淺談無(wú)人機(jī)與遙感技術(shù)的完美結(jié)合

1、紅外遙感結(jié)課論文 題目：淺談無(wú)人機(jī)與遙感技術(shù)的完美結(jié)合 系別：信息工程系班級(jí)：地理信息系統(tǒng)姓名：123學(xué)號(hào)：888888882015年11月3日淺談無(wú)人機(jī)與遙感技術(shù)的完美結(jié)合摘要：隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展,各行各業(yè)對(duì)遙感數(shù)據(jù)的需求日益增加,但遙感數(shù)據(jù)獲取手段相對(duì)不足。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)以更低的運(yùn)營(yíng)成本、高效靈活的任務(wù)安排,自動(dòng)化和智能化的操作應(yīng)用成為主要的遙感技術(shù)之一。無(wú)人機(jī)與遙感技術(shù)的完美結(jié)合，使遙感技術(shù)如虎添翼，本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)外無(wú)人機(jī)遙感的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,在此基礎(chǔ)上對(duì)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。關(guān)鍵詞: 無(wú)人機(jī)； 遙感平臺(tái)； 遙感； 完美結(jié)合1引言無(wú)人機(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展, 性能不

2、斷提高, 功能日益完善,尤其是近年來(lái)航空、計(jì)算機(jī)、微電子、導(dǎo)航、通訊及數(shù)字傳感器等相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展, 使得無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)從研究階段向?qū)嵱没A段發(fā)展。無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中, 成為未來(lái)航空器的發(fā)展方向之一。2無(wú)人機(jī)遙感介紹2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀無(wú)人機(jī)最早出現(xiàn)在1917年,早期的無(wú)人駕駛飛行器的研制和應(yīng)用主要使用作飛機(jī)靶機(jī),應(yīng)用范圍主要是在軍事上,后來(lái)應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展到作戰(zhàn)、偵察及民用遙感飛行平臺(tái)。20世紀(jì) 80年代的科技革命讓無(wú)人機(jī)得到進(jìn)一步發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種數(shù)字化、重量輕、體積小、探測(cè)精度高的新型傳感器的不斷出現(xiàn),無(wú)人機(jī)的性能不斷提高,應(yīng)用范圍和應(yīng)

3、用領(lǐng)域迅速拓展。世界范圍內(nèi)的各種用途、各種性能指標(biāo)的無(wú)人機(jī)的類型已達(dá)數(shù)百種之多。續(xù)航時(shí)間從一小時(shí)延長(zhǎng)到幾十個(gè)小時(shí),任務(wù)載荷從幾公斤到幾百公斤。這為長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的遙感監(jiān)測(cè)提供了保障,也為搭載多種傳感器和執(zhí)行多種任務(wù)創(chuàng)造了有利條件。傳感器經(jīng)歷了早期的膠片相機(jī)和大面陣數(shù)字化幾個(gè)發(fā)展階段, 目前國(guó)內(nèi)制造的數(shù)字航空測(cè)量相機(jī)擁有 8000多萬(wàn)像素, 能夠同時(shí)拍攝彩色、紅外、全色的高精度航片;中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院使用多臺(tái)哈蘇相機(jī)組合照相, 利用開(kāi)發(fā)的軟件再進(jìn)行拼接, 有效地提高了遙感飛行效率;德國(guó)祿來(lái)公司推出的 2200萬(wàn)像素專業(yè)相機(jī), 配備了自動(dòng)保持水平和改正旋偏的相機(jī)云臺(tái),開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的成圖軟件。另外激光

