测绘科学技术

无人机遥感系统的研究进展与应用前景

李德仁，李明

摘要：目的：与卫星遥感系统相比，无人机遥感系统具有成本低、结构简单、风险小、灵活机动、实时性强等优点。它是一种近年来兴起的新型遥感技术，具有极强的应用优势和研究价值。通过对其在气象监测与预报、国土资源环境调查与城市管理、海事信息化建设与动态管理、灾害监测与评估等领域关键技术的研究进展和管理使用政策的综合分析与评价，有利于认识无人机遥感技术当前的发展状态和存在的问题。可以为中国无人机遥感行业的科技研究人员和从业者进行关键技术研究和应用提供全面的信息咨询和宏观指导，有利于无人机遥感新技术在国计民生各行业中更好的发展与推广。方法：通过对众多行业与科研机构对无人机遥感技术的实际应用与科学研究的调研，结合SCI、EI 等权威数据库中无人机遥感技术相关的最新文献的梳理与综合分析，构建了当前无人机遥感技术研究与应用的路线图与生态圈。从无人机的飞行平台、飞行控制与导航系统、数据传输与存储、遥感数据处理、遥感传感器技术等角度分析和评价了无人机遥感系统目前的发展情况和面临的挑战。并结合当前无人机遥感系统的主要应用案例回顾，剖析了无人机遥感应用技术在典型行业的实际应用状态与优势，并讨论了无人机遥感系统新的研究方向和应用落脚点，从而完成了无人机遥感系统的研究进展与应用前景探讨。结果：从无人机遥感技术的发展与挑战分析与评价结果可以看出，当今世界范围内，民用无人机遥感系统的发展呈爆发式的趋势。虽然取得了很多技术成果和实践经验，但是面对日益复杂多样的无人机遥感任务，不断提高的无人机遥感产品标准和潜在的新兴需求市场，无人机遥感系统将在许多方面面临前所未有的挑战和发展机遇。这主要体现在以下几点。（1）需要研发和寻找更好的机体材料、动力推进系统和气动外形设计等，使无人机在城市人口密集区和人类活动频繁区实现更安全的起降与飞行作业。（2）面对复杂的无人机遥感任务，常规的线性控制和单独的导航方法已经很难满足无人机遥感任务的实际需求。具有高时效性、模块化和高计算能力的非线性动态控制、神经网络智能故障检测和组合导航技术将是未来无人机飞行与导航系统的发展方向。（3）高时间和空间分辨率是无人机遥感技术优于卫星遥感的巨大优势，但是如何实现实时的机上数据处理和下传，是小型民用无人机遥感系统的瓶颈问题，特别是在灾害应急与救援中，需要确保获得快速、安全、高质量的遥感数据。（4）越来越多的生产部门和应用需要实现无人机遥感数据的快速信息提取与分析，而无人机遥感数据相对于卫星遥感数据具有更多的问题需要解决，这对当前的无人机遥感与摄影测量技术的工作模式提出了挑战。因此，需要研究和设计高性能的无人机遥感数据智能处理系统。（5）目前无人机搭载的各类传感器正在朝微小型化和低能耗方向发展。将来通过将算法置于传感器前端芯片进行遥感数据的初步处理，将是无人机传感器技术智能化的关键。此外，从无人机遥感系统运行的政策环境分析与评价来看，当前相关法律法规和具体的技术处置措施与发达国家相比，还需要大力研究与制定，并完善无人机安全飞行的监管基础设施建设，以及无人机自动飞行与避障技术的应用。结论：无人机遥感系统因其独有优势，将在农业监测、土地资源调查、智慧城市、数字考古、抢险救灾、三维实景、城市规划、物流配送等应用中保持强势需求与快速发展，其使用频率将不断加大，这对于完善遥感动态观测体系和服务具有重要意义。而无人机遥感自身及其产业发展还存在诸多亟待考虑和解决的问题，需要从技术、政策等诸多方面予以突破和扶持。在技术方面，通过基础和共性技术的研究，实现无人机遥感系统朝小型化、自动化、自主化、智能化、模块化、集成化方向深度发展，助其飞得更远、更稳、更久。发挥无人机遥感系统的独有优势，为用户提供更多、更快、更好的无人机遥感数据和产品，实现无人机遥感数据的自动、智能、高效处理与应用。在政策方面，针对民用无人航空遥感低空空域内作业的特点，应积极吸取国际经验，进一步加快并明确中低空无人遥感业务飞行的指导性法规，健全无人机飞行保障监管体制机制。并通过制度设计和安排，吸引优秀人才进行深入研究、联合攻关和市场培育。

来源出版物：武汉大学学报（信息科学版）, 2014, 39(5): 505-513

入选年份：2017