低空無人機(jī)數(shù)字信息數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用

“25”時期是青海地質(zhì)和計(jì)算機(jī)科學(xué)事業(yè)的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,測繪地理信息應(yīng)用越來越廣、作用越來越大,與人民群眾生活密切相關(guān),已成為管理決策、工程建設(shè)的重要技術(shù)保障,尤其在防災(zāi)減災(zāi)等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。當(dāng)前,我省不斷深化改革開放、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市場化、國際化加速推進(jìn)。在新的發(fā)展時期,省測繪地理信息局抓住信息化技術(shù)廣泛應(yīng)用的有利時機(jī),不斷優(yōu)化資源配置,提高測繪成果的科技含量及競爭力、實(shí)用性,使越來越多的地理信息科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力。其中,為切實(shí)提高我省高分辨率影像數(shù)據(jù)的獲取能力,加強(qiáng)測繪服務(wù)保障能力,省測繪地理信息局所屬省第二測繪院不斷探索高原地形地貌環(huán)境下進(jìn)行影像快速獲取的新途徑,致力于低空無人飛機(jī)航攝系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用,使測繪工程及時獲取現(xiàn)時性強(qiáng)的數(shù)據(jù),為全省應(yīng)急測繪保障、防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)提供了更加可靠的測繪應(yīng)急服務(wù)保障。低空無人機(jī)航測應(yīng)用技術(shù)的探索和探索科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天,人們的許多夢想變成了現(xiàn)實(shí)。以前,測繪人用腳步丈量,跋山涉水,經(jīng)天緯地,常年奔波在野外,辛勤勞作,地形測繪、工程測量幾乎都采用常規(guī)作業(yè)模式,外業(yè)勞動強(qiáng)度大,工序復(fù)雜。誰能想到,這種延續(xù)了幾十年的原始的工作方式因?yàn)榈涂諢o人機(jī)航攝系統(tǒng)的引進(jìn)而開始發(fā)生變化,并帶來意想不到的成果,影響著人們的生產(chǎn)、生活。低空無人機(jī)數(shù)碼航拍是近年來興起的一種利用無人駕駛飛機(jī)作為空中平臺,以機(jī)載遙感設(shè)備,如高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、紅外掃描儀、激光掃描儀、磁測儀等獲取圖像信息,用計(jì)算機(jī)對圖像信息進(jìn)行處理,并按照一定精度要求制作成便于使用的地理信息數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和最優(yōu)化組合方面具有突出的特點(diǎn),是集成了低空拍攝、遙控、遙測技術(shù),視頻影像微波傳輸和計(jì)算機(jī)影像信息處理的新型應(yīng)用技術(shù)。作為無人機(jī)航攝系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用的具體實(shí)施單位,省第二測繪院一直以來專心進(jìn)行無人機(jī)的引進(jìn)和完善應(yīng)用的探索,做了大量工作。2010年3月,選派四名技術(shù)人員赴京參加無人機(jī)低空數(shù)碼航攝系統(tǒng)的應(yīng)用。通過學(xué)習(xí),基本掌握了無人機(jī)低空數(shù)碼航攝的航線設(shè)計(jì)、地面站監(jiān)控、操作等無人機(jī)航攝任務(wù)的工作流程。同年7月,引進(jìn)兩架UAVRS-10型低空無人機(jī)遙感平臺,并在高海拔地區(qū)進(jìn)行測試工作。