孙杰:无人机遥感测绘技术研究及应用

3sNews2016-06-16 15:34:42

摘要: 中国测绘科学研究院摄影测量与遥感研究所研究员孙杰发表精彩演讲。

  6月15日,由泰伯主办,以“无处不在的地理信息”为主题的全球地理信息开发者大会2016(World Geospatial Developers Conference 2016,以下简称为“WGDC 2016”)在北京国家会议中心盛大开幕。

  6月16日,测绘无人机高峰论坛隆重开幕。数十位无人机领域的专家亲临现场,共商无人机产业大计。

孙杰:无人机遥感测绘技术研究及应用

  会上,中国测绘科学研究院摄影测量与遥感研究所研究员孙杰发表了以“无人机遥感测绘技术研究及应用”为主题的精彩演讲。以下是演讲实录(未经本人核实)。

  孙杰:我今天主要讲一下,研究和应用无人机在测绘领域的一些应用的感受。大概分这么五个部分,现在的无人机有航测无人机,有叫测绘无人机,实际上应该说测量和遥感都是属于社会测绘范畴。航测主要是在光学传感器,遥感当然是包括范围更广一些,包括激光雷达等等这些都在无人机上有搭载有应用。那么测绘应当说怎么定义,它主要的要求就是精度问题,所以说无人机在测绘领域应用的就特别要关注精度问题。

  现在要说无人机遥感定位,遥感平台大概分天空地这么三种,无人机定位在低空遥感,那么应该说它是卫星遥感和有人机遥感的一个有效手段。从它目前的作业效率和应用量来说目前顶替不了有人机遥感,顶替不了卫星遥感,目前用的一种很好的有效普通手段,所以这个定位无人机遥感定位是这样的。

  我们的遥感分几种形式,一个是航拍航摄也算是遥感,目前拍摄的新闻图片,各种图片都算作这个。还有一个是遥感检测,遥感检测在应急方面用,这个可以有精度,也可以没精度,也可以低精度,对遥感检测来说因为它要的比较急,有的时候没有精度的情况下也可以。如果说遥感测绘成果可量测的满足比例尺的精度,无人机用于测绘在研发系统的软硬件的问题,就是解决精度的问题。我十几年搞无人机航测遥感从无人机拍下照片之后大概经过五年的时间这个数据才能够处理,目前说处理当中还是存在一些盖点,处理以后达到1:2000图,这是08年。09年是1比1000图,实际上在之前五年前无人机拍下来了但是成不了,到不了1:1000的精度,里边有很多工作的难点在里边。在目前来说处理遥感都会出现精度的问题,多元数据如何处理。

  目前主要是用在1:1000到1:5000成图上,包括DM,还有DOW,DLG都有,如果给无人机测绘技术,以无人机为飞行平台,遥感设备为任务载荷,数据处理为技术支撑,按照相关的技术标准应用成果的形式和精度要满足测绘行业的需求,那么整个就解决在测量应用中的一个产业链的问题,这个问题都解决之后才能应用,这是平时我们企业说的全套的解决方案。

  这个系统基本组成应该是这么三大部分,无人机系统,任务载荷系统,和数据处理系统,包括测绘成果在行业,用到各行各业里面去,它的业务系统的衔接,整个就是全套的解决方案。航测无人机上面载一个相机,好一点的比如(英)公司它就有什么呢?DGPS,INS辅助空三,可以达到测图。刚才说到风大了以后怎么办?飞机空中颠簸怎么办?应该加PSO系统装置。有的加不上去,加上去造成系统的庞大或者飞机用起来麻烦。数据处理系统也包括这么多内容。

  这个是无人机航拍也可以说遥感测绘建议流程,任务规划,影像获取,数据检查,数据预处理到处理,最后生成测试成果。

  那么很多人又问到说无人机用到测绘上到底我这个飞机怎么去做?那么我说当时有很多的指标,其中有三个指标是特别重要的。第一个就是任务载荷能力,哪怕现在很小的手抛的飞机在微单相机可以,搭载一定重量的,专业级,可量测型的遥感设备。

