无人机遥感技术在国土地质行业的应用与发展

无人机遥感技术在国土地质行业的应用与发展中国国土资源航空物探遥感中心目录结论展望总体设想应急需求应用现状关键问题应用现状—低空遥感的技术优势快速的响应能力待命状态下:两个小时内出动；到现场后一个小时内起飞；降落后20分钟内查看影像，可快速发现，快速核查和处理。低使用维护成本正常情况下的支出：系统使用的直接成本近乎零；主要是系统折旧费、人员费、交通费等。高清晰航空影像可获取5CM的高分辨率影像；可实时传输高清晰视频图像。飞行控制自动化实用于危险区域的空中监测按照预设的飞行范围和航线自主飞行；机载相机自动控制。飞行平台无须载人操控，而且成本较低，在危险条件下开展应急监测工作的风险小。更强的天气适应能力因为可以低空飞行，能够在云下飞行获取数据，对能见度要求更低。应用现状—宝成铁路崩塌突发地质灾害低空遥感应急调查汶川地震后不久，宝成铁路线109隧道崩塌应用现状—重庆武隆滑坡应用现状—陕西安康滑坡遵照部、局指示，中心快速反应，7月20日晚上连夜协调了无人机机组，于21日凌晨4时紧急奔赴灾区，同时从北京派遣数据处理、影像图制作和遥感解译方面的六位专家前往西安。21日16时，无人机机组抵达灾区现场，即开始了无人机安装。一切就绪后，17时随即起飞，直奔灾区，17时50分落地，获取了灾区4.8平方公里的第一手数字影像300张，影像分辨率0.16米。应用现状—陕西安康滑坡应用现状—无人直升机典型地质灾害无人直升机遥感应用示范；1）获取动态和静态图像，建立相应解译标志；2）利用全景遥感图，分析地质灾害发育情况。3）对地质灾害进行危害性评估。应用现状—无人直升机无人直升机地质灾害遥感监测1）快速展开和适应性；2）无人直升机监测预案；3）无人直升机遥感数据获取方式；4）无人直升机遥感数据处理；5）无人直升机监测成果质量检查。应用现状—矿山应急监测2007年7月内蒙古自治区鄂托克旗棋盘井镇，进行实地勘测，确定起降场地，总体规划为两个起降场，4个架次。28日正午1点正式开始飞行作业，航高700（当地海拔1400－1800米），航线间距400米。技术指标确定为：1）空速：100km/h；2）航高：700m；3）航线间距：400m或300m；4）拍摄间隔：GPS地面等距间隔180m；5）发动机转速：6500转/分；6）贴线率均值：1m；7）最大航时：2h；8）单航次拍摄面积：40km2；9）飞机俯仰和横滚角小于3度。应用现状—矿山应急监测矿山遥感调查与监测矿山遥感调查与监测工作取得了大量客观的矿山开发基础数据，为矿产资源开发秩序整顿、矿山环境恢复治理及矿产资源规划执行情况监管提供了强有力的支撑。应用现状矿产资源开发利用状况遥感调查与监测①调查矿山开采点或开采面的位置、开采方式（露天、地下、联合）和开采状态（正在开采或关闭）。②调查矿山疑似违法勘查、开采状况（是否存在无证勘察、越界勘查、擅自改变勘查对象、无证开采、越界开采、超期开采、以采代探、擅自改变开采方式、擅自改变开采矿种等违法现象）。③调查尾矿资源的分布及利用状况，包括尾矿资源的类型、主要矿种、占地面积、体积、运行状况（是否废弃、正在使用）、利用程度等。④调查矿产资源开发利用状况的动态变化情况（矿山的开采方式、开采状态、违法类型的变化）。矿山地质环境状况遥感调查与监测①调查采矿活动（正在开采、关闭）占地情况，包括矿山的采场、中转场地（堆煤场、堆矿场、洗煤厂、选矿厂、选矿池等）、固体废弃物（排土场、废石堆、尾矿库、煤矸石堆等）等占地范围、面积及类型。②调查矿山地质灾害情况，包括矿业活动引发的滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂缝、煤层自燃、煤矸石自燃、工矿型荒漠化等情况；圈定矿山地质灾害隐患区。③调查矿山环境污染情况，包括水体污染、矿尘污染等情况。④调查矿区环境治理恢复情况。矿产资源规划执行情况遥感调查与监测①调查规划开采区中矿山分布和开采情况是否满足规划要求。