无人机系统与服务ok.docx

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无人机系统与服务ok

无人机遥感系统与服务

✧无人机遥感技术

✧无人机遥感系统组成

✧主要无人机遥感系统介绍

✧无人机遥感数据处理软件

✧无人机遥感服务与报价

✧典型应用

1.无人机遥感技术

1．基本原理

低空遥感技术是指以固定翼无人机、无人驾驶直升机和飞艇等低空飞行平台为载体，以高性能数码相机为主要传感器，灵活、快速、高效地获取测区高分辨率影像信息的航空遥感技术方法。

低空遥感技术可用于中小范围内的巡查，更适合重点和热点地区的应急监测和重复监测；是卫星遥感和有人机航摄的有效补充，将成为航空遥感信息获取的重要手段。

2004年，在伊斯坦布尔举办的第20届国际摄影测量与遥感大会（ISPRS2004Istanbul）上通过的决议：

“无人飞行器（UAVs）提供了一个新的、可控的遥感数据获取平台”，“UAVs潜在地提供了一种比有人飞机遥感平台更迅捷、廉价的遥感数据获取手段”。

无人驾驶飞行器出现在1917年，早期的无人驾驶飞行器的研制和应用主要用作靶机，应用范围主要是在军事上，后来逐渐用于作战、侦察及民用遥感飞行平台。

20世纪80年代以来，随着计算机技术、通讯技术的迅速发展以及各种数字化、重量轻、体积小、探测精度高的新型传感器的不断面世，无人驾驶飞行器系统的性能不断提高，应用范围和应用领域迅速拓展。

世界范围内的各种用途、各种性能指标的无人驾驶飞行器的类型已达数百种之多。

续航时间从一小时延长到几十个小时，任务载荷从几千克到几百千克，这为长时间、大范围的遥感监测提供了保障，也为搭载多种传感器和执行多种任务创造了有利条件。

2．技术特点

低空遥感技术的技术优势主要有：

（1）快速响应能力

低空遥感系统运输便利、操作简单。

待命状态下两个小时内出动；到现场后一个小时内起飞；降落后20分钟内查看影像，可快速发现，快速核查和处理。

我国现阶段对低空域不实行管制，因此开展低空遥感工作不必申请空域，大大提高了应急相应能力。

（2）更强的天气适应能力

低空遥感系统飞行高度低，可采用云下飞行，受天气的影响较小，数据获取的时间窗口更宽。

大部分突发性地质灾害在汛期发生，因此采用低空遥感开展应急监测的适应能力更强。

（3）高清晰航空影像获取能力

因其飞行高度低，可获取5CM的高分辨率影像；可实时传输高清晰视频图像。

（4）飞控自动化操作简单

按照预设的飞行范围和航线自主飞行；机载相机自动控制。

（5）低使用和维护成本

平台构建、维护以及作业的成本极低。

正常情况下的支出：

系统使用的直接成本近乎零；主要是系统折旧费、人员费、交通费等。

随着大量实验生产的开展，低空遥感技术已日趋成熟，无人机遥感技术以其机动、灵活、快速反应能力和运行成本低等优势，正逐步成为航空遥感系统的有益补充，特别是在小范围的遥感应用中能发挥相当重要的作用。

近年来已成为一项空间数据获取的重要手段之一，是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充。

（6）实用于危险区域的空中监测。

飞行平台无须载人操控，而且成本较低，在危险条件下开展应急监测工作的风险小。

3.低空遥感技术的应用情况

低空遥感监测系统是一种高机动性、低成本的小型化、专用化遥感监测系统。

它以无人驾驶飞行器为飞行平台、以高分辨率遥感设备为机载传感器、以获取低空高分辨率遥感数据为应用目标，具有对地快速实时调查监测能力。

随着系统功能的不断完善，可广泛应用于土地利用动态监测、矿产资源勘探、地质环境与灾情监测、地形图更新与地籍测量、海洋资源与环境监测以及农业、林业、水利、交通等部门，尤其对车船无法到达地带的环境监测、有毒地区的污染监测、灾情监测及救援指挥，低空遥感监测系统更具有其独特的优势。

