無人機航攝系統可行性報告

1、無人機航攝系統可行性報告寧陜縣開發(fā)實施中測系列固定翼輕型無人 機航攝系統可行性報告 第 1頁-共 15頁目錄、八前 3第一部分 無人機航攝系統在寧陜縣新農村建設工作中的意義 8第二部分 建立自然災害預警系統 . 9一、森林火災防范工作中的應用 9二、泥石流災害的防范作用 . 9三、汛期汛情勘察工作的應用 10第四部分 無人機在遙感航拍中的應用 10第五部分 應用領域 12一、空中拍攝的運用 二、 低空遙感中的運用. 12三、精準農業(yè)領域的運用12四、電力部門的運用12五、智能化交通領域13六、公共安全領域. 13七、國土資源領域. 13八、 旅游領域 15九、 氣象探測領域 15十、 無線電信

2、號空中轉發(fā) 15第 2頁-共 15頁、八前言1. 研究目標 研究集成多套適用于城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村飛行作業(yè)的超輕型飛機 / 無人機低空數碼遙感 系統，將該系統經過一些專題的試飛應用和數據處理，總結出小范圍農村低空攝影飛行的 方案與遙感影像的處理工藝，為最終實施全國范圍內的新農村高精度輕小型低空遙感數據獲 取和處理提供完整流程的生產裝備和處理技術。2. 研究內容(1) 數碼傳感器與飛行平臺的系統集成研究 包括飛機機型的選擇與改裝、輕小型航空數碼影像獲取系統研究。包括: 單鏡頭數碼相機前端的光學系統和數碼后背的集成、雙鏡頭和四鏡頭大幅面數碼相機的拼接硬 軟件研究、視頻攝像機/LIDAR等設備的集成研究、數據

3、獲取裝置穩(wěn)定平臺、GPS導航信號接 口、飛行導航、攝影操作控制軟硬件系統和旋偏糾正云臺的研制、電源系統等的集成安裝 及相互協調等。(2) 飛行試驗研究第一，對集成系統的軟硬件進行驗證以便改進優(yōu)化設計; 第二，進行數碼航攝工藝流程探索總結，包括航攝方案設計、航攝實施、數據預處理 ; 第三，對高精度輕小型 低空數碼遙感系統的性能優(yōu)缺點進行測試分析。(3) 影像處理技術研究 針對不同的低空飛行平臺獲取的數據進行并行處理實驗研究，總結低空類影像和低空LIDAR點云的處理方法和流程等。一、 擬解決的關鍵技術1. 輕小型航空器改造及荷載優(yōu)化安置技術 針對輕小型航空遙感系統高精度、靈活機動的要求，結合輕小型

4、航空器、 第 3頁-共 15頁遙感載荷、POS與穩(wěn)定平臺各自的特點，進行輕小型航空遙感系統的總體優(yōu)化 設計; 改造國內成熟的輕小型航空器以適應遙感系統配裝，完成輕小型航空遙感系 統的系統集成 ; 進行航空遙感系統檢校與測試，并進行高分辨率 (1:500 制圖)遙感 作業(yè)及地面監(jiān)測 (如輕小型無人飛行器 ) 測試驗證。2. 輕小型航空遙感系統飛行試驗研究(1) 空中試驗飛行指揮系統研制研究集成飛行指揮系統，使得輕小型飛行平臺能夠滿足空軍和民航對管理飛行 器的技術要求，擁有合法飛行資質，同時能夠根據遙感任務需要自主管理飛行航線 和飛行方式。(2) 地面運輸保障系統研究主要包括設計研制輕小型遙感系統

5、飛行器運輸保護系統，即飛行器專用運輸集 裝箱，用于地面轉場裝載飛行器，避免顛簸、雨水等因素造成損傷。必須符合交通 車輛管理要求。其次研究建立飛行器外場作業(yè)的維護保障系統。第三根據不同傳感 器研究建立各自維護保障系統。(3) 飛行試驗軟件系統開發(fā)開發(fā)飛行試驗的全流程作業(yè)軟件，包括輕小型航空遙感任務設計軟件、飛行管 理軟件開發(fā)、航攝質量檢查軟件。(4) 驗證飛行研究研究不同的載荷結合POS系統和穩(wěn)定平臺，選取不同的組合方案開展飛行實驗和測試。主要研究以下內容 :根據不同的任務制定不同的飛行測試方案，重點為組合方案優(yōu)化，不同飛行方 式研究 ;數碼航空相機結合POSS統和穩(wěn)定平臺的飛行實驗；第 4頁-

