无人机遥感

无人机UnmannedAerialVehicle，UAV遥感RemoteSensing，RS王艺程杨惠李怡春张彬吴其澔宋义地理信息科学进展研讨课小组专题报告之——华中农业大学GIS2011级内容提纲1.无人机遥感概述2.无人机遥感系统组成3.无人机遥感工作流程4.无人机遥感关键技术5.无人机遥感的应用6.参考文献1.无人机遥感概述无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务，并能重复使用的无人驾驶航空器。无人机遥感，是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术，具有自动化、智能化、专题化快速获取国土、资源、环境等的空间遥感信息，完成遥感数据处理、建模和应用分析能力的应用技术。优势：高时效、高灵活性、高分辨率、无云层遮挡、低成本、低风险、可重复使用……不足：最大载荷小、续航时间短、安全性担忧、影像覆盖范围小、影像畸变严重……1.无人机遥感概述无人机一般可分为旋翼无人机（直升机）和固定翼无人机两大类。旋翼无人机对起落场地要求较低，转向灵活；但飞行中震动较大，抗风能力差，稳定性差，姿态控制较难，能量消耗快。多用于风景/事件航拍、农药喷洒（植保）等领域和应急型遥感。固定翼无人机对起落场地要求较高，空中转向不如旋翼无人机灵活；但覆盖范围较大、可控性能高。可完成较大面积区域航空影像的获取，和机载GPS、POS等辅助设备相结合，可以满足精度较高的测图制图要求。2.无人机遥感系统组成无人机遥感系统地面部分空中部分航迹规划子系统无人机地面控制子系统数据接收显示子系统遥感传感子系统遥感空中控制子系统无人机平台数据后处理部分影像数据预览子系统影像数据后处理子系统2.无人机遥感系统组成之——遥感传感子系统（遥感设备）系统能够搭载的遥感设备包括[面阵CCD数码相机]、[光学胶片相机]、[成像光谱仪]、[磁测仪]、[CCD摄录机]等。数码相机获取的遥感影像可以直接输入到计算机中进行处理，不需要经过冲洗、印相等程序，无人机回收后可以在现场直接查看影像质量和飞行质量，可以大大提高工作效率，符合无人机低空遥感监测系统实时、快速的技术特点。同时，CCD数码相机体积小、重量轻，在感光度（可达ISO400-16以上，因而可在较弱光照下拍摄）、色彩深度（大于12bit）、曝光时间（可达1/8000s）、载片量(存储量)方面具有技术优势。系统结构图2.无人机遥感系统组成之——遥感传感子系统（遥感设备）面阵CCD数码相机作为遥感设备时的检校问题数字相机的误差光学误差电学误差机械误差一种方案：Step1.锁定主距，拍摄室内三维控制场；Step2.结合三维直接线性变换求解内方位元素和畸变改正系数；Step3.依据“空间中直线经中心投影变换仍是直线”的原理，纠正随机畸变。数字相机的误差随机误差系统误差系统结构图2.无人机遥感系统组成之——遥感传感子系统（遥感设备）面阵CCD数码相机作为遥感设备时的曝光间隔问题曝光间隔：t航高：h地速：v航向重叠度：p单幅影像的大小：s（单位：像素）焦距：f（单位：像素）飞行控制计算机实时解算t=hs(1-p)/(fv)遥感空中控制子系统根据飞机飞行的高度，实时计算曝光间隔。系统结构图2.无人机遥感系统组成之——遥感空中控制子系统a.曝光间隔的控制（前已述及）b.稳定平台的控制目标：使飞机可以在飞行的条件下保持与地面“垂直”。思路：传感器（如垂直陀螺仪）感知倾斜角度，信号反馈，通过微处理器控制“舵机”，使飞机回到“垂直状态”。系统结构图2.无人机遥感系统组成之——地面部分b.GPS坐标转换d.基于GIS的控制了解无人机的位置及真实飞行轨迹控制无人机的运行控制遥感设备的工作系统结构图a.航迹规划c.数据接收与显示2.无人机遥感系统组成之——影像数据后处理子系统处理流程：辐射校正——〉几何校正——〉全景影像拼接——〉匀色匀光（图像融合）——〉空中三角测量、生成正射影像、地物分类等进一步应用系统结构图POS辅助的空中三角测量法：由机载GPS、POS数据获取拍摄每幅影像时的摄站（无人机）位置与姿态，进而由摄影测量的方法生产DEM。