4、三維掃描儀、紅外掃描儀等小型高精度遙感器為無(wú)人機(jī)遙感的應(yīng)用提供了發(fā)展的余地。2.2 無(wú)人機(jī)遙感的主要優(yōu)點(diǎn)1) 快速的機(jī)動(dòng)響應(yīng)能力無(wú)人機(jī)的應(yīng)用機(jī)動(dòng)靈活,能夠通過(guò)地面運(yùn)輸快速到達(dá)指定目標(biāo)區(qū)域。起飛比較方便,不需要機(jī)場(chǎng)跑道,可以通過(guò)車載、導(dǎo)彈或者地面方式從田間地頭、空地、山坡、沙灘等多種地域直接發(fā)射, 通過(guò)滑行和傘降的方式進(jìn)行回收。2) 操作簡(jiǎn)單、目的明確無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷成熟,其操作也越來(lái)越智能化自動(dòng)化?？梢酝ㄟ^(guò)事先設(shè)制飛行路線,并在飛行中進(jìn)行校對(duì)和調(diào)整以達(dá)到對(duì)目標(biāo)的精確測(cè)量。無(wú)人機(jī)通過(guò)配備故障自動(dòng)診斷及顯示功能,如果發(fā)生故障,飛機(jī)會(huì)自動(dòng)返航到起點(diǎn)上空等待排出故障。3) 使用成本低無(wú)人機(jī)體形小,耗費(fèi)

5、低,對(duì)操作員的培養(yǎng)比較周期相對(duì)較短。系統(tǒng)的保養(yǎng)和維修簡(jiǎn)便, 同時(shí)不用租賃起飛和停放場(chǎng)地。4) 高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)獲取能力高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)獲取能力是無(wú)人機(jī)遙感的最大特點(diǎn)。無(wú)人機(jī)搭載的高精度數(shù)碼成像設(shè)備,具備面積覆蓋、垂直或傾斜成像的技術(shù)能力, 獲取圖像的空間分辨率達(dá)到分米級(jí),適于 1!10 000或更大比例尺遙感應(yīng)用的需求。3 無(wú)人機(jī)遙感的關(guān)鍵技術(shù)無(wú)人機(jī)遙感是一個(gè)綜合的系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。它涉及航空、微電子、自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)通訊、導(dǎo)航定位等多個(gè)領(lǐng)域, 其中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括: 航空遙感平臺(tái)集成技術(shù)、專用數(shù)據(jù)處理技術(shù)、傳感器自動(dòng)控制技術(shù)、穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)、數(shù)碼相機(jī)精確檢較和定標(biāo)技術(shù)、小幅面遙感影像

6、快速處理以及“3S”技術(shù)。按照平臺(tái)構(gòu)建框架其關(guān)鍵技術(shù)又可分為:無(wú)人機(jī)航空遙感平臺(tái)集成技術(shù)、遙感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與下傳技術(shù)和遙感數(shù)據(jù)的地面接收與處理技術(shù)。3.1無(wú)人機(jī)航空遙感平臺(tái)集成技術(shù)無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示?？梢苑譃轱w行器分系統(tǒng)、測(cè)控及信息傳輸系統(tǒng)、信息獲取與處理系統(tǒng)及保障系統(tǒng)幾個(gè)部分。圖 1 無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)框架圖小型無(wú)人機(jī)是低成本的新型遙感平臺(tái), 要求裝載的遙感儀器體積小、重量輕、抗震性好。該系統(tǒng)由面陣 CCD 相機(jī)頭部和主控計(jì)算機(jī)兩部分組成。面陣 CCD 相機(jī)頭部完成遙感圖像的拍攝獲取。相機(jī)頭部包括相機(jī)機(jī)身、鏡頭和數(shù)碼后背三部分。數(shù)碼相機(jī)主要有兩類, 一類是把可拆卸的面陣CCD

7、數(shù)碼后背裝在大中型幅面相機(jī)后部取代膠片進(jìn)行數(shù)字化成像;另一類是將 CCD成像模塊直接與機(jī)身做成一體, 也就是我們常見(jiàn)的 135 小型幅面數(shù)碼相機(jī)。前者通常具有很高的分辨率,用于專業(yè)攝影, 而后者更強(qiáng)調(diào)便利性,用于家庭和一般攝像。無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)要求相機(jī)分辨率高, 體積小, 所以采用了大面陣 CCD 數(shù)碼后背加 120 中型幅面相機(jī)的方案。3.2 遙感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與下傳無(wú)線電遙測(cè)系統(tǒng)是傳送無(wú)人機(jī)和遙感設(shè)備的狀態(tài)參數(shù),可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)姿態(tài)、高度、速度、航向、方位、距離及機(jī)上電源的測(cè)量和實(shí)時(shí)顯示, 具有數(shù)據(jù)和圖形兩種顯示功能。供地面人員掌握無(wú)人機(jī)和遙感設(shè)備的有關(guān)信息, 并存貯所有傳送信息, 以便隨時(shí)調(diào)用復(fù)