6、共 15頁輕小型激光雷達系統的飛行實驗 ；根據不同傳感器的飛行檢校測試，如測定位置偏心量和安裝角度等。3. 輕小型航空遙感系統數據集成處理技術研究針對輕小型航空遙感系統區(qū)別于衛(wèi)星遙感和普通航空遙感的特點，研制一套適 用于輕小型航空遙感系統及其所開拓的新應用領域共性技術的光學影像處理算法及 軟件。具體研究下列內容 :解決云下低空獲取的厘米級高分辨率影像面臨的幅面小、片數多、只能施設稀 少地面控制點等困難，研制全自動化特大區(qū)域的空中三角測量軟件 ; 解決復雜姿 態(tài)、復雜重疊高分辨率影像高精度量測問題，研究能適應高精度、高復雜度攝影測 量處理算法和軟件 ; 解決在雙目立體條件下難以實現建筑物多面體細

7、節(jié)量測的困 難，研究基于多視幾何學原理的建筑物多面體景觀建模的算法和軟件，開拓三維數 字新農村的應用領域。二、擬采取的研究方案及可行性分析1. 研究方法(1) 輕小型航空遙感系統的系統集成研究 針對輕小型航空遙感系統高精度、靈活機動的要求，結合輕小型航空器、遙感 載荷、POS與穩(wěn)定平臺各自的特點，進行輕小型航空遙感系統的總體優(yōu)化設計；改造國內成熟的輕小型航空器以適應遙感系統配裝，完成輕小型航空遙感系統的系統 集成(2) 輕小型航空遙感系統飛行試驗研究根據不同任務，選擇不同載荷組合，研究制定飛行試驗方案。選擇起降場地， 開展飛行試驗，包括空域申請，飛行實施，數據的測試分析，各種傳感器及配第 5頁

8、-共 15頁 套系統的性能和工作狀態(tài)測試。同時對傳感器的偏心量及總體性能檢校。(3) 輕小型航空遙感系統數據處理技術研究 基于對光學相機成像機理的理解，推導出考慮各種條件限制中的同名點影像自動匹配提取及其粗差過濾方法；研究引用POS數據進行巨量影像數據的區(qū)域網排列 以及推算同名影像的初定位值的方法 ； 研究利用地面數據反演空中三角格網模型以 及評定其精度的方法 ； 研究利用空中三角測量成果全面構建地面數字高程模型的算法及影像匹配技術 ; 研究適用于輕小型航空遙感系統特點的從復雜數據制作無縫正 射影像的技術 ; 建設支持上述研究的野外實驗場。2. 可行性分析由于輕小型航空遙感系統具有精度高、成本

9、低、效率高、運營方便等突出的優(yōu) 點，因此獲得了廣泛的應用。在歐美發(fā)達國家，幾乎每個州都有很多家航測公司具 有高精度輕小型航空遙感系統，這些輕小型航空遙感系統一方面輕松靈活地接收本 地區(qū)的工程任務，另一方面還承擔著大量的國家的任務需求，與衛(wèi)星遙感、普通航 空遙感各占據了遙感總量的 1/3 。國內雖起步較晚，但相關技術已有一定研究基礎。中國測繪科學研究院中測新 圖公司分別于 2005和 2007年開始了超輕型載人飛機、載人直升機和無人機數碼遙 感系統的研究。集成的超輕型飛機低空數碼遙感系統獲得了 2007 年國家測繪科技 進步一等獎，解決了高精度輕小型航空遙感的部分關鍵技術問題，這使得項目的研 究

10、已經具備了自主研發(fā)的主要技術基礎。且隨著中國測繪科學研究院張力研究院研發(fā)的基于并行計算的數字攝影測量網格系統PIXELGIRD目前已經具備了高精度并行處理輕小型遙感數據的能力，擁有充 分的技術積累和科研成果。因此，項目的實施是可行的。三、預期研究成果第 6頁-共 15頁1. 集成多款具有自主知識產權，能適用于農村地區(qū)起降，達到 1:500 測圖精 度的輕小型低空數碼遙感系統。2. 總結一套面向產業(yè)化的完整的輕小型低空數碼遙感系統的數據獲取、數據 處理的工作流程和生產規(guī)范，為該系統的產業(yè)化鋪平道路。第 7頁-共 15頁第一部分 無人機航攝系統在寧陜縣新農村建設工作中的意義黨的十六屆五中全會以來，

