無人機遙感數(shù)據(jù)獲取與處理研究摘要微型無人飛機的衛(wèi)星遙感信息采集是指利用微型無人飛機作為飛行載體，利用其機載高分辨遙測傳感裝置，實現(xiàn)對衛(wèi)星的高精度、高精度、高精度的衛(wèi)星遙感信息采集。它的構(gòu)成主要包括：無人機平臺、飛行控制系統(tǒng)、遙感傳感器及其控制系統(tǒng)、三軸穩(wěn)定平臺、通訊設(shè)備、無線遙控系統(tǒng)、地面站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。本文主要通過文獻研究法和描述性研究法，一方面，通過圖書館的書籍以及網(wǎng)絡(luò)上各種文獻對無人機遙感的相關(guān)知識進行學(xué)習(xí)，深入研究無人機遙感系統(tǒng)的組成、遙感數(shù)據(jù)獲取與處理的原理；另一方面，結(jié)合當(dāng)今無人機在各行業(yè)的應(yīng)用，對上述知識進行更加完善的闡述，并驗證相關(guān)理論。以此來補充無人機研究相關(guān)領(lǐng)域的成果，為進一步解決無人機通信的噪聲問題提供研究方向。關(guān)鍵詞：無人機;無人機遙感:無人機遙感系統(tǒng)目錄TOC\o"1-3"\h\u7985第一章引言 3169711.1研究背景（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢） 4166981.2研究問題 549071.3研究方法 523245第二章無人機遙感數(shù)據(jù)獲取的原理 637052.1無人機以及無人機遙感的基本概述 6191772.2無人機遙感數(shù)據(jù)獲取的特點 6270552.3無人機遙感數(shù)據(jù)獲取與處理的原理 816846第三章無人機通信所用的調(diào)制方式和解決噪聲問題的方法 1018953第四章無人機低空遙感影像實驗 11137604.1實驗概況 117234.2無人機低空遙感影像數(shù)據(jù)的獲取 11211594.2.1無人機低空遙感平臺的組成 11181624.2.2影像的自動獲取 12255794.3影像的處理 12286424.3.1影像的勻色與裁邊 12291864.3.2同點名自動量測與影像重疊度計算 13198464.3.3快速拼接全景影像圖 13229114.3.4區(qū)域網(wǎng)空中三角測量 13198264.3.5生成正射影像 1340184.3.6精度檢查 1432156第五章無人機的實際應(yīng)用 1419872第六章結(jié)論 15第一章引言無人機遙感(UAVremotesensing，UA-VRS)是一種采用了先進的無人駕駛飛機技術(shù)，遙感傳感器技術(shù)，遙測遙控技術(shù)，通信技術(shù)，POS定位技術(shù)，GPS差分定位技術(shù)，以及遙感技術(shù)的一種先進的、智能化的、專業(yè)化的、快速地獲取土地，資源，環(huán)境，事件等空間遙感數(shù)據(jù)，并對其進行實時處理、建模與分析的一種新型的、高科技的、高技術(shù)的、高精度的、高效率的、高質(zhì)量的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的遙感技術(shù)。20世紀(jì)初期，隨著越南的爆發(fā)，美國開發(fā)了一種新型的無人駕駛飛機，開始進行偵查工作。從那時起，歐美等大國就一直控制著無人駕駛飛機的關(guān)鍵技術(shù)，并且以軍用遙控為主。21世紀(jì)以來，伴隨著諸多核心技術(shù)的迅速發(fā)展，無人駕駛飛機的遙測技術(shù)也開始迅速發(fā)展，并逐步實現(xiàn)了民用，并且中國的無人駕駛飛機的生產(chǎn)技術(shù)也在不斷地發(fā)展，已經(jīng)站在了國際的前沿，特別是輕型和微型無人駕駛飛機。當(dāng)前，無論是在中國還是在全球，都出現(xiàn)了“無人機+工業(yè)應(yīng)用”的發(fā)展趨勢，其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也進入了高速發(fā)展階段。目前較為普遍的有：無人機+農(nóng)業(yè)、無人機+林草業(yè)、無人機+電力、無人機+測繪、無人機+大氣探測和無人機+地質(zhì)。