目前，低空遥感系统在土地利用调查、矿产资源开发监测、灾害监测中得到了广泛应用，为给国土资源调查和管理提供新的技术手段。

近年来，典型的应用有以下几个方面。

（1）用于汶川地震次生地质灾害的应急监测

2008年5月12日22时30分，甘肃省有关部门接到陇南市上报情况，致使陇南市徽县嘉陵镇下游1km的宝成铁路150km＋300m处发生山体崩塌，崩塌土方涌入嘉陵江，致使水道堵塞。

崩塌地带形成一个宽30m，高6m，长100m，大约3万m3的土方堆积。

嘉陵江水只能从滑坡土方较低一侧和江边公路上漫过，过水流量为每秒４-５m3。

滑坡土方上游现在形成蓄水60万m3，水位猛涨，随时伴有溃坝引起下游洪灾的危险。

更严重的是，由于山体崩塌灾害导致109隧道南下出口被堵，由宝鸡东开往广元的21043次货物列车脱线事件，造成40余节列车被掩埋，其中12节油罐车被埋在隧道中并起火燃烧。

我国西北地区入川铁路运输的大动脉宝成铁路中断，北方各省南下救灾物资无法入川，严重影响救灾进度。

2008年5月14日，国土资源部指示航遥中心尽快采用遥感方面进行监测，在无法及时获取灾后卫星遥感的情况下，为快速对该堰塞湖与宝成铁路线109隧道进行地震地质灾害调查，航遥中心抗震救灾指挥部决定采用无人机获取遥感数据。

并对宝成线铁路109号隧道崩塌、堰塞湖及其附近地区由于汶川特大地震引起次生地质灾害的危害性进行初步评估。

无人机外业航拍工作组织了4人飞行小队，以最快速度整理装备赶扑现场。

16日下午到达宝成线铁路109号隧道崩塌及其堰塞湖现场，完成无人机拍摄任务。

当天晚上将飞行数据传回，进行后期数据处理；17日下午向部局抗灾指挥部提供无人机拍摄遥感影像图及解译初步成果。

图2-2地震后崩塌附近地区无人机拍摄的影像图

图2-3DZ08号堵江崩塌现场照片

（2）用于陕西安康滑坡应急调查

2010年7月18日陕西安康市大竹园镇因强降雨引发滑坡，30余人被埋或失踪。

遵照部、局指示，中心快速反应，7月20日晚上连夜协调了无人机机组，于21日凌晨4时紧急奔赴灾区，同时从北京派遣数据处理、影像图制作和遥感解译方面的六位专家前往西安。

21日16时，无人机机组抵达灾区现场，即开始了无人机安装。

一切就绪后，17时随即起飞，直奔灾区，17时35分落地，获取了灾区11平方公里的第一手数字影像300张，影像分辨率0.16米。

经遥感解译陕西安康滑坡灾害是一次复合型地质灾害，可以分为滑塌区、铲刮区、撞击区、粘性泥石流区（碎屑流区）、稀性泥石流区。

首先山体向南滑塌，撞击沟壁后转向南东东方向，形成碎屑流铲刮沟壁，前行435m至七堰沟后撞击沟壁后转向北东方向，形成碎屑流（粘性泥石流），沿途冲刷前行497m，转变成为稀性泥石流，冲刷至篙坪河。

灾害面积92963m2，影响长度2219m。

滑塌区面积26175m2，铲刮区面积：

19735m2，碎屑流区（粘性泥石流）29852m2。

稀性泥石流区17201m2。

滑塌体积约52万m3，碎屑堆积体积约65万m3。

图2-4陕西安康灾后无人机拍摄的影像图

（3）用于甘肃舟曲特大泥石流灾害应急调查

2010年8月7日22时许，甘南藏族自治州舟曲县突降强降雨，县城北面的罗家峪、三眼峪泥石流下泄，由北向南冲向县城，造成沿河房屋被冲毁，泥石流阻断白龙江、形成堰塞湖。