②调查矿山地质环境治理恢复执行情况，监测矿区重大工程治理恢复程度。应用现状—应急监测时效性时间工作阶段2010-7-18晚上8:00安康市汉滨区大竹园镇七堰村一组邻近山上突发泥石流灾害。2010-7-20晚上11:00晚11时接到救灾航摄任务，当晚连夜装车，并做技术准备。2010-7-21早晨6:00航摄组成员携带2架飞机出发。2010-7-21下午4:30航摄组成员携设备到达灾区现场。2010-7-21下午4:50寻找合适的起飞位置、设置航线、准时起飞实施航摄（首次航摄）。2010-7-21下午5:48首次航摄结束。2010-7-21晚上11:30航摄组返回安康市向总部传递数据。2010-7-22早晨4:00经过技术员5个小时的通宵加急处理，首批处理好的影像图及时发往北京及前线应急救灾指挥部。2010-7-22上午8:00提交解译成果图件。应用现状—应急监测时效性宝成109隧道滑坡（2008）安康滑坡（2010）舟曲泥石流（2010）灾害区面积（平方公里）41115应急响应时间（小时）241822数据获取时间（小时）111.5数据传输时间（小时）8610数据处理时间（小时）1056解译制图时间（小时）244合计（小时）453443.5应用现状-行业技术标准与规范（指南）面向地质灾害应急监测工作需求，急需研究制定地质灾害低空应急监测技术标准或规范，对地质灾害低空遥感应急监测系统的组织结构、人员资格、设备选型、系统配置、作业流程、技术要求、安全保障措施和作业应急预案等进行详细的要求和规定。规范化、产业化应用现状—航遥中心低空遥感研究现状航遥中心集成定制了中型、小型、轻便型和手抛式四种型号无人机遥感系统五套，已经组建专门的无人机飞行队伍，并且建立了无人机飞行培训和日常演练机制，以期尽快为国土资源及相关行业的调查与监测服务。机载数据终端地面站数据终端60km中型无人机低空遥感平台应用现状—航遥中心低空遥感研究现状无人机系统主要技术指标•最大起飞重量：40kg•巡航速度：90-120km/h•最大飞行速度：140km/h•升限：5000m•续航时间：4-8h•任务载荷6-12kg•控制距离：60km•起降方式：弹射/滑跑起飞/滑降/伞降中型低空遥感平台（2套）：固定翼无人机4架飞行控制系统4套机载数据终端4套地面控制站2套数码相机2套稳定云台2套可见光摄像机4套地面维修保障系统2套应用现状—航遥中心低空遥感研究现状航遥中心集成定制了中型、小型、轻便型和手抛式四种型号无人机遥感系统五套，已经组建专门的无人机飞行队伍，并且建立了无人机飞行培训和日常演练机制，以期尽快为国土资源及相关行业的调查与监测服务。小型无人机低空遥感平台小型无人机低空遥感平台主要技术指标：•最大起飞重量：25kg•巡航速度：100-110km/h•最大飞行速度：110km/h•升限（海拨）：5000m•续航时间：3h•任务载荷：6kg•控制距离：30km•起降方式：弹射/滑跑起飞/滑降/伞降应用现状—航遥中心低空遥感研究现状应用现状—航遥中心低空遥感研究现状名称参数名称参数全长2.10m全高0.53m翼展3.00m最大起飞重量25Kg最大任务载荷6Kg起降方式弹射起飞和伞降起飞速度60Km/h降落速度65Km/h海平面最大平飞速度160Km/h巡航速度100-110Km/h最大升限海拔5000m续航时间3h最大抗风能力6级（10.8-13.8m/s）温度适应能力-20℃-+50℃自主飞行模式GPS导航测控任务半径（通视条件下）30Km动力系统双缸航空汽油发动机发动机排量56cc燃油类型93#以上无铅汽油+两行程润滑油最大输出功率5.5Kw照相任务载荷系统影像姿态精度：横滚和俯仰：≤2°方向：≤5°摄像任务载荷影像姿态精度：横滚和俯仰：≤1.5°应用现状—航遥中心低空遥感研究现状航遥中心集成定制了中型、小型、轻便型和手抛式四种型号无人机遥感系统五套，已经组建专门的无人机飞行队伍，并且建立了无人机飞行培训和日常演练机制，以期尽快为国土资源及相关行业的调查与监测服务。