同時，無人機也出現(xiàn)在了人們的日常生活中，例如：無人機表演、無人機攝影、無人機取物等。1.1研究背景（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢）隨著科技的發(fā)展，越來越多的科技產(chǎn)物造福著人類，無人機便是其中之一。無人機出現(xiàn)在20世紀(jì)初期，并且伴隨著有關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，它的性能變得更加的強大，與此同時，它的滲透性也得到了不同的提升，從只在軍隊中使用，逐步走向了民用。在剛結(jié)束的二十大報告中，黨中央就強調(diào)了科技創(chuàng)新，要實現(xiàn)各行各業(yè)的智能化，而無人機則是充當(dāng)了智能化的中介工具。在很多行業(yè)中，我們都能見到輕小型無人機的應(yīng)用[1]，而這些應(yīng)用也為行業(yè)的生產(chǎn)帶來了便利。無人機在諸多領(lǐng)域已初見成效，比如：在農(nóng)業(yè)方面對田地中各成分?jǐn)?shù)據(jù)的獲取，不僅可以改善土壤環(huán)境，還可以有效對害蟲、病菌等進行防治[2]；在林草業(yè)方面對森林和草原進行巡護和調(diào)查，同時還可以進行災(zāi)害防策預(yù)警；在電力行業(yè)方面對沿途的高壓線進行巡檢[3]；在娛樂表演方面，可用無人機組成陣列，在空中顯示出預(yù)想的圖案等。然而，這些應(yīng)用都是基于無人機遙感數(shù)據(jù)的獲取和處理功能的。為了保證無人機盡可能準(zhǔn)確地獲取到數(shù)據(jù)，通常需要多種技術(shù)相協(xié)調(diào)，包括自主飛行控制和導(dǎo)航技術(shù)、任務(wù)載荷設(shè)備技術(shù)、通信與數(shù)據(jù)鏈技術(shù)、發(fā)射和回收技術(shù)、環(huán)境感知和避障技術(shù)等[4]，其中任務(wù)載荷設(shè)備技術(shù)在數(shù)據(jù)獲取方面更為重要。采集數(shù)據(jù)信息本質(zhì)上就是利用傳感器來接收外部的信號，但如何使這些設(shè)備在無人機上也能正常、高效地工作，這便是任務(wù)載荷設(shè)備技術(shù)所要解決的問題[5]。當(dāng)無人機收集到了有關(guān)的資料之后，需要通過通訊和數(shù)據(jù)鏈接的方式，將這些資料發(fā)送到地面上。除了在地面上搭建一個無人駕駛飛機的飛行平臺外，還需要在地面上搭建一個無線電連接。[6]，還要確?？紤]傳輸過程中噪聲的影響和安全性[7]。當(dāng)?shù)孛娑私邮盏綌?shù)據(jù)之后，便可以通過各種算法對這些零散的數(shù)據(jù)信息進行處理。比如，在無人機航拍過程中，利用AgisoftPhotoScan軟件，可以對數(shù)據(jù)進行自動化快速拼接處理、生成數(shù)字正射圖像處理和生成數(shù)字高程模型處理[8]。數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理是與飛行器有關(guān)的三個重要的步驟，也是有關(guān)飛行器的三個重要步驟。唯有這三個步驟的互相合作和協(xié)同工作，飛行器才能正確地向我們傳遞出我們所需的數(shù)據(jù)。無人機的出現(xiàn)給人們帶來很多改變。在軍事上，無人機由于零傷亡、低成本等，常用來偵察、作戰(zhàn)等[9]。在科研、農(nóng)業(yè)、測繪、電力巡視等方面，無人駕駛飛機能夠有效地解決傳統(tǒng)的衛(wèi)星與常規(guī)飛機的時間效率低、機動能力差、受天氣條件制約、云下圖像難以獲得等問題。中國的大疆創(chuàng)意技術(shù)公司，發(fā)布了全球第一款可以自由飛行的航空攝影設(shè)備“大疆精靈Phantom1”，這讓無人機的應(yīng)用變得更加簡單，也讓更多的人開始接觸到了更多的用戶[10]，推動了其余小型民用無人機企業(yè)的發(fā)展生產(chǎn)，從而使我們在日常生活中就能看見無人機的實體。1.2研究問題無人機所涉及的知識眾多，我便擇了以無人機遙感數(shù)據(jù)的獲取和處理為核心的課題，從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理三個方面進行了深入的探討。