11、國家局確定了 2008至 2012年社會主義新農村建設 測繪服務保障的目標和任務，明確了國家、省、市和縣各級測繪行政主管部門的工 作職責。國家局的總體目標是 : 以科學發(fā)展觀為指導，緊密結合新農村建設急需，編制測繪保障服 務規(guī)劃并組織實施 ;健全經費投入機制，完善技術體系，創(chuàng)新服務模式 ; 充分利用現 存的測繪成果資料的技術手段，快速獲取基礎地理信息，加快開展縣、鄉(xiāng)、村地圖 的繪制; 建設縣域基礎地理信息平臺，通過共享合作的方式開發(fā)獨具特色的農村專 題地圖和涉農地理信息服務系統，使新農村建設測繪保障能力和服務水平全面提 升，為農村社會發(fā)展提供可靠、適用、及時的測繪保障。根據上述總體目標，進一步

12、確定了“一縣一圖、一鄉(xiāng)一圖、一村一圖”的基本 任務，并按偏遠地區(qū)、一般地區(qū)、城郊地區(qū)三個等級，明確了基礎地圖、影像地 圖、區(qū)域地圖、專題地圖、基礎地理信息平臺建設的具體標準。從中可以看出，這 是一項浩大的基礎工程，為測繪工作提出了廣闊的發(fā)展空間，拓寬了測繪服務的渠 道，拓展了測繪應用領域，為推動測繪事業(yè)發(fā)展提供了重要的機遇。多年來全國測繪系統主要測制國家基本比例尺地圖，目前 1:100 萬、 1:50 萬、 1:10 萬地形圖已覆蓋全國陸地國土面積， 1:5 萬地形圖覆蓋全國陸地面積的 80.2%，1:1 萬地形圖覆蓋陸地國土面積的 44%。1:2000 及更大比例尺地形圖只覆 蓋部分城鎮(zhèn)，而

13、農村地區(qū)卻很少覆蓋。我國有 3 萬多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大多地形復雜、控制 點稀少、數字影像覆蓋范圍小，基礎測繪資料相當薄弱，這種狀況嚴重制約了建設 現代農業(yè)和新農村建設的科學規(guī)劃。第 8頁-共 15頁隨著我國測繪技術的不斷發(fā)展，衛(wèi)星遙感、航空遙感成為了現階段收集基礎測 繪資料的最大規(guī)模、最現代化的技術手段。衛(wèi)星遙感系統、普通航空遙感系統和輕 小型航空遙感系統都是遙感領域的重要組成部分。但是，衛(wèi)星遙感和普通航空遙感難以滿足 1:500 測圖精度 ;普通航空遙感靈活機動性差、效率較低 ;依靠地面實地1:500 測圖效率低、周期長、成本高。而高精度輕小型航空遙感具有精度高、成本 低、效率高等優(yōu)點，成為了獲取高

14、精度小面積遙感數據的最有效手段。目前在衛(wèi)星 遙感、大型航空遙感獲得國家大量投入并蓬勃發(fā)展的情況下，迫切需要建設高精度 輕小型航空遙感系統，這對于發(fā)揮社會主義新農村建設測繪保障工作的作用具有十 分重大的意義。全國范圍內縣級單位具備輕型無人機航攝系統的機構鳳毛麟角，寧陜縣建立輕 型無人機航攝系統尚屬省內首例、西部省份首例，此舉將能實現寧陜人民“飛起 來”的夢想。能夠使寧陜縣創(chuàng)建社會主義新農村工作中走到全國前列，成為省內乃 至西部地區(qū)的領頭羊。第二部分 建立自然災害預警系統一、森林火災防范工作中的應用 無人機空中偵察，風險小、成本低、勘察迅速等優(yōu)勢能很好的運用在森林防火 防蟲等自然災害的防范工作中來