經(jīng)過半年的測試,該型無人機(jī)不適合青海省特殊的高原地理環(huán)境。后經(jīng)多方考察調(diào)研,于2012年7月再次選派技術(shù)人員赴河北參加無人機(jī)培訓(xùn),并于同年8月將無人機(jī)引進(jìn)我省。為適應(yīng)我省高原的特殊地理環(huán)境,對該型無人機(jī)進(jìn)行了加長機(jī)翼、更換大功率發(fā)動機(jī)等技術(shù)改進(jìn),使其具備了克服青海高原高海拔、空氣稀薄等困難的優(yōu)勢。2013年4月,取得了低空無人機(jī)航測乙級資質(zhì),并以無人機(jī)航攝系統(tǒng)為依托,成立了“測繪應(yīng)急保障中心”,其中擁有無人機(jī)系統(tǒng)成套裝備4套、訓(xùn)練機(jī)兩套。目前,省測繪地理信息局有集群式影像處理系統(tǒng)20余套、攝影測量工作站90余臺套,還同步配置有高精度GPS、全站儀等設(shè)備,設(shè)飛行作業(yè)組1個,已經(jīng)具備處理航空遙感影像、衛(wèi)星影像、低空無人機(jī)影像等多源數(shù)據(jù)的能力。原始的地形測繪、工程測量被快速及時、高效安全的現(xiàn)代化的無人飛機(jī)航空攝影測量代替了。在省第二測繪院有這樣一組無人機(jī)航測與全野外測量的對比數(shù)字:在生產(chǎn)效率方面,在5平方公里范圍內(nèi),無人機(jī)航測效率與全野外測量基本持平,測繪范圍超過5平方公里,無人機(jī)航測效率逐漸提高,測繪面積越大,效率越高;在人力投入方面,無人機(jī)航測外業(yè)投入人員相對較少,內(nèi)業(yè)投入人員較多,整體人員投入較少,與全野外測量相比,人員投入減少一半以上;在作業(yè)時間方面,無人機(jī)航測可縮短工期15%~45%左右,特別是地形困難類別越高、測繪面積越大,工期縮短越明顯。鑒于青海省特殊的地形地貌,老測繪人驚呼,因?yàn)橛辛藷o人機(jī),以前百多人需一年的工作量,現(xiàn)在十多人一個月就可以完成了。災(zāi)后重建領(lǐng)域無人機(jī)外來人車災(zāi)難面前,人力的作用有時會顯得力不從心。近年來,測繪應(yīng)急保障服務(wù)在重大自然災(zāi)害應(yīng)急救災(zāi)工作中的作用日益凸顯。尤其是近幾年發(fā)展起來的測繪型無人機(jī),已廣泛應(yīng)用到新農(nóng)村規(guī)劃建設(shè)、國土資源執(zhí)法檢查、土地整理、征地拆遷、地理國情監(jiān)測、應(yīng)急監(jiān)測(地震、洪水、泥石流等)、災(zāi)后重建等諸多領(lǐng)域。2010年4月14日7時49分,玉樹地震發(fā)生的那一刻起,全國動員的抗震救災(zāi)戰(zhàn)斗就拉開了大幕。首先需要的就是地圖。早一秒鐘拿到地圖,就意味著為無數(shù)廢墟下待救的生命贏得寶貴的時間。地震發(fā)生后,省測繪地理信息局積極配合國家測繪局,第一時間快速制圖、出圖、供圖,各種翔實(shí)的測繪地圖為救援、分析玉樹震后形勢的各方提供了寶貴的資料。自地震發(fā)生以來,測繪部門繪制了多幅地圖,也做出了很多統(tǒng)計(jì)報告,所有這些構(gòu)成了一個極為豐富的“災(zāi)區(qū)災(zāi)情地理信息系統(tǒng)”。信息系統(tǒng)每天都會更新圖片與數(shù)據(jù)信息,以供相關(guān)部門使用。在災(zāi)后重建時期,為滿足省委、省政府及玉樹災(zāi)后重建指揮部直觀地了解玉樹災(zāi)后重建的進(jìn)程及直觀地反映災(zāi)后重建的成果,省第二測繪院于2012年9月組織人員對玉樹州六縣建成區(qū)進(jìn)行了低空無人機(jī)數(shù)碼航拍。該項(xiàng)目因天氣原因前后歷時一月余,共獲取0.1-0.2米分辨率的正射影像約130平方公里,其影像清晰、分辨率高,真實(shí)客觀地反映了災(zāi)后重建的進(jìn)程及取得的成果,得到了玉樹災(zāi)后重建指揮部的好評。