項目擬開展基于無人駕駛飛機的衛(wèi)星遙感信息采集和分析理論與方法的理論與技術(shù)研究。在對無人機遙感系統(tǒng)的概念、無人機遙感技術(shù)原理、遙感數(shù)據(jù)與處理方式有充分理解的前提下，并與特定的現(xiàn)實應(yīng)用相聯(lián)系，對無人機遙感系統(tǒng)的組成、數(shù)據(jù)獲取的流程、數(shù)據(jù)處理的基本算法進行深入的分析，并對無人機遙感數(shù)據(jù)與處理在各種實際應(yīng)用中的差別進行對比。具體研究問題有以下四個：研究無人機遙感數(shù)據(jù)獲取的原理；研究無人機通信所用的調(diào)制方式和解決噪聲問題的方法；研究無人機遙感數(shù)據(jù)處理的原理和一些基礎(chǔ)算法；了解無人機的實際應(yīng)用；1.3研究方法通常采用的研究途徑有以下四種：文獻研究法、實證研究法、描述性研究法、實驗法。文獻研究法是查閱文獻資料，學(xué)習(xí)掌握無人機遙感的相關(guān)知識，研究和參考相關(guān)的輕小型無人機遙感文獻提供的數(shù)據(jù)獲取、處理的具體流程和軟硬件原理。實證研究法是指通過實物驗證遙感數(shù)據(jù)的獲取流程，并用軟件仿真遙感數(shù)據(jù)的處理過程。描述性研究法是指將有關(guān)無人機遙感在各行業(yè)中的實際應(yīng)用的理論進行歸納總結(jié)，通過自己的理解和驗證，對無人機遙感數(shù)據(jù)獲取、處理的相關(guān)知識進行敘述并解釋出來。實驗法是指借助各種方法技術(shù)，如利用各種仿真軟件，深刻理解遙感數(shù)據(jù)處理的原理與相關(guān)算法。本課題我選取文獻研究法和描述性研究法作為研究途徑。一方面，通過圖書館的書籍以及網(wǎng)絡(luò)上各種文獻對無人機遙感的相關(guān)知識進行學(xué)習(xí)，深入研究無人機遙感系統(tǒng)的組成、遙感數(shù)據(jù)獲取與處理的原理；另一方面，結(jié)合當(dāng)今無人機在各行業(yè)的應(yīng)用，對上述知識進行更加完善的闡述，并驗證相關(guān)理論。第二章無人機遙感數(shù)據(jù)獲取的原理2.1無人機以及無人機遙感的基本概述“無人機”指的是“無人飛行器”，英文也被稱為“UAV”（UAV）。無人駕駛飛機是指無人駕駛、自動編程飛行、遙控遙控飛行，并可重復(fù)利用的一種飛機。無人機遙感是將無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、無線通信技術(shù)、定位定姿技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)等融合在一起（見圖1)，以無人駕駛的飛行器為基礎(chǔ)，結(jié)合各種傳感器，對高時間和高時間的、高時間、高時間和大容量的、高質(zhì)量的、高精度的、高效率的空間遙感信息進行數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用研究的一種新型的、具有重要意義的航空遙感技術(shù)。它是對對傳統(tǒng)太空（衛(wèi)星平臺）和航空（有人駕駛飛機平臺）進行有效的輔助，它打開了第三代遙感平臺（近地面遙感），并在各個產(chǎn)業(yè)中得到了普遍的運用。圖1無人機遙感系統(tǒng)的組成2.2無人機遙感數(shù)據(jù)獲取的特點由于無人機無需駕駛位，所以整體的體積小、成本低。而且無人機可搭載高精度設(shè)備，對一些環(huán)境較惡劣的區(qū)域進行勘察，確保了人員的安全以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；同時隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，采集的數(shù)據(jù)可實時上傳至云端服務(wù)器，以防數(shù)據(jù)的丟失。因為這些特點，無人機逐步成為數(shù)據(jù)采集的較優(yōu)選擇。微型無人飛機的衛(wèi)星遙感信息采集是指利用微型無人飛機作為飛行載體，利用其機載高分辨遙測傳感裝置，實現(xiàn)對衛(wèi)星的高精度、高精度、高精度的衛(wèi)星遙感信息采集。