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專(zhuān)家:民用輕小型無(wú)人機(jī)低空航測(cè)達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平

發(fā)布日期:2010-09-17??來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)??作者:全球無(wú)人機(jī)網(wǎng)我要投稿我要評(píng)論

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ck-gy04測(cè)繪鷹——固定翼無(wú)人機(jī)的一種機(jī)型。

8月10日,國(guó)家測(cè)繪局利用無(wú)人機(jī)成功獲取舟曲災(zāi)后高分辨率影像,無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)再次進(jìn)入人們視野。

■ 核心提示

甘肅舟曲縣突發(fā)特大泥石流災(zāi)害后,國(guó)家測(cè)繪局利用無(wú)人機(jī)成功獲取舟曲災(zāi)后高分辨率影像。早在上世紀(jì)90年代末,我國(guó)成立了專(zhuān)門(mén)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)研究小組,自主研制無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)。經(jīng)過(guò)十年發(fā)展,飛行平臺(tái)輕小型化,成像傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件的研發(fā)三大技術(shù)難題都已得到解決,無(wú)人機(jī)低空航測(cè)已在抗震救災(zāi)、社會(huì)管理、城市規(guī)劃等方面發(fā)揮了積極作用。

■ 將新聞進(jìn)行到底

8月7日晚至8日凌晨,甘肅舟曲縣突發(fā)特大泥石流災(zāi)害。

8月10日,在蘭州軍區(qū)空管部門(mén)支持下,國(guó)家測(cè)繪局利用無(wú)人機(jī)成功獲取舟曲災(zāi)后高分辨率影像。無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)再次進(jìn)入人們視野。

此前,該技術(shù)曾在國(guó)土管理、城市規(guī)劃、社會(huì)安全、抗震救災(zāi)等方面發(fā)揮積極作用。

災(zāi)情就是命令,速度就是一切!這次航測(cè)是對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的又一次重大考驗(yàn)——

2天4小時(shí)30分 完成舟曲災(zāi)后無(wú)人機(jī)低空航測(cè)任務(wù)

“甘肅舟曲發(fā)生特大泥石流災(zāi)害后,8月8日凌晨接到國(guó)家測(cè)繪局通知,10日完成第一張舟曲災(zāi)后高分辨率影像,僅用時(shí)兩天。無(wú)人機(jī)距地面飛行相對(duì)高760米左右,繞舟曲飛行20平方公里,完成航拍僅用30分鐘。成功傘降,15厘米的高分辨率影像拼接成功,傳回北京,僅用四個(gè)小時(shí)。” 低空航測(cè)舟曲災(zāi)后高分辨率影像負(fù)責(zé)人、北京朗天博泰科技有限公司總經(jīng)理白瑞杰說(shuō)。

此次獲取甘肅舟曲災(zāi)后高分辨率影像,使用的是一種翼展約3米、機(jī)身長(zhǎng)約兩米、機(jī)重約20公斤的固定翼無(wú)人機(jī)。舟曲地形特殊,高差大,間有側(cè)風(fēng),并且軟件數(shù)據(jù)處理速度相對(duì)較慢。

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為解決這兩個(gè)困難,出發(fā)前,白瑞杰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)軟件數(shù)據(jù)處理速度慢的問(wèn)題進(jìn)行升級(jí),把原來(lái)注重精度、忽視處理速度的常規(guī)測(cè)繪軟件,升級(jí)為應(yīng)急救災(zāi)軟件:略微降低精度,處理速度卻成倍增加。同時(shí),在趕往舟曲的路上,工作人員又進(jìn)行了減輕機(jī)身重量、調(diào)節(jié)機(jī)身配重、增加飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)馬力等方面的飛機(jī)改造。

白瑞杰介紹,無(wú)人機(jī)和軟件都是自主開(kāi)發(fā)研制,因此改造起來(lái)非常快。經(jīng)改造后,它能成功應(yīng)對(duì)復(fù)雜的地形和惡劣的氣候條件,滿(mǎn)足救災(zāi)應(yīng)急需要。之后,我們及時(shí)把影像傳給有關(guān)部門(mén),這對(duì)科學(xué)評(píng)估災(zāi)情、制定周密及時(shí)的救援方案起了重要作用。