15、，其自身所具備的便利條件是其他方式方法無可比 擬的，利用無人機偵察能迅速得到反饋信息，以便為制定科學的防范、救援等措施 提供了有力保障。二、泥石流災害的防范作用 無人機空中勘測，在汛期執(zhí)行山體勘察、降水量測量等工作提供了便利條 第 9頁-共 15頁件，能為制定科學的防范措施提供依據，對災前勘察預防災后測繪重建能起到 關鍵性作用，其具備效率高、風險低等優(yōu)勢。三、汛期汛情勘察工作的應用 無人機能很好的運用在汛期汛情勘查工作中，為洪澇自然災害預警提供準確及時的信息反饋，協助政府應急管理作出科學的防范措施。第四部分 無人機在遙感航拍中的應用 無人駕駛飛機為空中遙感平臺的微型航空遙感技術，其特點是 :

16、以無人駕駛飛 機為空中平臺，以專用照相機、攝像機以及視頻無線傳輸技術獲取信息，用計算機 對圖像信息進行處理，并按照一定精度要求制作成圖像。使用無人駕駛飛機進行小區(qū)域遙感航拍技術，在實踐中取得了明顯成效和經 驗。先后拍攝和制作了南海一號打撈現場、江西吉州窯窯址、牛城遺址、白口城遺 址、新干大洋洲遺址、廣東高明古椰，上新村遺址、惠東平海遺址、河源荷樹排遺 址、河源客家圍屋、河源恐龍蛋保護區(qū)、趙陀故鄉(xiāng) （ 陀城） 、新會炮臺崗遺址、博羅 春秋戰(zhàn)國墓葬群遺址、深圳西麗屋背嶺遺址、廣州大學城多處遺址及各省市大量的 企業(yè)、房地產、公路等多處遙感航拍影像圖。實踐證明，以無人駕駛飛機為空中遙感平臺的微型航空遙

17、感技術，適應國家經 濟和文化建設發(fā)展的需要，為中小城市特別是城、鎮(zhèn)、縣、鄉(xiāng)等地區(qū)經濟和文化建 設提供了有效的遙感技術服務手段。遙感航拍技術對我國經濟的發(fā)展具有重要的促 進作用。隨著我國改革開放的逐步深入，經濟建設迅猛發(fā)展，各地區(qū)的地貌發(fā)生巨大變 遷?，F有的航空遙感技術手段已無法適應經濟發(fā)展的需要。新的遙感技術為日益發(fā) 展的經濟建設和文化事業(yè)服務。以無人駕駛飛機為空中遙感平臺的技第 10 頁-共 15 頁 術，正是適應這一需要而發(fā)展起來的一項新型應用性技術，能夠較好地滿足現 階段我國對航空遙感業(yè)務的需求，對陳舊的地理資料進行更新。隨著我國經濟和文化建設的發(fā)展，不少古建筑、考古現場等發(fā)現、田野考古

18、探 索、城鄉(xiāng)的地貌發(fā)生巨大變化。一些版圖反映不出新的面貌。目前使用資料較為陳舊。常規(guī)的成圖周期，已不能滿足需要。我們利用遙感航 拍技術更新的地理資料對地區(qū)的經濟建設起到了積極的促進作用。為適應城鎮(zhèn)發(fā)展的總體需求，提供綜合地理、資源信息。正確、完整的信息資料是科學決策的基礎。各地區(qū)、各部門在綜合規(guī)劃、田野考古、國土整治監(jiān)控、農 田水利建設、基礎設施建設、廠礦建設、居民小區(qū)建設、環(huán)保和生態(tài)建設等方面， 無不需要最新、最完整的地形地物資料，已成為各級政府部門和新建開發(fā)區(qū)急待解 決的問題。我們用遙感航拍技術準確地反映出地區(qū)新發(fā)現的古跡、新建的街道、大 橋、機場、車站以及土地、資源利用情況的綜合信息。遙

19、感航拍技術是各種先進手 段優(yōu)化組合的新型應用技術。航空遙感技術以低速無人駕駛飛機為空中遙感平臺，用彩色、黑白、紅外、攝 像技術拍攝空中影像數據 ; 并用計算機對圖像信息加工處理。全系統在設計和最優(yōu) 化組合方面具有突出的特點，是集成了遙感、遙控、遙測技術與計算機技術的新型 應用技術。無人駕駛飛機為航空遙感提供了操作方便，易于轉場的遙感平臺。 可根據不同的需要選擇不同類型的平臺。起飛降落受場地限制較小，在操場、 公路或其它較開闊的地面均可起降，其穩(wěn)定性、安全性好，轉場等非常容易。多用途、多功能的影像系統是獲取遙感信息的重要手段。遙感航拍使用的攝 影、攝像器材主要是經過改裝的 120 照相機，拍攝黑