它的主要構(gòu)成部分包括了：無人駕駛系統(tǒng)平臺、飛行控制系統(tǒng)、遙感傳感器及其控制系統(tǒng)、三軸穩(wěn)定平臺、通訊設(shè)備、無線遙控系統(tǒng)、地面站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。目前，可使用在遙感信息采集中的傳感器的類型比較多，比如：數(shù)碼相機、多光譜和高光譜相機、多光譜掃描儀、紅外掃描儀、側(cè)視雷達等。受其運載能力的限制，當(dāng)前用于其遙感數(shù)據(jù)采集的傳感器大多是數(shù)字?jǐn)z像機和輕便的多波段攝像機。根據(jù)不同的飛行器型號和不同的遙感傳感器，國外開發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也出現(xiàn)了多種功能的形態(tài)。航空航天領(lǐng)域中，航空航天領(lǐng)域的高精度、高精度、高可靠性等關(guān)鍵問題是航空航天領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題。微型無人駕駛飛機的裝載能力和感知設(shè)備的品質(zhì)是制約其飛行安全的重要原因。Saari等利用Perro干涉技術(shù)，研制出一套具有500-900nm波段，空間分辨7-11nm的高精度偽色彩成像裝置，并將其應(yīng)用到無人駕駛飛機上，使其重量不超過400g。Merino等開發(fā)了一種可搭載紅外、可見光及大火探測器等多個傳感器的無人機低空遙感系統(tǒng)，該系統(tǒng)整合了圖像分割序列、圖像穩(wěn)定及座標(biāo)定位等多用途的圖像處理功能，可以實時探測目標(biāo)。根據(jù)XiangHaitao等研制的無人駕駛飛機的重量不超過14kg，利用多個多源傳感器的融合與卡爾曼濾波器技術(shù)，研制出一套與無人機與無線電遙控相連的地面控制裝置，完成任務(wù)規(guī)劃、飛行指令執(zhí)行及對衛(wèi)星影像的即時監(jiān)控，完成影像資料的即時傳送，并將此裝置運用到農(nóng)藥施肥試驗田間，獲得高分辨衛(wèi)星影像，將其應(yīng)用到農(nóng)作物長勢的監(jiān)控中。對衛(wèi)星影像進行采集和無線傳送，必須具備數(shù)字化、輕型化、小型化、快速、節(jié)能、多用途等特征，而航空影像資料的采集和無線傳送，最重要的就是要將衛(wèi)星影像資料以模擬或數(shù)字化的形式傳送到地表。在此基礎(chǔ)上，針對航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，提出了一種新的解決方案：對航空航天飛行器進行高精度、高精度、高精度的航姿控制方法。Grasmeyer等對以BlackWidow無人機為基礎(chǔ)的影像傳送系統(tǒng)進行了分析，它使用的是一套具有2.4GHz的調(diào)頻體系，并且它的影像發(fā)射器的品質(zhì)為1.4g，它的有效傳送范圍為1.5km，所獲得的影像是非常清楚和可以分辨的。由德國柏林科技學(xué)院研制的多功能燃油驅(qū)動的無人直升飛機“MARVIN”配備了一臺CanonS45數(shù)碼照相機，一臺機載電腦，以及一套影像無線電傳送裝置，電腦可以從照相機取得影像，再經(jīng)由一條網(wǎng)路傳送至地表的接收端。美國加利福尼亞大學(xué)（UniversityofSouthernUniversity）已開發(fā)出一套由三臺相機組成的AVATAR（自動跟蹤器），其頭部（中央為1臺MicroPixC-1024相機，兩側(cè)為2臺BOTWebcams相機），用于獲取影像并進行可視化的影像，并由一臺微型影像傳送裝置完成影像的獲取與影像的視覺引導(dǎo)。美國桑德斯公司生產(chǎn)的“MicroStar”無人機，配備了一套6G的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，可以在5公里的距離內(nèi)，將拍攝到的影像資料，實時發(fā)送給地面。