無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)論文(2)
無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)論文篇二
無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)及應(yīng)用
摘 要：遙感技術(shù)是探測(cè)領(lǐng)域中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)。近幾年，這項(xiàng)技術(shù)被用到了中國(guó)的無(wú)人機(jī)領(lǐng)域中，從而形成了無(wú)人機(jī)遙感這種全新的技術(shù)。這種技術(shù)的本質(zhì)是：無(wú)人機(jī)可在任意地點(diǎn)和任意時(shí)刻進(jìn)行拍攝，拍攝出來(lái)的照片既真實(shí)又清晰。正因?yàn)槿绱?，無(wú)人機(jī)遙感在短短幾年內(nèi)便被運(yùn)用到了諸多領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。文章將較為細(xì)致地闡述無(wú)人機(jī)遙感這項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)情況，并對(duì)它的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用進(jìn)行具體的介紹。
關(guān)鍵詞：應(yīng)用;遙感技術(shù);展望;無(wú)人機(jī)
引言
遙感技術(shù)起源于1960年左右，它是探測(cè)領(lǐng)域中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)。它依據(jù)了電磁波的有關(guān)理論，結(jié)合了各種先進(jìn)的傳感儀器，把距離較遠(yuǎn)的目標(biāo)反饋回來(lái)的信息加以搜集，再對(duì)這些信息做相關(guān)的處理，最終形成目標(biāo)的全景圖像。當(dāng)下，在借助人造衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，遙感技術(shù)可確保18天以?xún)?nèi)就能返回一次全球的真實(shí)圖像。同時(shí)，在運(yùn)用了遙感技術(shù)之后，還可高效地測(cè)繪出研究區(qū)域?qū)?yīng)的地圖。
1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的簡(jiǎn)述
關(guān)于無(wú)人機(jī)遙感這種技術(shù)的描述可從四個(gè)方面來(lái)把握。第一是技術(shù)的組成，無(wú)人機(jī)遙感綜合了以下幾種技術(shù)：一是傳感技術(shù);二是通訊技術(shù);三是遙控技術(shù);四是遙感對(duì)應(yīng)的應(yīng)用技術(shù);五是GPS技術(shù)。第二是獲取的方式，獲取方式有以下三點(diǎn)特征：一是專(zhuān)題化;二是智能化;三是自動(dòng)化。第三是獲取的信息，獲取的信息主要有以下幾種：一是環(huán)境信息;二是國(guó)土信息;三是資源信息。第四是技術(shù)的重要優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)尤其表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：一是起飛速度快;二是成本低廉;三是結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。
2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的具體情況
2.1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)所具備的特征
跟載人飛行器相比較，無(wú)人機(jī)遙感有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)尤其體現(xiàn)在下列幾點(diǎn)：(1)由于無(wú)人機(jī)不需要載人，所以它可以飛行到一些較高或者較危險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行航拍，這是載人飛行器無(wú)法與無(wú)人機(jī)比擬的地方;(2)與載人飛行器相比較，無(wú)人機(jī)在實(shí)際的飛行中所耗費(fèi)的資金更為低廉;(3)無(wú)人機(jī)被劃分到我國(guó)的遙控飛行器一類(lèi)，所以它的整個(gè)審批流程較為簡(jiǎn)單，相反載人飛行器屬于現(xiàn)實(shí)中的飛行器，它的整個(gè)審批流程非常復(fù)雜;(4)載人飛行器有著極為嚴(yán)格的起降要求，而無(wú)人機(jī)卻沒(méi)有過(guò)于嚴(yán)格的降落場(chǎng)地和起飛場(chǎng)地要求，所以它在航拍飛行中實(shí)現(xiàn)中途轉(zhuǎn)場(chǎng)比較容易;(5)航拍中，無(wú)人機(jī)所具備的安全性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了載人飛行器;(6)同載人飛行器比較，無(wú)人機(jī)可隨時(shí)進(jìn)行重新拍攝，并且拍攝時(shí)間極短，成像效果也非常清晰。
