资源动态监测与调查、土地利用和覆盖图更新、土地利用动态变化监测、特征信息分析等,高分辨率的航空影像还可应用于区域规划等。


  选线设计:遥感无人机可应用于电力选线、公路选线、铁路选线,能够根据项目需求,快速获取线状无人机航空影像,为选线快速提供设计数据。此外,遥感无人机还可以针对石油、天然气管道进行选线设计和全方位的监测,厘米级别的航空影像和高清视频能够协助进行安全监测与管理,同时利用管道压力数据结合影像发现管道渗漏、偷盗等现象。


  环境监测:高效快速获取高分辨率航空影像能够及时地对环境污染进行监测,尤其是排污污染方面。此外,海洋监测、溢油监测、水质监测、湿地监测、固体污染物监测、海岸带监测、植被生态等方面都可以借助遥感无人机拍摄的航空影像或视频数据进行实施。其中,水质调查监测、污染物监测、大气环境监测、固态废物检测、秸秆禁烧监测是主要的应用方向。


  水利监测:在陆地上,遥感无人机可应用于洪涝监测、河道管理、河道污染检测等。无人机可根据地形和河流情况,确定航线,并进行凌情应急监测、滩区洪水灾害监测、水污染等突发事件等。此外,遥感无人机还可应用于海岸带调查,如填海造地、水产养殖、海岸带变迁等情况,近海岛礁监测、船只、藻类、浮标等目标识别,以及海洋环境监测等。


  农林:高分辨率航空影像能够提供准确的土地纹理和作物分类信息,可应用于农业用地分析、作物类型识别、作物长势分析、土壤湿度测定、农业环境调查、水产养殖区监测、森林火灾监测、森林覆盖率分析、森林植被健康监测、森林储积量评估等。能够针对特定农业作物,确定种植面积、生长状况、生长阶段和产值预估,比如在烟草、农业物联网等行业有重要应用。


  土地变化分析:通过自定义重访周期,遥感无人机能够有效地对局部地区的动态变化进行监测。例如在水淹分析、拆迁赔偿等应用中,往往会因为双方各执一词而引发很多矛盾。利用遥感无人机进行航拍后,相关变化区域可以在最终的影像上非常清楚。在城市建设与规划、海岸水淹分析等领域中,遥感无人机都可以发挥重要作用。


  应急救灾:无人机在测绘领域受到重视,是从应急救灾中开始的。无论是汶川地震、玉树地震,还是舟曲泥石流、安康水灾,测绘无人机都在第一时间到达了现场,并充分发挥机动灵活的特点,获取灾区的影像数据,为救灾部署和灾后重建工作的开展,都起到了重要作用。


  无人机在海洋中应用的优越性


  与船载设备调查、海面浮标等常规的海面监测相比,利用无人机系统进行海洋监测具有许多独特的优点:


  ①它不受地理位置、天气和人为条件的限制,可以覆盖地理位置偏远、环境条件恶劣的海区及由于政治原因不能直接去进行常规调查的海区。具有机动灵活、快速反应的优势,操作简单,到达目标点速度快。


  ②无人机监测覆盖范围广,由传统监测手段的定点监测扩展为面状监测,更有利于获取综合、全面的海量信息。


  ③与遥感卫星相比,无人机具有更高的时间分辨率,重访时间灵活,在环境允许的情况下即可执行任务。


  ④具有更高的空间分辨率,无人机平台高度灵活可变,远低于卫星高度,飞行速度也相对较慢,分辨率一般在分米、厘米级。


  ⑤具有更低的费用成本,无人机不仅造价低廉,并能重复使用,根据需求可以更换搭载不同的载荷,具有一机多用、多事同行的优势。


  ⑥与有人机相比,无人机准备安排时间短,可迅速出动,占用空间相对小,方便乘载在船体上,并且可在危险任务中避免机员伤亡。


  无人机海洋监测应用


  灾害监测:近年来,浒苔、赤潮、海冰、风暴潮等海洋自然灾害频发,不断影响我国沿海地区的生产和生活,造成了巨大的经济损失。然而,对这些灾害缺乏全面、及时的信息掌握,造成预报不及时、监测不准确和处置不合理等结果。利用无人机搭载遥感传感器摄取灾害区影像,搭载摄像设备拍摄现场实时视频,获取灾情信息比其他常规手段更加快速、客观和全面,能够达到灾前预报、灾中监控、灾后评估“三效合一”的监测效果。


  灾前预报:利用无人机在灾害频发时段加强对海域的巡检,视察防暴大堤是否受损,调查浒苔、赤潮、海冰的分布,预测走向,及时向可能受到危害的地区发布灾害预警;并且可通过长时间的观测,掌握灾害发生的规律,以便在后期做到提前预知,采取应对措施。


  灾中监控:在海洋灾害发生时,一方面,通过无人机调查灾害发生的范围、程度,制定合理的消灾方案,另一方面,利用无人机在空中获取的实时遥感影像、视频,布置消灾方案,指挥消灾任务,观察消灾成效。


