无人机航摄技术现状及应用分析

黄春雷

（沈阳市勘察测绘研究院　辽宁沈阳　110004）

无人机航摄技术现状及应用分析

黄春雷

（沈阳市勘察测绘研究院辽宁沈阳110004）

摘要：无人机航空摄影技术近年来发展迅速，以运营成本低、高效灵活的特点，在森林火火警监控、重大灾难抢险、环保监测等动态监测方面，发挥着一定的作用。从无人机的发展历史、系统构成、航摄成图及应用优势等方面进行了简要论述,并对其应用前景进行了分析。

关键词：无人机；航摄成图；GPS；姿态传感器；应用前景

1　引言

随着地理信息产业的迅速发展，各行各业对遥感数据的需求日益增加，无人机技术也经过几十年的发展，性能不断提高，现已被成功应用于各个领域中，无人机与测绘的关系越来越紧密，高效应用无人机航摄技术已成为未来航摄发展方向之一。

2　无人机的发展历史

UAV无人驾驶飞机的英文缩写（Unmanned AerialVehicle），简称无人机。它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。无人机最早出现在1917年，早期的无人机主要应用于军事活动，随着计算机技术、通讯技术以及各种新型传感器的迅速发展，无人驾驶飞行器系统的性能不断提高，续航时间的延长，任务载荷的增加，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，逐渐延伸到民用遥感飞行平台领域。

3　无人机的系统构成

目前航拍用无人机的主流操作模式还是手控滑行或弹射起飞，升空后切入自动驾驶，航拍任务结束自驾返回出发点，切回手动驾驶滑行或者伞降着陆。通常一套无人机系统主要由无人机平台，双向链路无线电数据传输系统，地面站监视软件系统，无线电遥控设备等构成。

航拍用无人机主要部件包括无人机机体，专用发动机，自动驾驶仪，数据传输电台，GPS接收机，传感设备等。无人机作业过程中，发动机为其提供动力，自动驾驶仪通过自身搭载的姿态传感器采集平台飞行姿态数据，通过气压高度传感器用来采集飞机所处高度的气压信号，再通过高灵敏度的GPS接收机接收卫星定位信号，并对采集的这些信号数据进行综合处理，将相应的控制指令下达到飞机各个动作装置，控制无人机按照预定航线，平稳飞行，进行定距或者定点拍摄。与此同时，通过飞机自身搭载的无线电数据传输电台将无人机本身的姿态，飞行高度，所在位置坐标，飞行速度，飞行里程以及拍摄数量等信息实时传回地面控制站，以便操作人员随时掌握无人机的工作状态，并且可以随时通过地面站无线电台向飞行中的无人机下达各种飞行指令。

就固定翼型无人机而言，目前国内用户在使用的无人机平台多种多样，有常规布局，倒V尾，T形尾，双尾撑等，但是主要的技术数据大致如下:

翼展：1.9—2.5米

机长：1.2—1.5米

发动机排量：45cc—80cc

飞行时长：1-3小时

任务载荷：5kg左右

自动驾驶仪：UP系列，MP2028，YS系列等

4　无人机航摄成图

无人机航拍飞行高度通常在400-1000米范围，这样的高度基本属于云层下飞行，低空空域空气通透性良好，成像清晰，分辨率可以达到0.1米。经过纠正，拼接处理的无人机航片基本可以满足1∶2000地形图成图精度要求，甚至能应用于1∶1000地形图成图。

某地区1∶2000地形图制作项目，面积仅有40km2，工期要求一个月。通常情况下大飞机航摄的协调周期至少需要15天，使用大飞机很不经济，为此决定使用无人机实施航摄，在最短时间内获取项目范围影像图，在工期内完成测区测图任务。经过测区资料的收集、现场踏勘、确定起降场地、设计航飞线路，仅用了6天时间完成了测区的航摄任务，连夜进行了测区整体影像的拼接。

航片数量及处理情况如下表：

本测区无人机航摄技术亮点：

1．加装改进的单轴旋偏云台，使旋偏角得到有效控制，提高了特征匹配密度；

2．利用不同软件的优势组合运用，成功实现相邻航片的拼接；

3．安装独立无线电寻回装置，发生飞行意外时可快速定位寻找设备，减少财产损失。

4．安装了遥控抛伞装置，可防止伞降后，大风拖拽造成机体设备损伤。

5　无人机应用优势及前景

无人机实施航拍作业其优势是：机动灵活，作业准备时间短，工作量小；受天气因素影响小，全年可飞行时段长；无需专用机场跑道，只要在作业区附近寻找空域开阔的平坦地面即可；使用成本低廉，出图迅速；航摄高度低，在云层下作业，影像清晰。

由于无人机在航摄方面的许多优势，在地理信息产业蓬勃发展的今天，市场的需求越来越广泛，无人机的应用前景也逐渐拓宽，目前主要应用于：

（1）应急救灾：针对突发灾害情况，可快速部署，提供最新影像数据，帮助领导应急指挥和决策；

（2）小面积区域快速成图：机动灵活、起降方便；转变传统生产模式，对小面积区域快速成图实施航空摄影，可保证工程进展速度。

（3）城镇建设:加快小城镇建设，在农村宅基地发证等工作中提供有效影像数据。

6　结束语

近年来，无人机的应用取得了较大发展，应用市场空间也逐渐开阔，无人机已应用于环保监察，高压巡线，气象灾害评估，森林火险监控，公安缉毒等诸多领域。5.12汶川地震以后，国内多家无人机单位及时赶赴灾区，在极其困难的条件下开展了无人机航拍作业，及时取得了大量有价值的航拍资料，对抗震救援工作的实施具有重要的参考指导意义。

参考文献：

［1］李磊，熊涛，胡湘阳，熊俊.浅论无人机应用领域及前景.地理空间信息2010年05期；

［2］吴汉平泽.无人机系统导论［M］.北京.电子工业出版社。2003.