无人机遥感技术及应用

高照忠　魏海霞　叶长斌

摘 要：遥感技术是探测领域中非常重要的一项技术。近几年，这项技术被用到了中国的无人机领域中，从而形成了无人机遥感这种全新的技术。这种技术的本质是：无人机可在任意地点和任意时刻进行拍摄，拍摄出来的照片既真实又清晰。正因为如此，无人机遥感在短短几年内便被运用到了诸多领域，在这些领域中发挥着独特的作用。文章将较为细致地阐述无人机遥感这项技术的相关情况，并对它的现实运用进行具体的介绍。

关键词：应用；遥感技术；展望；无人机

引言

遥感技术起源于1960年左右，它是探测领域中非常重要的一项技术。它依据了电磁波的有关理论，结合了各种先进的传感仪器，把距离较远的目标反馈回来的信息加以搜集，再对这些信息做相关的处理，最终形成目标的全景图像。当下，在借助人造卫星的基础上，遥感技术可确保18天以内就能返回一次全球的真实图像。同时，在运用了遥感技术之后，还可高效地测绘出研究区域对应的地图。

1 无人机遥感技术的简述

关于无人机遥感这种技术的描述可从四个方面来把握。第一是技术的组成，无人机遥感综合了以下几种技术：一是传感技术；二是通讯技术；三是遥控技术；四是遥感对应的应用技术；五是GPS技术。第二是获取的方式，获取方式有以下三点特征：一是专题化；二是智能化；三是自动化。第三是获取的信息，获取的信息主要有以下几种：一是环境信息；二是国土信息；三是资源信息。第四是技术的重要优势，这些优势尤其表现在以下几点：一是起飞速度快；二是成本低廉；三是结构较为简单。

2 无人机遥感技术的具体情况

2.1 无人机遥感技术所具备的特征

跟载人飞行器相比较，无人机遥感有着独特的技术优势。这些技术优势尤其体现在下列几点：（1）由于无人机不需要载人，所以它可以飞行到一些较高或者较危险的区域进行航拍，这是载人飞行器无法与无人机比拟的地方；（2）与载人飞行器相比较，无人机在实际的飞行中所耗费的资金更为低廉；（3）无人机被划分到我国的遥控飞行器一类，所以它的整个审批流程较为简单，相反载人飞行器属于现实中的飞行器，它的整个审批流程非常复杂；（4）载人飞行器有着极为严格的起降要求，而无人机却没有过于严格的降落场地和起飞场地要求，所以它在航拍飞行中实现中途转场比较容易；（5）航拍中，无人机所具备的安全性能也远远超过了载人飞行器；（6）同载人飞行器比较，无人机可随时进行重新拍摄，并且拍摄时间极短，成像效果也非常清晰。

尽管无人机遥感有着如此多的技术优势，但它的技术劣势也较为明显。这些技术劣势主要表现在下列几方面：（1）无人机遥感所返回的遥感影像有着极高的分辨率，这种分辨率甚至实现了以分米级来计算的精密程度。但是，影像的相幅偏小，相片数量非常庞大，甚至达到了千张以上。这种大工作量的工作方式，降低了无人机遥感工作的效率。同时，影像倾角的角度一般来说较大，并且倾斜方向没有任何规律可遵循。所以，无论是连接点的布设还是提取工作都变得非常困难。（2）载人飞行器通常比较稳定，相比之下无人机就显得不够稳定。假如高空中的风速较大，那么航飞轨迹就会出现不规则的现象，甚至偏离了本身的主航道。这样，无论是拍摄中的旁向重叠度还是航向重叠度都不够规则，影像间的实际重叠程度就更大。（3）无人机无法携带专业化的测量相机。所以，它拍得的影像难免会有所变形。这是由于地面事物跟单幅相机间的投射关系很复杂，所以影像内存在的几何关系也就很不稳定。在这种影响下，影像就会呈现出倾斜的效果甚至变形。

2.2 无人机遥感的影像处理流程

2.2.1 影像的畸变差纠正

当前的无人机航拍方式是中国航拍方式中最为先进的一种方式。它有着独特的技术优势，可在任意时刻进行航拍，并且拍摄的时间极短，成像效果也非常清晰。所以，无人机航拍这种方式被大范围的运用。现实中，无人机有着不同的类型，所携带的相机也有着不同的类型，不同的搭配方式使得最终的成像质量也有巨大的差异。不过，一般情况下无人机都是配备的普通相机。普通相机拍出来的相片边缘会出现畸变的现象。这可能给后续的数据处理带来极大的误差。为了最大限度控制数据的误差，对影像的畸变加以纠正就成了必备的工作。处理方式主要包含了以下几种：一是消除畸变；二是消除主点偏移；三是旋转影像。

2.2.2 影像的三角测量

三角测量的过程是在空中自动完成。以往，影像的转点工作与选点工作都是以人工方式来操作完成。可是，无人机遥感却能让这两项工作在空中便自动完成。同时，像点中的各个坐标也是自动获取。它能为区域网平差程序结算提供依据[1]。这样，坐标系中加密点所处的空间位置及其定向参数都能随之而获得。三角测量主要对以下几方面的内容加以测量：一是内定向的相关测量；二是相對定向的相关测量；三是模型连接的相关测量；四是模型转点的相关测量；五是偏移量的相关测量；六是连接点的相关测量；七是特征点的相关测量。