3.无人机遥感工作流程航线规划无人机放飞与影像采集数据评价与处理3.无人机遥感工作流程航线规划无人机放飞与影像采集数据评价与处理3.无人机遥感工作流程航线规划无人机放飞与影像采集数据评价与处理弹射起飞伞落弹射起飞4.无人机遥感关键技术a.无人机遥感平台的改进通过优化设备设计和组合方式，实现GPS/惯性导航/景象匹配的组合导航方式等途径，在控制成本的前提下，扩展作业范围、提高载荷上限、延长续航时间、提高定位精度、提高抗风能力和起降能力。b.遥感数据实时处理与下传选取和改进现有压缩编码方法，在保证实时下传的前提下，减小或消除图像压缩算法损耗，提高重构图像的质量。c.遥感数据地面接收与处理建立移动/固定地面数据接收站和数据中心；进一步研究无人机影像处理方法；标准化工作等。4.无人机遥感关键技术d.量测相机轻型化由于镜头内方位元素检校的复杂性和不稳定性，目前非量测相机的畸变差改正方法只是一种理论上的改正，检定的频率完全达不到参数变化的速度，所能得到的数学精度相对量测相机差距较大。因此，将量测相机轻型化，使其能够搭载在飞行姿态稳定“荷载能力大的固定翼无人机或飞艇上，是解决无人机低空航测精度的根本途径。e.多相机集成多相机侧视组合+无人机城市精细三维建模解决方案多拼相机+无人机无人机多拼组合航测系统4.无人机遥感关键技术f.多源传感器集成三维激光扫描仪(探地雷达)+相机+无人机三维激光扫描测量方案气体探测仪+红外相机+无人机气体泄漏应急监测系统数字化能谱仪+相机+无人机超低空放射测量系统大气采样仪+多光谱相机+无人机污染监测系统5.无人机遥感的应用e.测试卫星星载设备a.灾害应急影像获取c.常年多云地区遥感影像的获取d.城市快速测绘与建模……b.农作物分布和生长状况的高频监测6.参考文献[1]董梅,苏建东,刘广玉,杨举田,陈秀斋,田雷,王梅勋.面向对象的无人机遥感影像烟草种植面提取和监测[J].测绘科学,,:1.[2]肖晖,朱锋,魏亚男.无人机遥感影像镶嵌技术综述[J].计算机工程与应用,,:.[3]崔红霞,林宗坚,孙杰.无人机遥感监测系统研究[J].测绘通报,2005,05:11-14.[4]马轮基,马瑞升,林宗桂,吴朝晖,孙涵.微型无人机遥感应用初探[J].广西气象,2005,S1:180-181.[5]洪宇,龚建华,胡社荣,黄明祥.无人机遥感影像获取及后续处理探讨[J].遥感技术与应用,2008,04:462-466+361.[6]周洁萍,龚建华,王涛,汪东川,杨荔阳,赵向军,洪宇,赵忠明.汶川地震灾区无人机遥感影像获取与可视化管理系统研究[J].遥感学报,2008,06:877-884.[7]孙杰,林宗坚,崔红霞.无人机低空遥感监测系统[J].遥感信息,2003,01:49-50+27.[8]鲁恒,李永树,何敬,任志明.无人机低空遥感影像数据的获取与处理[J].测绘工程,2011,01:51-54.[9]崔红霞,孙杰,林宗坚.无人机遥感设备的自动化控制系统[J].测绘科学,2004,01:47-49+6.[10]晏磊,吕书强,赵红颖,张雪虎,杨绍文,赵继成.无人机航空遥感系统关键技术研究[J].武汉大学学报(工学版),2004,06:67-70.[11]金伟,葛宏立,杜华强,徐小军.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息,2009,01:88-92.[12]李继宇,张铁民,彭孝东,闫国琦,陈瑜.小型无人机在农田信息监测系统中的应用[J].农机化研究,2010,05:183-186.[13]王峰,吴云东.无人机遥感平台技术研究与应用[J].遥感信息,2010,02:114-118.[14]鲁恒,李永树,李何超,何敬,任志明.无人机影像数字处理及在地震灾区重建中的应用[J].西南交通大学学报,2010,04:533-538+573.[15]陈云波,刘义志,蒋小蕾,翁鹏飞.无人飞行器低空遥感系统机载传感器搭配方案研究[J].测绘通报,2012,08:33-35+50.