20、白、彩色的負片及反轉第 11 頁-共 15 頁片。也可使用小型數字攝像機或視頻無線傳輸技術進行彩色攝制。第五部分 應用領域一、空中拍攝的運用讓鏡頭插上翅膀，代替大遙臂，為導演充當空中攝影機。由于無人直升機的速 度可控性很大，所以在影視劇、廣告片、 MT拍攝中有著不可替代的地位，尤其對 空中三維中近景的拍攝。 在飛行程序的控制下，無人直升機能在指定的路線中反 復地飛行，有助于產生特技效果。為片商提供空中攝影照片，如 : 房地產小區(qū)、開發(fā)區(qū)、廠區(qū)、 旅游風景 區(qū)等。無人直升機拍攝系統攜帶便利，特別適合突發(fā)新聞事件的空中拍攝。二、低空遙感中的運用 在低空獲得大比例尺地型地貌圖，為數字化城市建設、 G

21、IS 系統、城市規(guī)劃， 提供地理信息。可對一些大型橋梁、水壩進行構造的勘察。公路建設中的測繪及大 比例尺施工圖的獲得、對地質構造的測定等。三、精準農業(yè)領域的運用 噴灑農藥、施肥、播種、配合低空遙感技術，及早發(fā)現農作物病蟲害傳播中 心，及時準確地消滅病蟲。農業(yè)科學試驗，如 : 農作物生長狀況及不同肥料對農作 物生長的評估測定、作物生長狀況監(jiān)測。四、電力部門的運用 在電力系統中，對高壓線路的架設和巡線是工程及輸電當中的重要環(huán)節(jié)。第 12 頁-共 15 頁 由于有人直升機受飛行環(huán)境條件限制，在低空飛行時容易發(fā)生危險 ; 其體積和 重量過大也使一些作業(yè)受到限制 ; 以及它在低空飛行時其旋翼引起的下洗氣

22、流也會 對地面人員、高壓線及設備造成危險和損壞。所以，無人直升機恰好可以克服有人 機的缺點，大顯身手五、智能化交通領域公路、同村道路建設勘探過程中的航空測量 ; 公路施工過程中大比例尺正投影 施工圖的獲得 ; 路政建設中的航空拍攝 ; 對大型橋梁、路面、結構構件的空中監(jiān)測 ; 對公路進行空中巡邏，幫助指揮中心疏導交通。六、公共安全領域 無人機在公共安全領域中能很好的運用在空中巡邏、緝毒緝私、空中偵察、線路（管道） 巡檢、公路巡視等工作中七、國土資源領域土地資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，我國人多地少，隨著經濟的快速 發(fā)展，耕地、礦產資源等不斷減少，生態(tài)環(huán)境面臨嚴峻考驗。全面、準確、及時地

23、掌握國土資源的數量、質量、分布及其變化趨勢，進行合理開發(fā)和利用，直接關系 到國民經濟的可持續(xù)發(fā)展。為此，國土資源管理部門正在逐步建立 “天上看、網 上管、地上查”的立體跟蹤監(jiān)測體系，對土地和資源的利用情況進行動態(tài)監(jiān)測，同 時加大執(zhí)法監(jiān)察力度。國土資源監(jiān)察工作的重要內容之一是對土地和資源的變化信息進行實時、快速 的采集。目前，地方上多采用人工實地檢查，國家多采用衛(wèi)星遙感影像數據和普通 航空遙感影像數據，這些技術手段在實際工作中發(fā)揮了很大作用，但在第 13 頁-共 15 頁高效、快捷、準確性等方面還存在一定程度的不足。人工實地檢查效率低，需 要大量的人力和物力，由于國土資源部門各級人員配置與工作量大不相適應，大量 地方難以巡查到位，并且容易受到人為因素的干擾。衛(wèi)星遙感影像數據采購周期 長、時相難以保證，因此現勢性不夠 ; 另外衛(wèi)星影像的分辨率較低，影響判別準確 性。有人駕駛飛機的普通航空遙感的方法可獲取較高分辨率的影像，但受空域管制 和氣候等因素制約，對時間要求緊迫的監(jiān)測任務較難保障，而且成本高。因此，對重點地區(qū)和熱點地區(qū)要實現滾動式循環(huán)監(jiān)測，對違規(guī)違法用地、濫占 耕地、非法開采礦山、破壞生態(tài)環(huán)境等現象要做到及早發(fā)現、