盡管無(wú)人機(jī)遙感有著如此多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但它的技術(shù)劣勢(shì)也較為明顯。這些技術(shù)劣勢(shì)主要表現(xiàn)在下列幾方面：(1)無(wú)人機(jī)遙感所返回的遙感影像有著極高的分辨率，這種分辨率甚至實(shí)現(xiàn)了以分米級(jí)來(lái)計(jì)算的精密程度。但是，影像的相幅偏小，相片數(shù)量非常龐大，甚至達(dá)到了千張以上。這種大工作量的工作方式，降低了無(wú)人機(jī)遙感工作的效率。同時(shí)，影像傾角的角度一般來(lái)說(shuō)較大，并且傾斜方向沒(méi)有任何規(guī)律可遵循。所以，無(wú)論是連接點(diǎn)的布設(shè)還是提取工作都變得非常困難。(2)載人飛行器通常比較穩(wěn)定，相比之下無(wú)人機(jī)就顯得不夠穩(wěn)定。假如高空中的風(fēng)速較大，那么航飛軌跡就會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的現(xiàn)象，甚至偏離了本身的主航道。這樣，無(wú)論是拍攝中的旁向重疊度還是航向重疊度都不夠規(guī)則，影像間的實(shí)際重疊程度就更大。(3)無(wú)人機(jī)無(wú)法攜帶專(zhuān)業(yè)化的測(cè)量相機(jī)。所以，它拍得的影像難免會(huì)有所變形。這是由于地面事物跟單幅相機(jī)間的投射關(guān)系很復(fù)雜，所以影像內(nèi)存在的幾何關(guān)系也就很不穩(wěn)定。在這種影響下，影像就會(huì)呈現(xiàn)出傾斜的效果甚至變形。
2.2 無(wú)人機(jī)遙感的影像處理流程
2.2.1 影像的畸變差糾正
當(dāng)前的無(wú)人機(jī)航拍方式是中國(guó)航拍方式中最為先進(jìn)的一種方式。它有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可在任意時(shí)刻進(jìn)行航拍，并且拍攝的時(shí)間極短，成像效果也非常清晰。所以，無(wú)人機(jī)航拍這種方式被大范圍的運(yùn)用。現(xiàn)實(shí)中，無(wú)人機(jī)有著不同的類(lèi)型，所攜帶的相機(jī)也有著不同的類(lèi)型，不同的搭配方式使得最終的成像質(zhì)量也有巨大的差異。不過(guò)，一般情況下無(wú)人機(jī)都是配備的普通相機(jī)。普通相機(jī)拍出來(lái)的相片邊緣會(huì)出現(xiàn)畸變的現(xiàn)象。這可能給后續(xù)的數(shù)據(jù)處理帶來(lái)極大的誤差。為了最大限度控制數(shù)據(jù)的誤差，對(duì)影像的畸變加以糾正就成了必備的工作。處理方式主要包含了以下幾種：一是消除畸變;二是消除主點(diǎn)偏移;三是旋轉(zhuǎn)影像。
2.2.2 影像的三角測(cè)量
三角測(cè)量的過(guò)程是在空中自動(dòng)完成。以往，影像的轉(zhuǎn)點(diǎn)工作與選點(diǎn)工作都是以人工方式來(lái)操作完成?？墒?，無(wú)人機(jī)遙感卻能讓這兩項(xiàng)工作在空中便自動(dòng)完成。同時(shí)，像點(diǎn)中的各個(gè)坐標(biāo)也是自動(dòng)獲取。它能為區(qū)域網(wǎng)平差程序結(jié)算提供依據(jù)[1]。這樣，坐標(biāo)系中加密點(diǎn)所處的空間位置及其定向參數(shù)都能隨之而獲得。三角測(cè)量主要對(duì)以下幾方面的內(nèi)容加以測(cè)量：一是內(nèi)定向的相關(guān)測(cè)量;二是相對(duì)定向的相關(guān)測(cè)量;三是模型連接的相關(guān)測(cè)量;四是模型轉(zhuǎn)點(diǎn)的相關(guān)測(cè)量;五是偏移量的相關(guān)測(cè)量;六是連接點(diǎn)的相關(guān)測(cè)量;七是特征點(diǎn)的相關(guān)測(cè)量。
2.2.3 DOM影像與DEM影像的生成
DOM影像與DEM影像的具體生成步驟如下：首先，借助平差程序可解算出拍得的影像對(duì)應(yīng)的外方位元素;接著，把相鄰影像跟外方位元素充分匹配，便可迅速取得相關(guān)的同名特征點(diǎn);然后，通過(guò)這些同名特征點(diǎn)便可以生成DEM影像;最后，讓生成的這個(gè)DEM影像跟相關(guān)的同名特征點(diǎn)再次拼接，便可得到需要測(cè)量區(qū)域的DOM影像圖片。
2.3 無(wú)人機(jī)遙感的關(guān)鍵技術(shù)
現(xiàn)實(shí)中，遙感技術(shù)是把多種技術(shù)綜合以后取得的技術(shù)成果。上述已經(jīng)談到：無(wú)人機(jī)遙感綜合了五種主要的技術(shù)，第一種是傳感技術(shù)，第二種是通訊技術(shù)，第三種是遙控技術(shù)，第四種是應(yīng)用技術(shù)，第五種是GPS技術(shù)。在這五種技術(shù)中，最為關(guān)鍵的技術(shù)又可細(xì)分成八種。第一種是遙感平臺(tái)對(duì)應(yīng)的集成技術(shù)。第二種是專(zhuān)用數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的處理技術(shù)。第三種是傳感器對(duì)應(yīng)的控制技術(shù)。第四種是平臺(tái)穩(wěn)定涉及的相關(guān)技術(shù)。第五種是相機(jī)定標(biāo)的相關(guān)技術(shù)。第六種是相機(jī)校驗(yàn)的相關(guān)技術(shù)。第七種是快速處理的相關(guān)技術(shù)。第八種是3S技術(shù)。而依據(jù)平臺(tái)框架的情況來(lái)具體劃分，關(guān)鍵技術(shù)又應(yīng)該被劃分成三種基本的技術(shù)。第一種是遙感平臺(tái)對(duì)應(yīng)的集成技術(shù)。第二種是獲取數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)與下傳數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)。第三種是地面接收與處理技術(shù)[4]。文章將對(duì)這三種最為關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)行一一的介紹。 2.3.1 無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)集成技術(shù)