在玉樹重建收官之際,為直觀展現(xiàn)玉樹重建后的基礎(chǔ)設(shè)施、居民住房、生態(tài)環(huán)境、公共設(shè)施和商貿(mào)產(chǎn)業(yè)等新面貌,省第二測繪院采用LT150-M型無人機(jī),飛行2個架(次),歷時20余天,對玉樹災(zāi)后重建后的地形地貌和落地建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行了低空航攝工作,獲取了近80平方公里的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),獲取0.2米高分辨率影像1442幅,并制作了1∶2000比例尺正射影像圖,為災(zāi)后重建指揮部了解和掌握重建動態(tài)提供了現(xiàn)實(shí)而有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。我省無人機(jī)參與災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測的速度與力度在玉樹抗震救災(zāi)、災(zāi)后重建中令人印象深刻。實(shí)踐證明,無人機(jī)航測已成為應(yīng)急測繪的重要手段。低空無人機(jī)使用可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急測繪其實(shí),不僅是災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測,近年來,以小、快、靈見長的低空無人機(jī)遙感系統(tǒng)突破了發(fā)動機(jī)、飛行控制系統(tǒng)等一系列技術(shù)瓶頸,在低空遙感測繪領(lǐng)域取得了長足發(fā)展,日益成為我省國土測繪以及農(nóng)林、水利、交通、環(huán)境監(jiān)測等方面不可替代的尖兵。作為小型飛機(jī),固定翼測繪無人機(jī)翼展一般不超過3米,拆卸較為方便,易于攜帶運(yùn)輸。在項(xiàng)目執(zhí)行過程中,只需要將拆卸后的無人機(jī)設(shè)備放到普通的小貨車中,就可以把操作人員和所有設(shè)備同時運(yùn)送到目的地。此外,傳統(tǒng)的測繪無人機(jī)起飛方式一般是滑起,需要一段30-100米相對水平的跑道才能起飛。而隨著彈射起飛和降傘技術(shù)的成熟,場地已經(jīng)不再是無人機(jī)起降的阻礙。此外,與普通航空攝影測量相比,無人機(jī)更顯機(jī)動靈活。測繪無人機(jī)多在200-1000米的低空飛行,且其搭載的相機(jī)多采用定焦鏡頭,可獲得高達(dá)0.05米分辨率的影像,比衛(wèi)星影像精度更高。而無人機(jī)每次飛行所需要的影像分辨率都可由飛行高度決定,只需要在飛行前設(shè)計(jì)好航線、確定好飛行高度即可。省第二測繪院有關(guān)專家表示,作為遙感測繪領(lǐng)域的尖兵,無人機(jī)比衛(wèi)星遙感及大飛機(jī)航攝擁有更多優(yōu)勢。在傳統(tǒng)的航空攝影中,大飛機(jī)航攝最擔(dān)心天氣狀況不理想,因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)多云天氣將嚴(yán)重影響成像效果。而低空無人機(jī)一般在云下飛行,基本不會影響成像質(zhì)量。目前,隨著通信及傳感器等技術(shù)的發(fā)展,測繪無人機(jī)作為一種低成本、高精度、操作簡便的遙感影像獲取設(shè)備越來越受歡迎,并在傳統(tǒng)測繪、數(shù)字城市建設(shè)、地理國情監(jiān)測、災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測等方面取得了較為理想的應(yīng)用效果。有幾個案例佐證。2012年10月,省第二測繪院組織人員對西寧市城南新區(qū)約60平方公里的建成區(qū)進(jìn)行了無人機(jī)低空數(shù)碼航拍,設(shè)計(jì)航線9條,獲取影像數(shù)據(jù)942張,為城南新區(qū)管委會了解和掌握園區(qū)企業(yè)入住及建設(shè)情況提供了詳實(shí)的影像數(shù)據(jù)。