甘肃舟曲特大泥石流灾害发生后，在灾区通信、交通严重破坏的情况下，国家测绘局立即调遣无人飞机前往灾区开展航空摄影工作。

8月10日上午，在兰州军区空管部门的支持下，无人飞机起飞对灾区进行了航空摄影，成功获取到重灾区15平方千米、0.15米分辨率的灾后航空影像。

当晚10点，技术人员利用高分辨率遥感影像数据一体化测图系统PIXELGIRD，对无人飞机获取的数据连夜进行镶嵌、拼接、纠正，获取了灾区高分辨率影像数据。

与此同时，结合灾前本底资料，快速对舟曲县进行灾害遥感解译和评估，开展比对分析，获得了倒塌城镇房屋，受损公路、桥梁、农田、林地，堰塞湖、泥石流、滑坡等各种灾情的位置、类型、规模、分布特征等信息，并将初步的灾情评估报告报送国家有关部门。

图2-5舟曲县城灾后低空遥感影像图

2.无人机遥感系统组成

无人驾驶飞行器；

任务载荷（遥感传感器）；

无线电测控系统；

发射及回收系统。

图2-1低空遥感系统的主要组成

1）无人驾驶飞行器

无人飞行器可分为固定翼型无人机、无人驾驶直升机和飞艇三大类种类。

固定翼型无人机通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和程控飞行均容易实现，抗风能力也比较强，类型较多，能同时搭载多种遥感传感器。

起飞方式有滑行、弹射、车载、火箭助推和飞机投放等；降落方式有滑行、伞降和撞网等。

固定翼型无人机的起降需要比较空旷的场地，比较适合矿山资源监测、林业和草场监测、海洋环境监测、污染源及扩散态势监测、土地利用监测以及水利、电力等领域的应用。

无人驾驶直升机的技术优势是能够定点起飞、降落，对起降场地的条件要求不高，其飞行也是通过无线电遥控或通过机载计算机实现程控。

但无人驾驶直升机的结构相对来说比较复杂，操控难度也较大，所以种类有限，主要应用于突发事件的调查，如单体滑坡勘查、火山环境的监测等领域。

小型无人驾驶飞艇（一般载荷约8～20公斤）操作简单，无需专业保养与维护，其技术已经比较完善，是一种能够在低空进行灵活运动的飞行器，几乎不存在任何安全隐患。

基于无人驾驶飞艇的小型遥感系统无需专用起降场地，特别适合小范围快速作业，可以应用于国土资源执法检查、城市局部土地利用变化检测、大比例尺测绘与地图修测、城市三维建模、城市规划等方面。

主要缺点是飞行速度比较慢。

多种无人机飞行平台

2）任务载荷（遥感传感器）

遥感传感器；

遥感传感器自动控制；

DGPS／INS及稳定平台；

POS系统装置。

可以根据不同类型的遥感任务，使用相应的机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、视频摄像机、低照度相机、红外夜视成像仪、激光测距仪等。

使用的遥感传感器应具备数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大、性能优异等特点。

图2-8无人机主要遥感传感器设备

3）无线电测控系统

便携式地面基站；

地面站的主要功能是利用地面控制软件，配合地面的数据通讯系统，完成对无人机飞行的航线规划、各类状态检测、关键数据监测、飞行数据（如无人机位置、速度、高度等）、航线的实时监测和更改、控制任务载荷等功能。

同时，地面站一般在野外使用，要求具有较强的防水、防尘、防摔能力，而且要相对便携，要具有很高的可靠性。

另外，从成本和通用性的角度出发，要求地面站具有多种功能，能满足除遥感监测无人机外的其它无人机系统使用。

车载式测控基站。

空地无线数据传输（数传、图传系统）；

空地无线数据传输链路的功能是将飞行控制系统各种测控数据，以及任务载荷的实时视频和状态数据无线传回地面控制站，同时将地面控制站对无人机和任务载荷的控制指令上传给无人机。