  飞行控制精度

  航迹控制精度能保证影像航向重叠,旁向重叠。

  航高控制精度能保证影象分辨率差别在要求范围内。

  姿态控制精度能保证影像旋偏角度在允许范围内。

  环境的适用性:对当地的气象条件、海拔角度、地形地貌的适应能力满足要求。

  刚才说在高原,玉树地震当时去的时候有的飞机很好,到那儿以后飞不起来,起飞的高度就是4千米,飞机根本飞不起来,是油动飞机。用木头做的飞机,看起来不起眼,就是那个飞机飞起来了,对环境的适应性很清楚。

  目前设备选用解决的难点是什么,一个是轻便应用,咱们的无人机越小越轻便,手抛就能起飞是很好的,但是作业效率也低。作用效率高,作业时间长,可以载比较大的相机。所以怎么平衡之间的矛盾,让它找一个比较好的平衡点,也是一个要解决的难点。

  第二个就需要实际任务载荷这一块,任务载荷到了,油动机也好,电动机也好,载的原油要减少,延长任务时间,载荷就小了,要平衡这个矛盾也是很重要的。所以每一种型号的无人机系统应该说都有它优势的一面,也有劣势的一面,在研发设备时候要找准市场定位,我这个设备要瞄准,我定位在什么市场定位。选购设备的单位根据自身的需求,我平时的检测或者是遥感区域是大是小是现状的还是面状居多。另外有一个应用能力,比如买摇动机对人的操控能力比较强,有没有这个方面能力比较强的操作人员,或者叫飞手,无人机的驾驶员有没有。如果没有,那么电动的好操纵,甚至起飞降落基本上不难操作,根据作业人员,技术能力来选择。

  设备研发与选型---无人机系统

  有固定翼无人机,无人直升机,多旋翼无人机,垂直起降固定翼,现在在测绘领域都有应用,类别很多。起飞重量3公斤以上,手抛型3公斤以上都有在测绘当中应用,但是目前的主力机型还是在20公斤左右,这是刚才我说的找它的一个平衡点,搭载能力,巡航时间,都比较适中,20公斤左右的还是主力机型。

  那么在设备研发和选型,载荷功能是用于获取高分辨率的航空遥感影像数据,遥感传感器是必备的设备。航测或者是测绘型无人机上面基本上不配,有的少部分配了,这些选件用上提高影象质量,数据精度,处理效率,减少野外工作,降低作业成本。

  对遥感传感器的基本要求,经过专业的技术方法,对设备进行精确检校和标定。最权威?国家测评鉴定中心,这是最权威的。回答刚才问的那个问题。提高效率,过去是单台数码相机,现在用到双拼相机,三拼相机,现在包括四拼相机,还有光电转台。

  这是目前比较热的用的大家开发应用,不是说特别多大家非常想开发想用的一套系统,无人机倾斜摄影测量系统,主要作为三维城市数字建模。目前有多旋翼,也有固定翼载荷,多旋翼影像获取分辨率,操作起来好控制,效率比较低一些。固定翼缺点不能飞太低,我们知道一般的城市哪怕在县城楼房密集区飞,操控难度比较大,分辨率比较低。这两种平台各有优缺点。

  现在不叫航测叫遥感,目前对于无人机载对于测高仪,磁测仪轻小型化,重量在三公斤五公斤左右,希望把这些设备搭载和集成到无人机上去,现在这个需求非常强烈。但是目前成套的设备从作业需要的各个方面,综合考虑没有见到非常好的,有待于我们这些科研单位和企业带着无人机去努力。

  比如右下角的微型SAR大概在三公斤左右,加上其他设备不到5公斤,选择能够搭载它的飞机我当时把国内有名的几家,包括军工企业无人机看了一个遍,跟着我们领导一起,最后定了一个飞机一个型号,经过一年多的时间到现在没有完全携程化好。天线放在飞机外面,飞机要经过整个改装,所以没有太合适的平台,现在就要根据这些设备的特点希望一些企业开发一些真正好用的有针对性的开发一些无人机的平台。这些年搞研究我也发现一直是根据先有传感器,根据传感器再定制这个飞机,这个是一个比较好的研发或者是应用的一个思路。先有飞机后有传感器,因为传感器五花八门会变化的。