無(wú)人機(jī)航測(cè)是與衛(wèi)星遙感、大航空遙感兩者并列的航空遙感技術(shù)——

無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)的“三大件”

中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院院長(zhǎng)林宗堅(jiān)教授介紹,一般來(lái)講,uav(Unmanned Aerial Vehicles)是指無(wú)人飛行器,包括固定翼無(wú)人機(jī),旋翼無(wú)人機(jī)和無(wú)人飛艇等,可統(tǒng)稱(chēng)為無(wú)人機(jī)。

飛行平臺(tái)、成像傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件是無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)的“三大件”,林宗堅(jiān)說(shuō)。

對(duì)于無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的定義非常泛泛。“是以先進(jìn)的無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)為核心,將無(wú)人機(jī)作為飛行平臺(tái),以先進(jìn)的全自動(dòng)化攝影測(cè)量工作站為處理平臺(tái),通過(guò)計(jì)算機(jī)飛行控制系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng),以及3S(gps衛(wèi)星導(dǎo)航、GIS地理信息系統(tǒng)、RS遙感)技術(shù)的集成、定制,成為一套基于無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的快速獲取及處理系統(tǒng)。”白瑞杰告訴筆者。

現(xiàn)在衛(wèi)星遙感和有人駕駛飛機(jī)的普通航空(或稱(chēng)大航空)遙感十分發(fā)達(dá),然而在及時(shí)性和精確性上還明顯不足——

及時(shí)精確  無(wú)人機(jī)更勝一籌

林宗堅(jiān)介紹,A地與B地相距500公里,假設(shè)兩地間修建一條鐵路,工程規(guī)劃急需1米分辨率影像。若用某顆具有1米分辨率的衛(wèi)星,每天軌道成像寬度僅為11公里。即便保證天天晴日,也得需要整整一個(gè)半月,顯然速度太慢。有人駕駛的大飛機(jī)航測(cè)雖然靈活性稍好,但會(huì)受制于陰云天氣,很難滿(mǎn)足“需要的時(shí)候就能有”的服務(wù)需求。

精確性上,與衛(wèi)星遙感影像分辨率最高達(dá)0.3米相比,無(wú)人機(jī)低空航測(cè)可以精確到5厘米(與1∶500地圖分辨率相匹配),并且還能生成實(shí)地的三維景觀數(shù)據(jù)。

“無(wú)人機(jī)可以在陰云天氣攝影。它飛得低,可以距地面50米飛行,根據(jù)光度學(xué)中“照度的距離平方反比定律”,獲取的影像會(huì)格外清晰;它飛得慢,航速每小時(shí)幾十公里,能靈活應(yīng)付地形復(fù)雜條件,得到精準(zhǔn)影像。”林宗堅(jiān)認(rèn)為,無(wú)人機(jī)另一大優(yōu)勢(shì)還在于,制造成本低,不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)場(chǎng)和飛行員,而且起降靈活。

為彌補(bǔ)衛(wèi)星遙感和大飛機(jī)遙感存在的缺陷,趕超發(fā)達(dá)國(guó)家有人駕駛小飛機(jī)技術(shù),早在1999年,受?chē)?guó)土資源部委托,由林宗堅(jiān)領(lǐng)銜,成立專(zhuān)門(mén)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)研究小組,自主研制無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)——

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三大技術(shù)  10年攻關(guān)無(wú)人機(jī)低空航測(cè)

林宗堅(jiān)介紹,低空飛行雖具有光學(xué)優(yōu)勢(shì),不過(guò)在研制過(guò)程中,低空飛行的安全性也成了最大問(wèn)題。低空飛行需要無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)輕、小,而飛行平臺(tái)的輕小型化,必然要求傳感器載荷的輕小型化,傳感器系統(tǒng)輕小型化還受到高分辨率、高精度測(cè)繪的挑戰(zhàn)。因此,怎樣通過(guò)特殊的技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)飛行平臺(tái)輕小型化、傳感器系統(tǒng)輕小型化和高精度測(cè)繪相配合的目標(biāo),并研制出專(zhuān)門(mén)的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件,三大技術(shù)難題擺在研究小組面前。