图2-9空地无线数据链路的传输功能

远程数据传输（宽带网络或卫星通讯）。

图2-10基于卫星通讯的远程数据链路

4）发射及回收系统

跑道滑行起降；

手抛起飞；

发射架弹射；

火箭助推发射；

撞网降落；

降落伞降落。

3.主要无人机遥感系统介绍

（1）单兵一号电动无人机

A）规格参数

材质：

碳纤维+芳纶纸基蜂窝复合材料

翼展：

2.5m

机长：

1.6m

起飞重量：

4.5kg

自动驾驶仪：

AF2012

巡航速度：

60km/h

实用升限：

海拔5000m

抗风能力：

4级

最大作业时间：

1.5h

测控半径：

15km

起降方式：

手掷/滑降，手掷/撞网

B）载荷

相机：

索尼NEX7-16MM

摄像机：

索尼CX350E

4.自由鸟电动无人训练机

A）规格参数

材质：

EPO

翼展：

1.68m

机长：

1.18m

驱动方式：

电动

巡航速度：

60km/h

续航时间：

1h

起飞重量：

2.5kg

自动驾驶仪：

AF2012

实用升限：

海拔4000m

起降方式：

手掷，滑降/撞网

B）载荷

相机：

索尼NEX7-16MM

（2）ASN-210小型近程多用途无人机

1）系统主要技术性能指标：

最大起飞重量：

50Kg

巡航速度：

60-90Km/h

最大飞行速度：

140Km/h

最大飞行高度：

4800mm

续航时间：

4-6h

任务载荷8-12kg

控制距离：

80km

起降方式：

轮式滑跑/弹射起飞/滑降/伞降

2）系统组成：

ASN-210小型近程多用途无人机由飞机、机载任务设备、地面控制设备、信息处理设备和维护保障设备组成。

地面站设备既可以固定在车内，也可以设计成车外独立使用方式。

机载任务设备如摄像机、照相机、红外设备以及地面信息处理设备等可以根据用户要求订制。

图2-9ASN-210小型近程多用途无人机

（3）“华鹰”一代无人机遥感系统

“华鹰”一代无人机遥感系统

系统主要参数

名称参数名称参数

全长2.12m全高0.55m

翼展3.00m最大起飞重量22Kg

最大任务载荷6Kg滑跑起降距离30-50m

起飞速度65Km/h降落速度70Km/h

失速速度60Km/h爬升率8m/s

海平面最大平飞速度180Km/h巡航速度100-110Km/h

最大升限海拔5500m续航时间3h

最大抗风能力6级（10.8-13.8m/s）

自主飞行模式GPS导航测控任务半径（通视条件下）25Km

动力系统双缸航空汽油发动机发动机排量56cc

燃油类型93#以上无铅汽油+两行程润滑油

1、主要配置

标准配置：

无人机系统一套；

佳能5DⅡ135专业数码单反像机+两轴稳定平台一套；（像机镜头焦距可由用户指定，我方提供鉴定和参数表）

像机参数：

影像传感器尺寸：

36×24mm2，总像素：

5616×3744，约2100万

像元大小：

约6.4μm

地面站软件一套；

飞行任务规划软件一套；

便携式地面站一套；

培训教材一套；

人工遥控设备一套；

常用工具一套；

包装和运输箱一只；

选配：

120中画幅数码单反像机+两轴稳定平台；

像机参数：

影像传感器尺寸：

48×36mm2，总像素：

8700×6430，约5600万

像元大小：

约5.6μm

可见光和红外线摄像机+两轴可控平台；

高精度后差分GPS，和地面设置的静态站GPS差分后，可得到厘米级摄站点定位精度，可大量减少后期控制点数量。

大型地面站：

具备丰富的无人机控制功能，任务载荷控制功能，视频转发功能，和其它成员的通讯功能。

军用依维柯改装车或全顺改装车一部。

（4）“华鹰”二代无人机遥感系统

系统主要参数

名称参数名称参数

全长2.1m全高0.6m

翼展3.00m最大起飞重量25Kg

最大任务载荷6Kg滑跑起降距离30-50m

起飞速度65Km/h降落速度70Km/h

失速速度60Km/h爬升率8m/s