8、查。無(wú)線電遙控系統(tǒng)是用于傳輸?shù)孛娌倏v人員的指令, 引導(dǎo)無(wú)人機(jī)按地面人員的旨意飛行。由于高分辨率航空遙感設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大, 目前在實(shí)時(shí)下傳過(guò)程中多采用高壓縮比的有損圖像壓縮技術(shù), 其所導(dǎo)致的誤差限制了航空遙感在一些高標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的應(yīng)用。遙感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與下傳與多模態(tài)傳感器、遙感平臺(tái)航攝控制系統(tǒng)以及飛行器平臺(tái)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸鏈路都有密切關(guān)系。3.3 遙感數(shù)據(jù)的地面接收與處理遙感數(shù)據(jù)的地面接收與處理是無(wú)人機(jī)航空遙感系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。遙感數(shù)據(jù)的接收處理與處理需要建立固定和移動(dòng)地面數(shù)據(jù)接收站; 建立有海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和分發(fā)能力的數(shù)據(jù)中心, 建立圖像數(shù)據(jù)庫(kù); 進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的輻射糾正; 根據(jù)飛機(jī)和傳感

9、器以及外部因素引起的幾何變形的特點(diǎn), 進(jìn)行基本幾何糾正, 利用地面控制點(diǎn)進(jìn)行精確的幾何糾正, 圖像數(shù)據(jù)可作為 G IS底圖。隨著全球定位系統(tǒng) GPS 進(jìn)入到完全運(yùn)作階段( FOC ) 以及高重復(fù)頻率激光測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用, 將G PS 定位技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)( INS) 、激光測(cè)距技術(shù)進(jìn)行集成得到機(jī)載掃描激光地形系統(tǒng)已成為國(guó)內(nèi)外遙感界的研究熱點(diǎn)之一, 并依此來(lái)為同機(jī)或同步獲得的遙感圖像提供定位信息,它完全擺脫了對(duì)地面的控制,節(jié)省了大量的人力和物力, 從而大大提高了遙感作業(yè)效率。4遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)4.1遙感影像獲取技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)（1）隨著高性能新型傳感器研制開(kāi)發(fā)水平以及環(huán)境資源遙感對(duì)高精度遙感數(shù)據(jù)

10、要求的提高，高空間和高光譜分辨率已是衛(wèi)星遙感影像獲取技術(shù)的總發(fā)展趨勢(shì)。遙感傳感器的改進(jìn)和突破主要集中在成像雷達(dá)和光譜儀，高分辨率的遙感資料對(duì)地質(zhì)勘測(cè)和海洋陸地生物資源調(diào)查十分有效。 （2）雷達(dá)遙感具有全天候全天時(shí)獲取影像以及穿透地物的能力，在對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域有很大優(yōu)勢(shì)。干涉雷達(dá)技術(shù)、被動(dòng)微波合成孔徑成像技術(shù)、三維成像技術(shù)以及植物穿透性寬波段雷達(dá)技術(shù)會(huì)變得越來(lái)越重要，成為實(shí)現(xiàn)全天候?qū)Φ赜^測(cè)的主要技術(shù)，大大提高環(huán)境資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力8。 （3）開(kāi)發(fā)和完善陸地表面溫度和發(fā)射率的分離技術(shù)，定量估算和監(jiān)測(cè)陸地表面的能量交換和平衡過(guò)程，將在全球氣候變化的研究中發(fā)揮更大的作用。 （4）由航天、航空和地面觀測(cè)臺(tái)站

11、網(wǎng)絡(luò)等組成以地球?yàn)檠芯繉?duì)象的綜合對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，具有提供定位、定性和定量以及全天候、全時(shí)域和全空間的數(shù)據(jù)能力，為地學(xué)研究、資源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)數(shù)據(jù)和信息服務(wù)。 4.2遙感信息處理方法和模型越來(lái)越科學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波、分形、認(rèn)知模型、地學(xué)專家知識(shí)以及影像處理系統(tǒng)的集成等信息模型和技術(shù)，會(huì)大大提高多源遙感技術(shù)的融合、分類識(shí)別以及提取的精度和可靠性。統(tǒng)計(jì)分類、模糊技術(shù)、專家知識(shí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類有機(jī)結(jié)合構(gòu)成一個(gè)復(fù)合的分類器，大大提高分類的精度和類數(shù)。多平臺(tái)、多層面、多傳感器、多時(shí)相、多光譜、多角度以及多空間分辨率的融合與復(fù)合應(yīng)用，是目前遙感技術(shù)的重要發(fā)展方向。不確定性遙