Kinkaid公司在前期研究基礎(chǔ)上，針對小型無人駕駛飛機在地面上運行時，因其自身攜帶的相機品質(zhì)3.3g，影像發(fā)送端1.6g，發(fā)送端2.4GHz，功率50MW，采用地面基站的方式進行監(jiān)控，從而有效的克服了小型無人駕駛飛機在地面上運行時產(chǎn)生的影像不穩(wěn)的難題。近年來，我國在微型無人駕駛飛機的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送等方面做了較多的工作，已有一些成果。魯恒等人則是將設(shè)計好的路線加載到了遙控飛機的遙控飛機上，遙控飛機在飛行過程中，遙控飛機會根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的路線和攝像模式，操縱攝像機對其進行攝像，并將其記錄下來。高珍等利用5/3增量小波圖像壓縮算法，結(jié)合Turbo碼的信道錯誤校正和擴展頻率技術(shù)，研究了一種新的圖像數(shù)據(jù)傳輸方法，解決了目前微型無人機圖像仿真?zhèn)鬏斨写嬖诘娜毕莺蛯崟r可靠傳輸?shù)膯栴}。 辛哲奎等提出了一種基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的機載云臺自適應(yīng)跟蹤控制算法，研究攝相機的姿態(tài)控制器，利用相機的影像和相機的位置信息，并結(jié)合相機的位置和運動情況，來控制云臺相機的位姿，從而使相機在追蹤目標(biāo)時，能夠保證在相機的影像中，使地面上的物體處于相機的影像中。馮震等利用VisaulC++6.0平臺，為旋翼微型無人駕駛飛機提供了一種新的地面控制臺，該控制臺可對飛機進行航路設(shè)置與任務(wù)規(guī)劃，可對飛行記錄進行存儲與回放，可對航拍影像進行接收，并對其進行三維建模與仿真，可對飛機的飛行姿態(tài)、位置與運行狀況進行實時展示，突破了遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)程操控的限制，可對旋翼微型無人駕駛飛機進行遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)程操控。陳貽國等設(shè)計了一種以ARM單片機為核心，通過無線通信的方法，將從串口收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到使用VisualBasic編寫程序開發(fā)的，具備軌道記錄與預(yù)測、手動控制飛行、飛行狀態(tài)監(jiān)控和視頻影像顯示等功能的地面基站平臺上，它的傳輸速率比較高，可以達到對無人機航拍系統(tǒng)的需求。李登亮等以計算機為核心，結(jié)合影像處理及傳送技術(shù)，建立了一套針對UAV負(fù)載的影像模擬系統(tǒng)。胡開全等對固定翼式無人駕駛飛機低空遙測的航空攝影設(shè)計、航空攝影實現(xiàn)等進行了探討。2.3無人機遙感數(shù)據(jù)獲取與處理的原理無人機傳感器為利用無人駕駛飛機進行衛(wèi)星遙感信息的工業(yè)生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)支撐。當(dāng)前，工業(yè)應(yīng)用的無人機傳感器主要有：光學(xué)相機、多/高光譜成像儀、激光雷達掃描儀、熱紅外成像儀和合成孔徑雷達。由于目前使用中的無人機多為輕小型無人機，其載重能力和機艙空間均有限，所以搭載的傳感器多具備重量輕、體積小、功耗小等特性。但隨著微電子技術(shù)、納米技術(shù)、集成電路等的發(fā)展，為無人機提供了更多可選擇的載荷。通過這些傳感器，無人機便能順利拍下人們想要的圖像，圖像中也包含了各種各樣的信息。無人機遙感數(shù)據(jù)的獲取大致可分為三步，如圖2所示。圖2遙感數(shù)據(jù)獲取的流程圖第一步對數(shù)據(jù)需求的分析，是為了確定在采集該種數(shù)據(jù)時無人機所要保持的姿態(tài)和所需的傳感器種類。例如利用無人機拍攝農(nóng)業(yè)莊稼和拍攝地理風(fēng)貌時，無人機需要保持不同的高度，對角度也有一定的要求。第二步是最關(guān)鍵的一步，由于采集的數(shù)據(jù)指標(biāo)不同，通常需要無人機配置不同傳感器來滿足要求。第三步便是在前兩步的基礎(chǔ)上利用傳感器來接收信號，采集數(shù)據(jù)。