海平面最大平飞速度180Km/h巡航速度100-110Km/h

最大升限海拔5500m续航时间3h

最大抗风能力6级（10.8-13.8m/s）

自主飞行模式GPS导航测控任务半径（通视条件下）25Km

动力系统双缸航空汽油发动机发动机排量56cc

燃油类型93#以上无铅汽油+两行程润滑油

1、主要配置

标准配置：

无人机系统一套；

佳能5DⅡ135专业数码单反像机+两轴稳定平台一套；

（像机镜头焦距可由用户指定，我方提供鉴定和参数表）

像机参数：

影像传感器尺寸：

36×24mm2，总像素：

5616×3744，约2100万

像元大小：

约6.4μm

地面站软件一套；

飞行任务规划软件一套；

培训教材一套；

人工遥控设备一套；

便携式地面站一套；

便携式发射架一套：

常用工具一套；

包装和运输箱两只；

选配：

120中画幅数码单反像机+两轴稳定平台；

像机参数：

影像传感器尺寸：

48×36mm2，总像素：

8700×6430，约5600万

像元大小：

约5.6μm

可见光和红外线摄像机+两轴可控平台；

高精度后差分GPS，和地面设置的静态站GPS差分后，可得到厘米级摄站点定位精度，可大量减少后期控制点数量。

大型地面站：

具备丰富的无人机控制功能，任务载荷控制功能，视频转发功能，和其它成员的通讯功能。

伞降系统。

军用依维柯改装车或全顺改装车一部。

2、主要功能和用途

A、利用航线规划软件实时规划航摄飞行路径；

B、空中全自动飞行、全自动按照规划的航摄点曝光；

C、自动同步记录航片的POS数据；

D、飞行完毕可根据POS数据立即生成航片排列框图，方便检查；

E、地面站软件实时监控无人机飞行，可实时更改飞行计划，灵活掌控无人机飞行作业。

F、配备弹射起飞系统和降落伞，可有效降低对场地的需求，降低对操作人员的要求；

（5）朗天博泰LTBT-测绘鹰航测无人机系统

系统主要技术性能指标：

机长2.2m；

翼展2.5m；

任务载荷10kg；

起飞重量20㎏；

续航时间2h；

飞行速度120km/h；

测控半径20km；

实用升限6000m；

起飞方式弹射、滑跑；

降落方式伞降、滑行。

图2-11LTBT-测绘鹰航测无人机系统

（6）国遥万维Quickeye（快眼）系列无人机

图2-12Quickeye-II无人机系统

图2-13Quickeye-III无人机系统

图2-14Quickeye-IV无人机系统

（7）Z-3无人直升机低空遥感平台系统建设与完善

Z-3无人直升机遥感系统主要技术指标：

名称

参数

名称

参数

总体长度

3.635m

总体宽度

0.72m

机身长度

2.750m

总体高度

1.08m

主翼直径

3.4m

尾翼直径

0.50m

最大起飞重量

100kg

任务载荷

20kg

最大控制半径

≥10km

抗风能力

4级

最大速度

90km/h

巡航速度

60km/h

最大飞行高度

海拔1600m

无地效悬停高度

海拔1000m

动力系统

CYS-350FZ发动机

发电机功率

300W12VDC

自主飞行方式

GPS导航

续航时间

≥1h

稳定云台

载荷≤7kg

照相任务载荷

Canon5D

图5-19Z-3无人直升机视图

（8）美国CopterworksAF25B无人直升机

主要技术参数：

1、长度1778mm

2、总高711mm

3、起落架宽508mm

4、机身宽184mm

5、主旋翼直径2146mm

6、尾旋翼直径403mm

7、净重16kg

8、起飞重量32kg

9、传动比-发动机/主桨/尾桨5.84/1/4.69

10、发动机双缸/风冷/80cc

11、燃料汽油/机油混合燃料

12、油箱容量4升

13、留空时间50-55分钟

14、变速器注油密封防潮齿轮箱

15、有效载荷12kg+4升燃油

图2-15CopterworksAF25B无人直升机

5.数据处理软件系统