  我们也相信随着新技术的发展,将研发出更多适合无人机搭载的先进高精度的尤其是轻小型化的设备会越来越多。目前激光来讲主要是直升机多,刚才讲的也是直升机居多一些,重载直升机这块是一个发展的主要平台。

  咱们国内能选的无人机不是很多。高光谱成像系统,下面要放到固定翼上面,要解决飞行速度,不能飞的太快,也是一些技术难点需要解决,不是简单的放到飞机上就去拍就可以了。

  那么设备研发与选型关于数据处理系统,无人机遥感影像的特点,幅较小,像片数量多,影像有明显畸变。

  整个软件拍摄影像到数据处理整整经历了五年的时间,这是无控制点自由网处理模式,不重点介绍技术细节了。这是我们单位专门开发的一款无人机,目前处理无人机的遥感影像大家通过对比使用。

  如果是全流程是这么一个流程。那么其他的一些重要指标,软硬件设备能否满足测绘精度的指标要求,前面讲了这么多。下边是影像的获取和处理的效果方面,还有其他与设备应用和其他的相关指标,安全可靠性,这是无人机时时刻刻要关注的一个问题。设备操作的便捷性,系统配置是否齐全,包括购置和应用的经济指标,以及企业购买这个设备它在技术培训,社会服务保障能力,对于应用单位要重点关注这些。

  现在目前存在很多问题,也有一些解决的办法,不详细说了。在平时研究应用当中确实发现一些问题,实际上只能说是一个办法,眼见为实。不管选购设备的时候还是在什么时候,就是眼见为实。既然是无人机就要真实的飞,我最早期给领导演示就是开着飞,飞成了,拍摄下来就说明成了。另外用项目合作的时候把它演示起来。

  发展趋势有这么几点,一个是系统设备向高端发展,因为无人机应用越来越普遍,给了这些领导、专家包括技术人员很大的信心,那么也培养了一大批这个方面能力强技术过硬的系统应用人员,所以现在目前系统设备开始往高效能,高可靠性发展,一说到这点不用说了,就是大。跟开车似的从小型车到高档车用起来,这也是,等它用到一定型号的时候可以买一些高档和高端的。它要大搭载多传感器,多平台这个也是一个以后的发展趋势。

  另外一个就是往微小化发展,一个人,一个车,一套飞机,就是手抛起飞,滑行降落,一个人可以作业了,这也是以后的一个发展趋势,就是一大一小。

  无人机的遥感系统是天空地一体化的重要部分,现在什么都在说天空地,三个车的研制,一个是测绘地理信息车,土地巡查车,这个是用一个小型电动的无人机融入到里面去,地质灾害的一个检测车,上面也有无人机,这个是天空地一体化的设备。右边的飞机相当于长,它的续航时间大概是十个小时,用它能飞行到钓鱼岛,连续回来是七个半小时。

  这个就是地理检测信息车的外形,上面含了十一系统,一个是规划、获取、处理、发布、输出、供电,电源保障等都包含在车内,里面是各个子系统的情况。

  下面是放一些图片,测绘的成果应用是在这些领域里边,很多领域都可以用到的,应该说都离不开测绘。地理信息测绘各种地形图,应急测绘保障,应急检测也叫应急测绘保障。当时08年汶川,玉树地震,舟曲泥石流那些灾害比较多的时候,拍摄下来的第一张影像片,第一张照片都是无人机拍摄下来的,也体现了无人机的快速便捷。

  重庆武隆滑坡,这个大家知道的不多。国土资源调查,还有现在农村农业部主导的农村土地拆迁也是大规模用到无人机。土地利用检测,数字城市建设,刚才说那个倾斜摄影这一块就是大的三维场景城市建设,原始倾斜影像,构建后的三维模型。它的一些问题我不展开多了,一些细部的处理有些问题,影像的分辨率。因为无人机载荷能力有限,目前载的这些相机分辨率不是太高,所以大场景看来可以,想细看就不太好了,所以这个怎么解决现在?还有一个空中拍的楼顶上看的清楚楼底下看不清楚,数据如何集成处理,也是下面要重点解决的技术难题。

  海洋环境和海岛测绘,这是2010年开始我说的1:1000图和1:2000图测试之后,各省开无人机,每个省确保一套。

  好,谢谢。

[责任编辑:龙薇]
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