無線通訊是突破“信息孤島”、提升其作業(yè)能力的一項核心技術(shù)，而其信號處理能力與頻率、帶寬等特性密切相關(guān)。然而，在6GHz以上6GHz的中低頻頻段日趨緊張和擁擠的情況下，30-300GHz(30-300GHz）具有資源充足、抗噪聲性能好等優(yōu)點，有望用于無人機通信。但是，由于毫米波在傳輸過程中存在著較強的衰減，因此，為了補償傳輸過程中的損失，必須采用大量的陣列式天線來實現(xiàn)。最近幾年，隨著毫米波基帶、射頻以及天線等設(shè)備的技術(shù)逐步完善，已具有了批量制造和使用的條件。毫米波的高頻、短波、天線體積較小、設(shè)備易于集成性強，無需額外的額外載荷即可實現(xiàn)較小面積、較大面積的陣列式，為無人駕駛飛機提供了便利。在無人機通訊朝著群組協(xié)作的趨勢發(fā)展的過程中，無人機必須通過本地協(xié)作來實現(xiàn)無人機難以實現(xiàn)的協(xié)作。所以，對計算機之間通訊的探討就特別有意義。無線通信確保了無人機采集到的數(shù)據(jù)能夠順利、安全地傳回地面端，也為無人機機群協(xié)調(diào)工作奠定了基礎(chǔ)。如何有效地分析和有效地獲取與工業(yè)相關(guān)的遙感數(shù)據(jù)，是制約該技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用的重要因素。當(dāng)前，對無人機衛(wèi)星的預(yù)處理，基本都是參考或者在此基礎(chǔ)上加以改良，其主要運用了統(tǒng)計回歸、機理模型反演、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法，從預(yù)處理后的資料中，抽取出工業(yè)應(yīng)用中需要的信息。因為無人機所采用的各種類型的傳感器，并且容易受到周圍的影響，所以在進行具體的預(yù)處理和數(shù)據(jù)采集時，就會產(chǎn)生一些屬于無人機平臺的特殊問題。就拿光學(xué)舉例，無人機光學(xué)遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要包括輻射校正、幾何校正和圖像拼接。圖3光學(xué)遙感數(shù)據(jù)的處理由于輕小型無人機遙感系統(tǒng)飛行高度低，地表至傳感器之間的大氣對于傳感器鏡頭處輻照亮度的影響微弱，大氣對輻射傳輸?shù)挠绊懣梢院雎?，因而無人機光學(xué)遙感通常只需要進行輻射校正。目前，無人機影像基本上沿用傳統(tǒng)的遙感輻射校正方法，主要采用經(jīng)驗線性方法、圖像回歸法、偽不變特征法、暗集亮集法、未變化集輻射歸一法等。上述方法均需要人工選取樣本建立樣本集，而且樣本集質(zhì)量的好壞直接影響到相對輻射校正結(jié)果，而且在消除圖像間輻射差異的同時，也消除了部分地物的變化信息。數(shù)據(jù)處理讓研究人員們更加直接觀測到他們想要的數(shù)據(jù)、結(jié)果，便于后續(xù)研究分析的進行。無人機通信所用的調(diào)制方式和解決噪聲問題的方法美國佛羅里達州的Embry-Riddle航空公司和美國佛羅里達的私人飛機生產(chǎn)商VTOL合作，開發(fā)了一項可有效減少電力飛機噪聲的技術(shù)，并已提交了相應(yīng)的技術(shù)。目前市場上最常見的還是電力驅(qū)動的，因為電力驅(qū)動的飛行器很容易控制，也能大大減少二氧化碳的排放量，但是螺旋槳的高速轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生噪聲。為更好地減少噪聲對周圍居民的干擾，研究者們決心專門研發(fā)一種既能減少噪聲又不會影響工作的技術(shù)。研究學(xué)者已經(jīng)證明，當(dāng)飛行器飛行時，其發(fā)出的噪聲僅會對周圍居民的正?；顒釉斐筛蓴_，而當(dāng)飛行器飛行時，其噪聲就會被忽視。所以，如果在低空飛行時能維持穩(wěn)定的飛行速度，那么就能很好地控制飛機的噪聲。此技術(shù)的目的是通過對推進器和推進器間距進行自動調(diào)整，并在確保電動機處于穩(wěn)定的輸出條件下，達到降噪效果。在將來，航空運輸將會受到更多的重視，特別是在噪聲問題上。就像是我們從一段80年代的影片《藍雷》里，有一臺警察用的是無聲的方式，默默的執(zhí)行著自己的使命。