一方面低空遥感系统采用非量测型民用像机，存在一定畸变；另一方面由于低空遥感受空中气流影响较大，致使航片旋偏等姿态难以控制，造成旋偏角大。

而且小像幅航片重叠度大数量多，造成内业处理难度增大，工作量增加，与常规航空遥感数据处理方法及流程不同。

地质灾害应急监测强调实效性，要求处理速度快，但是精度要求没有测绘要求那么高。

DPGrid；

PixelGrid；

MapAT；

便携式笔记本数据处理环境；

车载数据（并行）处理环境。

目前，无人机遥感数据处理系统的主要功能：

1、基于GPS/IMU的测区航带自动创建；

2、多核、GPU/CUDA并行处理技术实现影像预处理、空三匹配及DOM制作，处理效率超过1000幅影像/天；

3、在有、无控制点或相对控制条件下均可实现自动化空中三角测量；

4、采用自主知识产权的区域网光束平差算法进行结算，也可与PATB无缝对接，实现高精度灵活参数解算；

5、GPS/IMU辅助下的一键式影像预处理、自动空中三角测量和全景图快速拼接；

6、提供人性化空三编辑模块，可实现连接点和控制点的高效量测和编辑；

7、在无准确相机参数的情况下，可通过空三自检校获取相机参数；

8、具备快速三维建模的功能；

9、具备VirtuoZo、JX4、MapMatrix、CASS、Inpho、DPGrid和PixelGrid等常用软件接口；

10、实现国内外各种DEM格式间的转换，如USGSDEM、VirtuoZofloat/int、ArcInfogrid、BIL、MapMatrixDEM、CNSDTF和PixelGrid等；

11、可实现海量DOM影像快速、高精度和高质量制作，具备拼接线自动生成与人性化编辑、与PhotoShop无缝对接、海量DOM影像融合与裁剪等功能；

6.无人机遥感服务与报价

无人机遥感系统主要提供低空飞行服务（获取航拍数据，像片或视频）和数据加工处理服务。

一般要根据工作区域地形条件、天气条件和目标任务需求，确定工作量和工作成本，核算服务费用。

目前，各家的服务费用差别较大，以下是比较常用的服务报价单，供参考。

无人机低空遥感航摄及数据处理报价单

1、航摄难度区域划分

一类区域

吉林、辽宁、河北、河南、北京、天津、山东

二类区域

黑龙江、新疆、内蒙古、甘肃、宁夏、山西、陕西、青海

三类区域

湖南、湖北、安徽、浙江、福建、江西、江苏、上海

四类区域

西藏、四川、贵州、海南、云南、广东、广西、重庆

2、无人机低空航摄报价

分辨率（cm）

区域类型

0.4-0.5

0.2-0.3

0.1

0.05

一类区域

300

650

950

1500

二类区域

320

850

1150

1700

三类区域

600

1200

1450

1800

四类区域

---

1500

1750

1950

注意：

1、分辨率验收标准为获取区域内平均分辨率

2、航摄提交成果包括：

原始照片、相机参数文件、POS数据

3、可协商提供畸变纠正后影像

特殊区域价格系数

1）、县市级城市上空

1.2

2）、带状等不规则区域

1.4

3、无人机低空数据处理

3.1DOM制作

比例尺

价格（元/平方公里）

备注

1：

10000

100

建议：

外控点平均数1个/平方公里，1张像片

1：

5000

100

建议：

外控点平均数2个/平方公里，4张像片

1：

2000

300

建议：

外控点平均数5个/平方公里，16张像片

1：

1000

600

建议：

外控点平均数12个/平方公里，66张像片

1：

500

-----

-----

3.2DOM＋DEM制作

比例尺

价格（元/平方公里）

备注

1：

10000

100

建议：

外控点平均数1个/平方公里，1张像片

1：

5000

300

建议：

外控点平均数2个/平方公里，4张像片

1：

2000

500

建议：

外控点平均数5个/平方公里，16张像片

1：

1000

1000

建议：

外控点平均数12个/平方公里，66张像片