轻便型无人机低空遥感平台轻便型无人机低空遥感平台主要技术指标：•最大起飞重量：15kg•巡航速度：90-100km/h•最大飞行速度：100km/h•升限（海拨）：3500m•续航时间：1.5h•任务载荷5kg•控制距离：20km•起降方式：弹射/滑跑起飞/滑降/伞降应用现状—航遥中心低空遥感研究现状航遥中心集成定制了中型、小型、轻便型和手抛式四种型号无人机遥感系统五套，已经组建专门的无人机飞行队伍，并且建立了无人机飞行培训和日常演练机制，以期尽快为国土资源及相关行业的调查与监测服务。手抛式无人机低空遥感平台手抛式无人机低空遥感平台主要技术指标：•起飞重量：2.5公斤•飞行高度：海拔4000米•飞行时间：1.5小时•巡航速度：54公里/小时•抗风能力：4级•控制链路半径：15公里•起飞方式：手掷自动起飞•降落方式：自动滑降应用现状—航遥中心低空遥感研究现状定点起飞、降落，起降场地的条件要求不高；程控自主飞行；结构比较复杂，操控难度大，种类有限；突发事件调查，单体滑坡勘查、堰塞湖、火山环境的监测。YAMAHAZ-3RPH1应用现状—航遥中心低空遥感研究现状Z3无人直升机加载大面阵数码相机，获取高分辨率彩色图像，为地质灾害调查服务。最大起飞重量：１００Kg任务载荷：２０Kg续航时间：≥1h飞行方式：手控+自主最大平飞速度：60Km/h最大测控任务半径（通视条件下）：≥10Km最大升限：≥1600m抗风能力：4-5级飞行速度可控范围大（可悬停）可垂直起降可手控、智能测控、程控飞行系统自检及多重保护功能自动返航应用现状—航遥中心低空遥感研究现状1、无人直升机低空遥感平台系统建设与完善1）稳定云台研制与增稳精度控制2）完善应用软件功能，优化数据处理流程3）图像快速拼接和视频影像管理任务载荷：≤7Kg方位轴工作角：n×360°俯仰工作角：-20°～+110°需求分析—低空数据获取平台（1）低空遥感数据获取平台需求：1）高安全可靠性；2）机动灵活性；3）复杂地形条件下起降能力（适应性）；4）可见光或红外遥感信息的获取能力（适应性）；5）任务载荷的高精度定位定向（精确性）。需求分析—低空遥感数据快速处理软件（2）低空遥感数据快速处理1）飞行高度低、地形高差大；2）飞机小、稳定性差、旋偏角大；3）民用普通相机畸变大；4）像幅小、重叠度大、像片数多；5）应急要求处理速度快。（空中控制、前期本底参考、外野地面控制）需求分析—数据现场处理与远程传输（3）现场数据处理与远程传输1）灾后低空遥感数据的传输；2）车载现场数据处理；3）成果数据的传输；4）灾害监测视频的传输；5）应急语音通讯服务。需求分析—信息服务平台（4）地质灾害遥感应急监测信息服务平台的搭建1）提供灾前本底遥感影像的管理及查询调用服务；2）提供孕灾背景的管理及查询调用服务；3）提供大数据量的压缩传输服务；4）提供灾害应急调查数据的存储管理服务；5）提供灾情应急评估、专家会商的信息平台；6）提供应急监测数据共享和成果展示服务；7）提供低空遥感应急监测业务化流程化服务。应用现状—应急时效性分析宝成109隧道滑坡（2008）安康滑坡（2010）舟曲泥石流（2010）灾害区面积（平方公里）41115应急响应时间（小时）241822数据获取时间（小时）111.5数据传输时间（小时）8610数据处理时间（小时）1056解译制图时间（小时）244合计（小时）453443.5应用现状小结一．近年来，低空遥感技术发展迅猛并且在许多行业得到了广泛应用。二．低空遥感技术已经达到实用的水平，但是在系统的稳定性可靠性、传感器的多样性、高精度POS直接定向、数据处理软件的成熟度以及行业应用的针对性等方面还有很大的发展空间，还会随着相关技术的进步不断发展。三．建立低空遥感平台地质灾害应急监测技术体系的条件已经成熟，社会需求和市场需求日趋强烈，作为地质灾害监测的公益性行业队伍急待建立具有行业应用特点的完整技术体系。四．低空遥感平台地质灾害应急监测技术体系要走向行业应用