雖然當(dāng)前的技術(shù)尚不能在噪聲與效能之間取得平衡點，但卻能在某種程度上達到減少噪聲的效果。當(dāng)前，這項技術(shù)還處在實驗室的探索中，不過它為未來的研發(fā)創(chuàng)新提出了新的理念和發(fā)展趨勢。第四章無人機低空遙感影像實驗在信息高速發(fā)展的時代，如何快速獲取數(shù)據(jù)成為當(dāng)前科學(xué)研究的重點，相比傳統(tǒng)的測量方式，現(xiàn)代衛(wèi)星、大型飛機等航空航天影像測量已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但是這在某些地區(qū)也并不適用，尤其是在西部多云多霧地區(qū)，如果要想獲得高分辨率的影像，就可以使用當(dāng)前最新型的無人機低空遙感技術(shù)。無人機作為現(xiàn)代測量中必不可少的補充手段，具有低空飛行的能力，有效彌補了普通衛(wèi)星與航空測量影像分辨率不高的缺陷。4.1實驗概況此次無人機遙感測量，選取了一個地震高發(fā)、氣候條件比較復(fù)雜的地區(qū)，在這個地區(qū)的地形為：西南高、東南低。此次無人機航測的最高海拔為650m，它的飛行測量的范圍是10km2，無人機所得到的圖像分辨率可以達到毫米級別，一共拍攝了500多幅圖像。4.2無人機低空遙感影像數(shù)據(jù)的獲取4.2.1無人機低空遙感平臺的組成遙感系統(tǒng)可分成兩個部分：一是地面部分，二是空中部分，空中部分包括遙感傳感器系統(tǒng)、空中自動控制系統(tǒng)和無人駕駛飛機。地面部分主要包括：無人機航跡規(guī)劃系統(tǒng)，地面控制系統(tǒng)和地面信號處理系統(tǒng)。在天上，它主要依靠的是無人機上的高清攝像頭，將無人航拍攝的圖像，用感應(yīng)器傳送到了地面接收系統(tǒng)中。而在此過程中，地面接收系統(tǒng)可以利用路線規(guī)劃系統(tǒng)來控制無人機的航道，整個系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。圖4無人機低空遙感平臺構(gòu)成4.2.2影像的自動獲取無人機自動獲得衛(wèi)星遙感圖像的過程是：根據(jù)真實的觀測需要，需要地面操作員對攝影區(qū)域的路線進行科學(xué)的計劃，并將預(yù)先計劃好的路線加載到無人機的控制系統(tǒng)中。之后，無人機會按照預(yù)先裝載好的路線，在預(yù)先設(shè)定好的路線上，對其上的攝像頭進行操作，對其進行圖像的采集：之后，攝像機會將采集到的信息保存下來。4.3影像的處理4.3.1影像的勻色與裁邊與無人機航拍獲得的照片相比，可以看出，航空、衛(wèi)星的照片存在著顏色、明暗等不同的現(xiàn)象，其原因有很多，如拍攝時天氣、云霧等，也有很大一部分是因為照相機的暴露量不夠。所以，如果要得到高質(zhì)量的圖像，需要利用光柵圖像裁切工具，將圖像的邊緣區(qū)域切去，同時對無人機獲取的全部圖像進行細(xì)致的加工，以勻色或裁邊來保證圖像的分辨率的提升。4.3.2同點名自動量測與影像重疊度計算通過對兩個鄰近圖像的對比，可以得到很多的同名點。在此次的測試中，鄰近圖像的匹配點大約有400個左右，相同的地區(qū)的圖像是均勻的，這可以達到對重合度的要求。對相同名稱的兩個點進行了量測之后，就可以得到鄰近圖像所對應(yīng)的重合率，當(dāng)重合率與預(yù)定的重合率基本上一致時，就可以對其進行后續(xù)的再處理了。4.3.3快速拼接全景影像圖無人機航測得出的全景影像圖與正射影像圖有一些差異。雖然有些圖像還會有一些誤差，甚至出現(xiàn)錯位的現(xiàn)象，不過這種方式比較適合在自然災(zāi)害經(jīng)濟救援，比如在汶川大地震等災(zāi)害的緊急資料采集中，利用無人機的遙感技術(shù)，可以得到拍攝地區(qū)的詳細(xì)信息。但因為接邊會有很大的偏差，所以無法達到高精度制圖、國土資源調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測的要求。4.3.4區(qū)域網(wǎng)空中三角測量在進行空氣三角測量的時候，要在大地上布置一些控制點和檢查點，這樣就可以組成一個地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)實的實驗中，一共布置了40個控制點，將20多個控制點作為檢查點來進行平差。