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摘要：本文对 无人机遥感平台及在测量中的应用作了阐述。
关键词：无人机遥感平台；摄影测量；技术应用
中图分类号：P231文献标识码： A
引言：
无人机遥感技术作为一种新型的航空摄影测量方式，经过近几十年的发展，已成为传统航空摄影的有效补充。无人机遥感技术以其具有结构简单、使用成本低、起飞迅速等技术优点，在地理国情监测、应对重大突发事件、数字城市建设、国土资源调查测绘等诸多领域发挥了积极的作用。
1无人机遥感技术
无人机遥感是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS 差分定位技术和遥感应用技术，快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息，完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。
技术特点：第一，对场地要求低，作业方式灵活快捷，能快速响应拍摄任务；第二，平台构建，维护以及作业成本相对较低；第三，因其飞行高度低，能够获取大比例尺高精度的影像，在局部信息获取方面有着巨大的优势；第四，飞行高度一般低于1000m，不必申请空域；第五，能够获取高重叠度的影像，增强后续处理的可靠性；第六，便于携带转移方便。
2无人机获得的遥感数据的特点
通常飞机会在2km~12km的对流层或者12km~25km的平流层底部飞行，飞机在这一高度高速飞行时姿态平稳。超低空航空飞行时影响因素很多，阵风、热空气的升力、高压输电线发出的电磁干扰、通讯高塔等对飞机的飞行、控制都有影响。所以飞机获取的数据姿态角通常较大，尤其是航偏角，影像比例尺变化也非常明显。使用这一数据获取方式通常测区的范围较小，在短时间内就可以完成数据获取的任务。
传统的方法很难快速检测获取数据质量，当发现数据有问题再将飞机等设备重新运到测区补飞，成本过高。这就需要一种可以快速地处理原始数据，拼接出测区概略图的方法，虽说不能用于精确测量定位，但也具有很高的实用价值。
3在测量中的应用
3.1无人机平台摄影测量系统构成
基于无人机遥感平台构建的摄影测量系统主要由以下几部分组成（如图 1 所示）：1无人机飞行平台；2 飞行控制系统；3 影像获取设备；4 通信设备；5 遥控设备；6 地面信息接收与处理设备。其飞行控制系统主要包括：稳定飞行姿态的垂直陀螺，获取飞行平台位置信息的 GPS 接收天线，以及控制飞机自主飞行的微处理器。地面配套设备主要包括：实时影像的接收与显示的数据接收终端，数码相机获取的地面高清影像的数据处理终端，以及控制飞机起降、飞行和拍摄的遥控设备。
作业过程中，垂直陀螺能测量飞机的俯仰/翻滚姿态角，同时垂直陀螺与微处理技术的结合，使飞机可以在在自主飞行时保持在近似“水平”状态。机载通信设备将摄像头获取的实时影像、GPS 位置数据等传回地面数据接收终端，以使地面控制中心对飞机的飞行和拍摄情况进行监控，及时修正航向、飞行姿态等。最终获取的高清影像通过地面相配套的数字摄影测量工作站进行处理，由于这些影像重叠度较大(可达到 90%)、倾斜角与传统摄影测量相比较大等特点，其具体处理方法与传统的方法有一定的区别。
3.2系统主要技术指标
3.2.1 飞行平台的技术指标。基于无人机的摄影测量遥感平台还处于起步阶段，还没有一套完整的作业规范。现行的航测规范主要是参照大多数测绘单位现有的技术条件和仪器设备制定的，而无人机作为一种新型的低空对地观测平台，主要在 1000m 以下的高度进行航拍，且其采用的是高分辨率的数码相机作为成像设备，与传统的航空摄影测量有较大的不同。因此，已有的摄影测量规范在这种新型摄影平台上并不一定能适用。按照传统的航测作业准则，有以下几点参考指标：
（1）飞行速度宜在 50～100km/h 之内；
（2）发动机宜在飞机前进方向的后部(以避免湍流的影响)；
（3）在发动机出故障时，飞机应可以安全滑翔降落；
（4）相对地面的飞行高度的变化应小于 5%；
（5）相邻摄站飞行高度的变化应小于 5%；
（6）航摄平台在作业时其水平误差不得大于 3°；
（7）测量飞行速度的误差不大于 5%；
（8）偏离航线的绝对误差不得大于相片旁向覆盖域的 5%；