無(wú)人機(jī)中，平臺(tái)結(jié)構(gòu)主要包含了以下幾種：一是飛行器對(duì)應(yīng)的系統(tǒng);二是信息傳輸對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)與測(cè)控對(duì)應(yīng)的系統(tǒng);三是保障對(duì)應(yīng)的系統(tǒng);四是信息獲取對(duì)應(yīng)的處理系統(tǒng)。平臺(tái)結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。無(wú)人機(jī)中安裝的是面陣CCD相機(jī)[2]。通常，拍攝操作是由相機(jī)頭部來(lái)具體完成。相機(jī)頭部又由三個(gè)部分構(gòu)成，第一部分是數(shù)碼后背，第二部分是鏡頭，第三部分是機(jī)身。對(duì)無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，遙感平臺(tái)需要體積小且分辨率偏高的相機(jī)。因此，大面陣CCD數(shù)碼與120中型幅面相機(jī)是最佳的組合[3]。再者，高清圖像是無(wú)人機(jī)影像的一個(gè)重點(diǎn)。所以，拖影便成了影像中的一個(gè)重要障礙。為此，遙感平臺(tái)必須盡量把拖影的像元控制在0.5以下。假設(shè)像元是9um×9um，高度是500m，速度是每秒鐘33m，焦距是50mm。那么可得出曝光時(shí)間是1/733秒，快門(mén)應(yīng)選用1/1000s以上[5]。假設(shè)焦距用字母f來(lái)表示，成像面尺寸用字母L來(lái)表示，視場(chǎng)角用字母θ來(lái)表示。那么焦距公式是tg(θ/2)=(L/2)/f[6]。而主控計(jì)算機(jī)需要起到三方面的作用，首先是對(duì)相機(jī)進(jìn)行良好的控制，其次是對(duì)圖像加以傳輸，再次是對(duì)圖像加以保存。因此，PC/104+嵌入式計(jì)算機(jī)是最好的選擇[4]。
2.3.2 下傳數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)與獲取數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)
因?yàn)闊o(wú)人機(jī)遙感會(huì)產(chǎn)生極大的數(shù)據(jù)量，所以下傳圖像的過(guò)程中一般來(lái)說(shuō)會(huì)選擇高壓縮比的壓縮技術(shù)。壓縮方案具體如下：系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)鏈路共有兩條，傳輸中多模態(tài)遙感器會(huì)與工控機(jī)互相配合，一方面可通過(guò)其中一條鏈路把遙感數(shù)據(jù)傳送到硬盤(pán)中做備份處理，另一方面可通過(guò)另外一條鏈路把遙感數(shù)據(jù)傳送到壓縮模塊中做壓縮處理。
另外，圖像獲取的具體步驟如下：(1)系統(tǒng)中的IO設(shè)備可把遙感數(shù)據(jù)統(tǒng)統(tǒng)讀取出來(lái);(2)遙感數(shù)據(jù)在控制板是BMP這種格式的數(shù)據(jù)，通訊程序可把這種格式的數(shù)據(jù)全部讀取出來(lái)，再把數(shù)據(jù)全部寫(xiě)入到DSP中;(3)DSP中具備壓縮模塊，壓縮模塊會(huì)把這些圖像由BMP格式轉(zhuǎn)換成JPEG格式;(4)JPEG格式的所有圖像會(huì)被存儲(chǔ)到指定的內(nèi)存中;(5)通訊程序從指定內(nèi)存中把JPEG格式的所有圖像給讀取出來(lái)再傳送到數(shù)據(jù)鏈路中。
2.3.3 地面對(duì)數(shù)據(jù)的接收與處理
對(duì)無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是地面的接收工作還是地面的處理工作都必須依托于數(shù)據(jù)接收站。數(shù)據(jù)接收站既可以是固定式也可以是移動(dòng)式。而無(wú)論是哪種類(lèi)型的數(shù)據(jù)接收站都必須具備以下五種基本功能：一是存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)的基本功能;二是建立海量數(shù)據(jù)庫(kù)的基本功能;三是管理海量數(shù)據(jù)的基本功能;四是分發(fā)海量數(shù)據(jù)的基本功能;五是糾正數(shù)據(jù)的基本功能。
3 結(jié)束語(yǔ)
綜上，文章首先闡述了無(wú)人機(jī)遙感這種技術(shù)的本質(zhì)。其次，文章闡述了無(wú)人機(jī)遙感這種技術(shù)的基本情況：一是這種技術(shù)所具備的特征;二是這種技術(shù)在處理中的詳細(xì)流程;三是這種技術(shù)具體包含了哪些關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)分別加以介紹。
參考文獻(xiàn)
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