2.2.3 DOM影像与DEM影像的生成

DOM影像与DEM影像的具体生成步骤如下：首先，借助平差程序可解算出拍得的影像对应的外方位元素；接着，把相邻影像跟外方位元素充分匹配，便可迅速取得相关的同名特征点；然后，通过这些同名特征点便可以生成DEM影像；最后，让生成的这个DEM影像跟相关的同名特征点再次拼接，便可得到需要测量区域的DOM影像图片。

2.3 无人机遥感的关键技术

现实中，遥感技术是把多种技术综合以后取得的技术成果。上述已经谈到：无人机遥感综合了五种主要的技术，第一种是传感技术，第二种是通讯技术，第三种是遥控技术，第四种是应用技术，第五种是GPS技术。在这五种技术中，最为关键的技术又可细分成八种。第一种是遥感平台对应的集成技术。第二种是专用数据对应的处理技术。第三种是传感器对应的控制技术。第四种是平台稳定涉及的相关技术。第五种是相机定标的相关技术。第六种是相机校验的相关技术。第七种是快速处理的相关技术。第八种是3S技术。而依据平台框架的情况来具体划分，关键技术又应该被划分成三种基本的技术。第一种是遥感平台对应的集成技术。第二种是获取数据的相关技术与下传数据的相关技术。第三种是地面接收与处理技术[4]。文章将对这三种最为关键的技术进行一一的介绍。

2.3.1 无人机遥感平台集成技术

无人机中，平台结构主要包含了以下几种：一是飞行器对应的系统；二是信息传输对应的系统与测控对应的系统；三是保障对应的系统；四是信息获取对应的处理系统。平台结构具体如图1所示。无人机中安装的是面阵CCD相机[2]。通常，拍摄操作是由相机头部来具体完成。相机头部又由三个部分构成，第一部分是数码后背，第二部分是镜头，第三部分是机身。对无人机来说，遥感平台需要体积小且分辨率偏高的相机。因此，大面阵CCD数码与120中型幅面相机是最佳的组合[3]。再者，高清图像是无人机影像的一个重点。所以，拖影便成了影像中的一个重要障碍。为此，遥感平台必须尽量把拖影的像元控制在0.5以下。假设像元是9um×9um，高度是500m，速度是每秒钟33m，焦距是50mm。那么可得出曝光时间是1/733秒，快门应选用1/1000s以上[5]。假设焦距用字母f来表示，成像面尺寸用字母L来表示，视场角用字母θ来表示。那么焦距公式是tg（θ/2）=（L/2）/f[6]。而主控计算机需要起到三方面的作用，首先是对相机进行良好的控制，其次是对图像加以传输，再次是对图像加以保存。因此，PC/104+嵌入式计算机是最好的选择[4]。

2.3.2 下传数据的相关技术与获取数据的相关技术

因为无人机遥感会产生极大的数据量，所以下传图像的过程中一般来说会选择高压缩比的压缩技术。压缩方案具体如下：系统中的数据链路共有两条，传输中多模态遥感器会与工控机互相配合，一方面可通过其中一条链路把遥感数据传送到硬盘中做备份处理，另一方面可通过另外一条链路把遥感数据传送到压缩模块中做压缩处理。

另外，图像获取的具体步骤如下：（1）系统中的IO设备可把遥感数据统统读取出来；（2）遥感数据在控制板是BMP这种格式的数据，通讯程序可把这种格式的数据全部读取出来，再把数据全部写入到DSP中；（3）DSP中具备压缩模块，压缩模块会把这些图像由BMP格式转换成JPEG格式；（4）JPEG格式的所有图像会被存储到指定的内存中；（5）通讯程序从指定内存中把JPEG格式的所有图像给读取出来再传送到数据链路中。

2.3.3 地面对数据的接收与处理

对无人机来说，无论是地面的接收工作还是地面的处理工作都必须依托于数据接收站。数据接收站既可以是固定式也可以是移动式。而无论是哪种类型的数据接收站都必须具备以下五种基本功能：一是存储海量数据的基本功能；二是建立海量数据库的基本功能；三是管理海量数据的基本功能；四是分发海量数据的基本功能；五是纠正数据的基本功能。

3 结束语

综上，文章首先阐述了无人机遥感这种技术的本质。其次，文章阐述了无人机遥感这种技术的基本情况：一是这种技术所具备的特征；二是这种技术在处理中的详细流程；三是这种技术具体包含了哪些关键技术，并对这些关键技术分别加以介绍。

參考文献

[1]兵远远.无人机遥感在某铁矿矿区资源监测中的应用[D].辽宁工程技术大学，2012.

[2]马瑞生.微型无人机航空遥感系统及其影像几何纠正研究[D].南京农业大学，2013.

[3]范成晓，韩军，熊志军，等.无人机遥感技术现状及其应用[J].测绘科学，2014，27（22）：16-19.

[4]欧新伟，周李建，冯青山，等.无人机遥感技术在长输油气管道管理中的应用[J].科技创新导报，2011，5（21）：21-23.

[5]杨彦明，郑玲红，文洪涛，等.无人机遥感技术在海岛管理中的应用研究[J].海洋开发与管理，2011，11（15）：17-20.

[6]朱京海，梁婷，徐光，等.无人机遥感技术在环境保护领域中的应用进展[J].环境保护科学，2013，7（12）：38-40.