12、感信息模型和人工智能決策支持系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也有待進(jìn)一步研究。 4.3一體化 計(jì)算機(jī)和空間技術(shù)的發(fā)展、信息共享的需要以及地球空間與生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的空間分布式和動(dòng)態(tài)時(shí)序等特點(diǎn)，將推動(dòng)3S一體化9。全球定位系統(tǒng)為遙感對(duì)地觀測(cè)信息提供實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的定位信息和地面高程模型；遙感為地理信息系統(tǒng)提供自然環(huán)境信息，為地理現(xiàn)象的空間分析提供定位、定性和定量的空間動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；地理信息系統(tǒng)為遙感影像處理提供輔助，用于圖像處理時(shí)的幾何配準(zhǔn)和輻射訂正、選擇訓(xùn)練區(qū)以及輔助關(guān)心區(qū)域等。在環(huán)境模擬分析中，遙感與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合可實(shí)現(xiàn)環(huán)境分析結(jié)果的可視化。3S一體化將最終建成新型的地面三維信息和地理編碼影像的實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)獲取與處

13、理系統(tǒng)。 4.4建立高速、高精度和大容量的遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 隨著3S一體化，資源與環(huán)境的遙感數(shù)據(jù)量和計(jì)算機(jī)處理量也將大幅度增加，遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就必須要有更高的處理速度和精度。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有全并行處理、自適應(yīng)學(xué)習(xí)和聯(lián)想功能等特點(diǎn)，在解決計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別等特大復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息方面有明顯優(yōu)勢(shì)。認(rèn)真總結(jié)專家知識(shí)，建立知識(shí)庫(kù)，尋求研究定量精確化算法，發(fā)展快速有效的遙感數(shù)據(jù)壓縮算法，建立高速、高精度和大容量的遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 5 結(jié)束語(yǔ)無(wú)人機(jī)遙感作為一種新的測(cè)繪方式具有很多優(yōu)勢(shì)且實(shí)際應(yīng)用廣泛。它可以用于資源調(diào)查管理和監(jiān)測(cè), 環(huán)境監(jiān)測(cè),災(zāi)害評(píng)估等。本文對(duì)無(wú)人機(jī)遙感發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)做了介紹和總結(jié)。但由于無(wú)人

14、機(jī)體積小、載重輕, 無(wú)法使用姿態(tài)記錄儀和穩(wěn)定平臺(tái)等輔助設(shè)備, 導(dǎo)致相關(guān)參數(shù)較少, 給圖像配準(zhǔn)和處理帶來(lái)一定難度。下一步我們將對(duì)無(wú)人機(jī)G PS定位技術(shù)、小面幅遙感數(shù)據(jù)快速糾正和配準(zhǔn)技術(shù)、“3S”技術(shù)、便攜式地面站、傳感器自動(dòng)控制技術(shù)、遙測(cè)遙控一體化技術(shù)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。無(wú)人機(jī)遙感將在測(cè)繪系統(tǒng)中發(fā)揮更重要的作用。參考文獻(xiàn)： 1 韓杰無(wú)人機(jī)遙感國(guó)土資源快速監(jiān)察系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究 J 測(cè)繪通報(bào), 2008, 2 楊進(jìn)生無(wú)人機(jī)遙感技術(shù) M 3 晏磊, 呂書強(qiáng), 趙紅穎無(wú)人機(jī)航空遙感系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究 J 武漢大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 4 戴方興, 舒嶸 PC /104 + 在無(wú)人機(jī)載遙感儀器中的應(yīng)用 J 嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2007, 5 呂書強(qiáng), 等 無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的集成與飛行試驗(yàn)研究 J 測(cè)繪科學(xué), 2007, 6 秦其明, 金川無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)壓縮解壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) J 國(guó)土資源遙感,