為保障“機(jī)場高速(西寧段)沿線景觀整治”項(xiàng)目的順利實(shí)施,了解項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)居民地分布狀況、掌握真實(shí)的征地拆遷面積、居民區(qū)內(nèi)不同類型房屋面積等數(shù)據(jù),且不進(jìn)行大規(guī)模的入戶測量工作,省第二測繪院對該項(xiàng)目區(qū)域約10平方公里進(jìn)行了低空無人機(jī)數(shù)碼航拍,并組織技術(shù)人員進(jìn)行外業(yè)像控點(diǎn)測量及調(diào)繪工作,僅用8天時間就完成了該項(xiàng)目的3D數(shù)據(jù)生產(chǎn)及面積量算工作,為拆遷區(qū)域經(jīng)費(fèi)預(yù)算提供準(zhǔn)確的計(jì)算依據(jù)。為驗(yàn)證低空無人機(jī)數(shù)碼航拍的正射影像圖及數(shù)字線劃圖的精度,省第二測繪院于2013年4月組織人員對群科新城約10平方公里進(jìn)行0.1米分辨率影像數(shù)據(jù)獲取并進(jìn)行了1∶1000比例尺數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)。經(jīng)過此次航拍及數(shù)字線劃圖的生產(chǎn),證明該型無人機(jī)生產(chǎn)的3D產(chǎn)品精度達(dá)到1∶1000比例尺地形圖的要求,可滿足規(guī)劃地形圖需求。通過以上項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐,目前,省第二測繪院采用的LT150-M型低空無人機(jī)航攝系統(tǒng)及集群式影像處理系統(tǒng)能大幅提高小面積大比例尺地形圖及正射影像數(shù)據(jù)獲取和生產(chǎn)的效率?！叭碧椎暮綌z、數(shù)據(jù)加工、成圖出圖、實(shí)踐應(yīng)用,一條龍的獨(dú)立自主的完整技術(shù)流程,為服務(wù)民生、服務(wù)測繪、服務(wù)大局起著至關(guān)重要的作用,在我省眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著愈來愈大的作用。對于今后測繪無人機(jī)在我省的應(yīng)用前景,作為省內(nèi)唯一一家能獨(dú)立完成無人機(jī)數(shù)據(jù)獲取、3D數(shù)據(jù)生產(chǎn)、飛行服務(wù)于一體的單位,第二測繪院有關(guān)專家也做出了如下展望:應(yīng)急測繪。利用無人機(jī)航攝可快速獲取高精度的地表三維數(shù)據(jù)和高分辨率影像數(shù)據(jù),后期還可用于測制大比例尺地形圖,便于地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查評價,有利于提早防止次生災(zāi)害的發(fā)生。在緊急情況發(fā)生時,無人機(jī)可做到快速響應(yīng),為給政府應(yīng)急指揮部門提供直觀的搶險救災(zāi)地圖,為展開救援、指揮調(diào)度、實(shí)施救助、判斷道路損毀情況、搶修道路、以及部署災(zāi)后規(guī)劃重建等提供決策支持。土地整理、開發(fā)利用。通過無人機(jī)遙感監(jiān)測成果,及時發(fā)現(xiàn)和依法查處被監(jiān)測區(qū)域國土資源違法行為,建立利用科技手段實(shí)行國土資源動態(tài)巡查、監(jiān)管,對違法行為早發(fā)現(xiàn)、早制止、早查處的長效機(jī)制。水利及公路建設(shè)前期規(guī)劃。現(xiàn)在無人機(jī)航測的成果,影像清晰、分辨率高,精度能滿足水利基礎(chǔ)設(shè)施、公路可研、初測階段的用圖需求。生態(tài)監(jiān)測。針對國家生態(tài)建設(shè)的需求,各部門急需通過快速監(jiān)測手段進(jìn)行各類地表信息的動態(tài)監(jiān)測,無人機(jī)航攝系統(tǒng)為各部門治理相關(guān)生態(tài)問題提供快速、準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù),為生態(tài)監(jiān)測平臺建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)字城市與新農(nóng)村建設(shè)。無人機(jī)航攝系統(tǒng)可以緩解數(shù)字城市建設(shè)中航空攝影能力不足的壓力,而且對數(shù)字城市建成后的更新