（9）因发动机引起的相机谐振，其振幅偏摆角在曝光时间内不大于 8.6″。
从现有的相应硬件设备来看，满足以上這些要求几乎不存在任何问题 。
3.2.2平台稳定度指标
航摄影像质量的优劣直接关系着摄影测量过程的繁简、摄影成图的工效和精度的，因此，空中摄影测量对飞行的质量的要求是比较高的。 无人机平台发展到今天，其自身的稳定度有了较大的提高，有实验数据表明，在侧风小于 4级的情况下，装载了飞行控制系统的无人机自主飞行时，其沿预定直线飞行的俯仰角和横滚角一般都在 3°以内。另外，飞行平台的稳定性主要取决于传感器的自身精度。GPS 卫星定位接收机的位置精度一般在+/-50 英尺范围内；AP30 和 AP50 的气压高度传感器的高度精度约为+/-10 英尺；使用 GPS 高度时，约为+/-50 英尺；空速传感器的速度精度约为显示值的 10%。自主飞行的控制精度主要取决于飞机自身的性能。对于一般的飞机来说，速度保持在设定值的+/-20%、高度保持在设定值的+/-50 英尺以内没有任何问题。表 1 是航测规范的相关要求和无人机自主飞行状况的折算数据的对比。表中的对比数据只是简单换算得到的，但大体上还是能反映出其相互关系的。
表1 无人机自主飞行摄影质量与相应航测规范之对比
3.2.3成图精度要求
这里从影像地面分辨率出发，参照 ADS40 数字航测相机的摄影比例尺与地面分辨率的对应关系，来推求相应成图比例尺对小型摄影测量系统的要求。以柯达 DCS 460 为例，将其焦距设在 25mm，则其对应成图比例尺的相应航高如表 2 所示。计算出来的摄影平台的相对飞行高度均在小型无人机摄影平台的飞行高度范围内。对于可更换镜头的相机而言，其相应的航高范围更大，可选择性更强。在基高比较小的情况下，可以通过加飞骨干网等方法，通过平差处理提高定位精度。
表2固定焦距条件下相应成图比例尺对应的摄影平台高度
4结语
目前，我国 600 多个大中小城市均不同程度地存在基础地理数据周期更新问题,仅靠传统的有人飞机航空摄影测量是无法完成的。另外, 还存在大量小块区域的地面影像获取问题, 这迫切需求一种全新的技术手段和解决方案,这给无人机遥感平台民用遥感技术带来了巨大的市场空间。
关键词：无人机遥感平台；摄影测量；技术应用
中图分类号：P231文献标识码： A
引言：
无人机遥感技术作为一种新型的航空摄影测量方式，经过近几十年的发展，已成为传统航空摄影的有效补充。无人机遥感技术以其具有结构简单、使用成本低、起飞迅速等技术优点，在地理国情监测、应对重大突发事件、数字城市建设、国土资源调查测绘等诸多领域发挥了积极的作用。
1无人机遥感技术
无人机遥感是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS 差分定位技术和遥感应用技术，快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息，完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。
技术特点：第一，对场地要求低，作业方式灵活快捷，能快速响应拍摄任务；第二，平台构建，维护以及作业成本相对较低；第三，因其飞行高度低，能够获取大比例尺高精度的影像，在局部信息获取方面有着巨大的优势；第四，飞行高度一般低于1000m，不必申请空域；第五，能够获取高重叠度的影像，增强后续处理的可靠性；第六，便于携带转移方便。
2无人机获得的遥感数据的特点
通常飞机会在2km~12km的对流层或者12km~25km的平流层底部飞行，飞机在这一高度高速飞行时姿态平稳。超低空航空飞行时影响因素很多，阵风、热空气的升力、高压输电线发出的电磁干扰、通讯高塔等对飞机的飞行、控制都有影响。所以飞机获取的数据姿态角通常较大，尤其是航偏角，影像比例尺变化也非常明显。使用这一数据获取方式通常测区的范围较小，在短时间内就可以完成数据获取的任务。
传统的方法很难快速检测获取数据质量，当发现数据有问题再将飞机等设备重新运到测区补飞，成本过高。这就需要一种可以快速地处理原始数据，拼接出测区概略图的方法，虽说不能用于精确测量定位，但也具有很高的实用价值。
3在测量中的应用
3.1无人机平台摄影测量系统构成