經(jīng)過(guò)研究小組的艱苦攻關(guān),能保證安全性和影像清晰的最低航速問(wèn)題、起飛載重與起飛離地速度關(guān)系問(wèn)題、飛行控制水平以及應(yīng)對(duì)低空湍流飛行性能問(wèn)題均一一得到解決。

飛行平臺(tái)輕小型化,要求不能搭載一般有人駕駛飛機(jī)使用的重達(dá)百公斤的高檔航空相機(jī)。然而,大多數(shù)無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng),都是輕小型固定翼無(wú)人機(jī)攜載一個(gè)普通數(shù)碼相機(jī),這種普通的單相機(jī)系統(tǒng),攝取的影像幅面過(guò)小,造成飛行攝影效率和后續(xù)處理(尤其是人工測(cè)圖)效率低下。林宗堅(jiān)說(shuō):“我們經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn),在單個(gè)數(shù)碼相機(jī)的基礎(chǔ)上研制出雙拼組合寬角相機(jī),擴(kuò)大面陣傳感器容量,形成組合寬角視場(chǎng):提高基高比和高程量測(cè)精度;增加航帶影像的地面覆蓋寬度,提高飛行作業(yè)效率以及減少野外控制點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量。”

成功研制出飛行平臺(tái)和成像傳感器系統(tǒng)后,數(shù)據(jù)處理軟件的研發(fā)就提上了議事日程。“考慮到低空無(wú)人機(jī)航測(cè)面臨的一系列特殊問(wèn)題,我們成功研發(fā)出具有自主版權(quán)的MAP-AT(現(xiàn)代航測(cè)自動(dòng)空中三角測(cè)量)軟件。”該軟件在繼承國(guó)內(nèi)外先進(jìn)航測(cè)軟件已有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,增加針對(duì)低空大傾角影像變形大的連接點(diǎn)自動(dòng)選取失敗而設(shè)計(jì)的自動(dòng)檢查和人工操作彌補(bǔ)功能;與組合寬角相機(jī)配套的影像拼接裁切與誤差檢查功能;支持建筑物景觀三維模型構(gòu)建的功能等。

■ 相關(guān)鏈接

“要學(xué)習(xí)無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù),一定會(huì)來(lái)中國(guó)。”

未來(lái)的遙感市場(chǎng)將三分天下,衛(wèi)星遙感、大飛機(jī)遙感、無(wú)人機(jī)低空航測(cè)各分得一杯羹。

林宗堅(jiān)解釋?zhuān)N遙感技術(shù)各有特色:飛行高度不同,飛行速度有差,飛行條件要求不一,影像分辨率精度各異。因此,這就決定了它們的航測(cè)范圍有別:衛(wèi)星遙感適合全球、全國(guó)航測(cè);大飛機(jī)遙感適合全國(guó)、全省航測(cè);而無(wú)人機(jī)遙感航測(cè)在市、縣范圍更有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

雖然美國(guó)首先發(fā)明無(wú)人機(jī)并把它用于軍事,但把軍用轉(zhuǎn)為民用,做的最好的國(guó)家是中國(guó)。林宗堅(jiān)說(shuō),世界范圍看,我國(guó)的民用輕小型無(wú)人機(jī)低空航測(cè)已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

林宗堅(jiān)同時(shí)說(shuō),我國(guó)有無(wú)人機(jī)制造公司100多家,但它們的技術(shù)水平參差不齊。如何用先進(jìn)的技術(shù)“武裝”和提高這些公司的技術(shù)水平,更好的為現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù),繼續(xù)保持我國(guó)在國(guó)際上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),已成為必須面對(duì)的問(wèn)題。

他表示,無(wú)人機(jī)低空航測(cè)已在抗震救災(zāi)、社會(huì)管理、城市規(guī)劃等方面發(fā)揮了積極作用。現(xiàn)在國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)、新農(nóng)村建設(shè)掀起高潮,相信在中國(guó),無(wú)人機(jī)有廣闊的市場(chǎng)和非常好的應(yīng)用前景。

“如果有外國(guó)留學(xué)生學(xué)習(xí)無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù),一定會(huì)來(lái)中國(guó)。”林宗堅(jiān)笑著說(shuō)。(實(shí)習(xí)生 王昊魁)


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