  灾后评估:与GIS技术相结合,对无人机获取的受灾海域遥感数据分析,提取受灾范围、受灾等级、损失程度等量化信息,指导灾后补救和后期防范。


  无人机在海洋测绘中的应用


  港口、河流入海口、近海岸等水陆交界地带是人类活动相对频繁的海域,在人为因素和自然因素的作用下,这些区域的地形地势变化也比较频繁。在人为因素方面,随着经济的发展和需求,人们对水陆交界海域的开发利用度不断增强,例如填海造地、养殖区扩展、港口平台搭建等;在自然环境因素的作用下,海岸侵蚀造成海岸线变更,入海口冲击、淤积等原因造成入海口地形变更。加强对这些海域的测绘,对指导人们的开发和利用具有重要意义。


  利用无人机进行海洋测绘,比传统的测绘方法速度快,并能深入海水区域,获取的遥感数据具有更高的空间分辨率,可以完成大比例尺制图。从无人机遥感影像中可以提取海岸、入海口、港口等海域的轮廓线及其变化,结合GIS技术对面积、长度、变化量等量化分析并预测变化趋势。在填海造地时,利用无人机搭载LiDar实时测量填造区域,指导工程的实施。利用SAR和高光谱遥感数据可以探测浅海区域的海底地形,绘制海底地形图。利用LiDar数据建立海岸线DEM,为风暴潮的预警提供参考。在海岛礁测绘中,利用无人机同时搭载LiDar和光谱传感器获取多源数据,提取海岛礁的轮廓线、面积、DEM、覆被类型等信息,可建立三维海岛礁模型。


  无人机在海洋参数反演中的应用


  海洋是全球气候变化中的关键部分,海表温度、盐度、海面湿度等环境参数是全球气候变化、全球水循环、海洋动力学研究的重要输入参数。遥感技术是快速大范围监测海洋环境参数的有效手段,可以对海洋长时间连续观测,为气候变化、水循环和海洋动力等研究提供依据数据。


  无人机可以监测局部重点海域的环境参数,是卫星遥感大范围监测的重要补充,为海洋区域气候、海洋异常变化、海洋生物环境、入海口海水盐度变化、沿海土地盐碱化等研究提供数据信息。无人机获取的海洋环境参数还可以为海上油气平台、浮标、人工建筑等耐腐蚀性、抗冻性研究提供数据支持。


  无人机配备微波辐射计、热红外探测仪、高光谱成像仪等传感器探测海洋得到遥感数据,利用海洋参数的定量遥感反演算法模型反演海洋的各个参数。目前,反演模型大多是统计模型,利用遥感数据与反演的海洋参数之间建立起统计关系,通过统计回归的方法可以反演得到海洋温度、湿度、盐度等环境参数。


  无人机在海事监管中的应用


  无人机配备高清照相机、摄像机及自动跟踪设备,可以执行海上溢油应急监控、肇事船舶搜寻、遇险船舶和人员定位、海洋主权巡查等任务,能够快速到达事故现场,立体地查看事故区域、事故程度、救援进展等情况,即可回传影像和视频,在事故调查、取证等工作中为事故救援决策提供实时、准确的信息,监视事故发展,是海事监管救助的空中“鹰眼”;而且由于无人机的特殊性,抗风等级大,遥控不受视觉条件限制,比舰载有人直升机更适于恶劣天气下的搜寻救助工作;一旦发生危险,不会危及参与搜救人员的生命,最大限度地规避了风险,是海洋恶劣天气下搜寻救助的可靠装备。目前,我国利用无人机进行海域巡检、监管已经开始进入业务阶段。


  经过这么多年的的经营天力发的无人机种类已经达到了很多种,比如:


  法国DT18无人机


  


  法国DT-26无人机


  天星1号垂直起降固定翼无人机


  


  天星1号安全、稳健、高精度无人机,其主要优点如下:


  全自动简单操作,无需专业飞空手;


  多点击设计,动力强劲;


  一件垂直起降,无需跑道;


  可搭载全画面微单相机,热成像仪,摄像机;


  环保电池供电,续航长达1.5h。


  天星2号高效、快捷、长航时无人机


  全自动简单操作,无需专业飞空手;


  一件垂直起降,无需弹射及飞行跑道;


  航时长达2小时,作业速度快;


  可搭载全画幅微单相机,摄像机,五镜头倾斜摄影相机。


  德国md4-1000无人机


  microdronesmd4-1000四旋翼系统是一种全球技术领先的垂直起降小型自动驾驶无人飞行器系统,可用于执行资料收集、协调指挥、搜索、测量、通讯、检测、侦查等多种空中任务。相比md4-200,md4-1000拥有更大的任务载荷,更强的抗风能力,更长的续航时间,更优秀的姿态控制,是目前全世界最大型的四旋翼无人飞行器系统。


  天星3号多旋翼无人机


  五相机倾斜摄影测量系统


  同步从垂直、倾斜等不同角度采集详细空间信息的真实影像,为用户同时提供倾斜和正射的精准测图数据,经处理得三维立体遥感模型。


  天星Mini无人机


  独特优势


  1、手抛式起飞;重量不足1千克,方便作业者携带。


  2、挂载1820万像素传感器;单电池6400毫安;90分钟航时。


  3、采用EPO材料,防碰撞、防磨损;传感器自带稳定系统。


  4、国内自主研发,售后维修方便、快捷。


  5、单次飞行16平方公里;自动飞行,无需操控手。


  天力发无人机经过这么多年的经营适用于各行各业,下面就让我们来看一下天力发无人机的应用领域吧:


  地理信息、电力巡检、石油管道巡检、精准农业、城市建模、应急救灾、林业巡检、等方面。

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