基于无人机遥感平台构建的摄影测量系统主要由以下几部分组成（如图 1 所示）：1无人机飞行平台；2 飞行控制系统；3 影像获取设备；4 通信设备；5 遥控设备；6 地面信息接收与处理设备。其飞行控制系统主要包括：稳定飞行姿态的垂直陀螺，获取飞行平台位置信息的 GPS 接收天线，以及控制飞机自主飞行的微处理器。地面配套设备主要包括：实时影像的接收与显示的数据接收终端，数码相机获取的地面高清影像的数据处理终端，以及控制飞机起降、飞行和拍摄的遥控设备。
作业过程中，垂直陀螺能测量飞机的俯仰/翻滚姿态角，同时垂直陀螺与微处理技术的结合，使飞机可以在在自主飞行时保持在近似“水平”状态。机载通信设备将摄像头获取的实时影像、GPS 位置数据等传回地面数据接收终端，以使地面控制中心对飞机的飞行和拍摄情况进行监控，及时修正航向、飞行姿态等。最终获取的高清影像通过地面相配套的数字摄影测量工作站进行处理，由于这些影像重叠度较大(可达到 90%)、倾斜角与传统摄影测量相比较大等特点，其具体处理方法与传统的方法有一定的区别。
3.2系统主要技术指标
3.2.1 飞行平台的技术指标。基于无人机的摄影测量遥感平台还处于起步阶段，还没有一套完整的作业规范。现行的航测规范主要是参照大多数测绘单位现有的技术条件和仪器设备制定的，而无人机作为一种新型的低空对地观测平台，主要在 1000m 以下的高度进行航拍，且其采用的是高分辨率的数码相机作为成像设备，与传统的航空摄影测量有较大的不同。因此，已有的摄影测量规范在这种新型摄影平台上并不一定能适用。按照传统的航测作业准则，有以下几点参考指标：
（1）飞行速度宜在 50～100km/h 之内；
（2）发动机宜在飞机前进方向的后部(以避免湍流的影响)；
（3）在发动机出故障时，飞机应可以安全滑翔降落；
（4）相对地面的飞行高度的变化应小于 5%；
（5）相邻摄站飞行高度的变化应小于 5%；
（6）航摄平台在作业时其水平误差不得大于 3°；
（7）测量飞行速度的误差不大于 5%；
（8）偏离航线的绝对误差不得大于相片旁向覆盖域的 5%；
（9）因发动机引起的相机谐振，其振幅偏摆角在曝光时间内不大于 8.6″。
从现有的相应硬件设备来看，满足以上這些要求几乎不存在任何问题 。
3.2.2平台稳定度指标
航摄影像质量的优劣直接关系着摄影测量过程的繁简、摄影成图的工效和精度的，因此，空中摄影测量对飞行的质量的要求是比较高的。 无人机平台发展到今天，其自身的稳定度有了较大的提高，有实验数据表明，在侧风小于 4级的情况下，装载了飞行控制系统的无人机自主飞行时，其沿预定直线飞行的俯仰角和横滚角一般都在 3°以内。另外，飞行平台的稳定性主要取决于传感器的自身精度。GPS 卫星定位接收机的位置精度一般在+/-50 英尺范围内；AP30 和 AP50 的气压高度传感器的高度精度约为+/-10 英尺；使用 GPS 高度时，约为+/-50 英尺；空速传感器的速度精度约为显示值的 10%。自主飞行的控制精度主要取决于飞机自身的性能。对于一般的飞机来说，速度保持在设定值的+/-20%、高度保持在设定值的+/-50 英尺以内没有任何问题。表 1 是航测规范的相关要求和无人机自主飞行状况的折算数据的对比。表中的对比数据只是简单换算得到的，但大体上还是能反映出其相互关系的。
表1 无人机自主飞行摄影质量与相应航测规范之对比
3.2.3成图精度要求
这里从影像地面分辨率出发，参照 ADS40 数字航测相机的摄影比例尺与地面分辨率的对应关系，来推求相应成图比例尺对小型摄影测量系统的要求。以柯达 DCS 460 为例，将其焦距设在 25mm，则其对应成图比例尺的相应航高如表 2 所示。计算出来的摄影平台的相对飞行高度均在小型无人机摄影平台的飞行高度范围内。对于可更换镜头的相机而言，其相应的航高范围更大，可选择性更强。在基高比较小的情况下，可以通过加飞骨干网等方法，通过平差处理提高定位精度。
表2固定焦距条件下相应成图比例尺对应的摄影平台高度
4结语
目前，我国 600 多个大中小城市均不同程度地存在基础地理数据周期更新问题,仅靠传统的有人飞机航空摄影测量是无法完成的。另外, 还存在大量小块区域的地面影像获取问题, 这迫切需求一种全新的技术手段和解决方案,这给无人机遥感平台民用遥感技术带来了巨大的市场空间。