這種測量方法可以對控制點獲取的準(zhǔn)確性進行高效的提升，應(yīng)該將控制點均勻地分散在測試區(qū)域中，或者是在具有特征較為顯著的地方。4.3.5生成正射影像在進行DEM、生成正向投影等基本運算時，采用了空氣三角法。在此次的試驗性測試中，采用了空氣三角測量的方法，將無人機航測的圖像同名點進行相交，從而得到了數(shù)量龐大的離散三維點，利用電腦與無人機進行互動，從而得到了測量區(qū)域的DEM，之后再產(chǎn)生出正射圖像。4.3.6精度檢查為對實驗中產(chǎn)生的正射圖像的準(zhǔn)確性進行檢驗，在檢測的過程中，在檢測中，隨機選取10個或更多的地面控制點，將10個控制點的特定位置，將其與實際的坐標(biāo)相對照，通過在測試中得到的10個控制點，可以看出，地面控制點的偏差大約為0.6，這足以證明所產(chǎn)生的正射圖像較為完美，所獲得的衛(wèi)星觀測資料具有很高的實用性，可以滿足后期的測量與實用的需要。因此，本論文提出了一種基于無人駕駛飛機的低空探測方法。這一試驗的結(jié)果表明，利用無人機采集到的低空遙感資料能夠充分地符合實際應(yīng)用的需要，它是對衛(wèi)星和大型飛行器的遙感探測的一種有益的互補，唯有將無人機的低空遙感資料的采集和數(shù)據(jù)的處理方式把握好，才可以適應(yīng)目前日益普遍的應(yīng)用需要。第五章無人機的實際應(yīng)用5.1無人機遙感數(shù)據(jù)獲取與處理在實際應(yīng)用中的具體體現(xiàn)開展基于無人機的農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)生產(chǎn)、作物性狀輔助育種、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與災(zāi)情監(jiān)測與評價4項技術(shù)。在精細(xì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過對作物、土壤、雜草等環(huán)境要素的實時實時采集，可對作物生長、生物與非生物逆境脅迫進行量化監(jiān)控，為農(nóng)田施肥、施肥、灌溉與播種等提供精確的科學(xué)依據(jù)，從而提高要素的使用效能，達到降低成本提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在森林草原資源調(diào)查、森林草原巡護、災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警等領(lǐng)域，是目前國內(nèi)外研究的熱點和難點。無人機遙感圖像具有高分辨率、豐富紋理信息等特點，通過人工視覺判讀可以有效解決遙感圖像的地類型及優(yōu)勢種鑒定問題。無人駕駛飛機的LiDAR可以透過樹冠獲得林木的3D點云，通過對樹冠進行分選，建立樹冠高的模式，可以對林木、草地進行樹木的身高、生物量的估算，以及對樹木生長情況進行監(jiān)控。近幾年，在電網(wǎng)中，無人駕駛飛機被廣泛應(yīng)用到電網(wǎng)中進行電網(wǎng)巡查，可為電網(wǎng)公司節(jié)約大量的資源、人員、設(shè)備、設(shè)備等，有效地提升電網(wǎng)巡查的效率與品質(zhì)。當(dāng)前，無人駕駛飛機巡視技術(shù)通過高分相機、紅外熱成像儀、LiDAR等多種手段獲得電力輸送線及其周圍的有關(guān)數(shù)據(jù)，再通過無線通訊將其發(fā)送至地面，對其進行分析和探測，從而確定電力輸送線的故障和可能的風(fēng)險源。與手工巡視相比，無人機巡視顯示出更好的表現(xiàn)：多角度、定點拍攝的高清影像，可以為用戶帶來更多的細(xì)節(jié)，有助于用戶識別出一些隱蔽的漏洞；不受到地形及環(huán)境的制約，可節(jié)約人工工作的工時，可大大減少人員傷亡的風(fēng)險；在高壓電力系統(tǒng)中安裝高海拔的紅外線測量裝置，對降低電力系統(tǒng)運行中的工作負(fù)擔(dān)具有重要的作用。在使用了激光雷達技術(shù)之后，還可以對線路走廊超高樹木、超高違章構(gòu)構(gòu)物等危害線路安全運營的東西進行探測，從而可以對線路障礙進行有