無人機航測與無人機遙感技術的應用

7.1.1地形圖測繪7.1.2土地調查7.1.3其他測繪應用7.1無人機航測技術在國土測繪中的應用7.1.1地形圖測繪基于無人機傾斜攝影技術的大比例尺地形圖測圖技術流程

土地調查是一項重大的國情國力調查，是查實查清土地資源的重要手段。我國開展第三次全國土地調查，目的是全面查清當前全國土地利用狀況，掌握真實準確的土地基礎數據，健全土地調查、監測和統計制度，強化土地資源信息社會化服務，滿足經濟社會發展和國土資源管理工作需要。7.1.2土地調查調查內容為：（1）土地利用現狀及變化情況，包括地類、位置、面積、分布等狀況；（2）土地權屬及變化情況，包括土地的所有權和使用權狀況；（3）土地條件，包括土地的自然條件、社會經濟條件等狀況。新農村建設測繪主要是以房屋、交通、電力、水系等為主要要素。為了房屋測量數據的準確性，在調查時需實地拉邊長，進行糾正。征地測量測繪是將集體所有的土地化轉為國有土地的必要環節，是為國家土地調整、經濟建設提供數據支持的保障。7.1.3其他測繪應用7.2.1道路地形圖測繪7.2.2場景三維重建7.2.3道路安全巡線7.2無人機航測技術在道路勘察中的應用7.2.1道路地形圖測繪道路地形圖測繪（1）首先，對測區地形進行踏勘，并規劃無人機飛行航線；（2）其次，利用固定翼無人機iFlyU0搭載高分辨率航拍相機SonyRX1RII進行區域航拍，獲取高分辨率航片及POS數據；（3）然后，利用Pix4Dmapper軟件，對航拍數據進行空三加密；（4）接著，利用攝影測量工作站，導入空三加密成果，進行立體測圖，得到測區大比例尺地形圖；（5）最后，結合高分辨率正射影像和大比例尺地形圖數據，為道路規劃和選線提供依據。7.2.1道路地形圖測繪

道路，線路狹長，沿線地形多變、復雜，對道路沿線地形地貌等進行三維重建，可形象、逼真、直觀地掌握道路路堤、圍欄、隧道、高架橋等的空間形態和現狀，實現道路的智能化管理。利用無人機搭載專業傾斜相機，可快速獲取三維場景各個角度的紋理信息，覆蓋范圍廣，獲取數據分辨率高，三維重建效率高。7.2.2場景三維重建7.2.2場景三維重建利用無人機航測技術進行道路場景三維重建的步驟：（1）首先，利用無人機iFlyU0搭載專業傾斜相機，進行多視影像獲取；（2）然后，通過天際航三維建模軟件DP-Smart，進行鐵路沿線三維場景重建；（3）接著，可利用天際航精細建模測圖軟件DP-Modeler，對鐵路沿線標志性建筑進行精細化建模，利用DP-Modeler軟件矢量測圖模塊，提取不同地物類型二維矢量；（4）最后，結合三維場景數據和相應屬性數據，實現道路的智能化管理。7.2.2場景三維重建7.2.3道路安全巡線利用固定翼無人機進行道路安全巡線優勢：作業效率更高，覆蓋面積更廣，可節省大量人工成本；數據分辨率高，路面細節豐富。7.2.3道路安全巡線利用固定翼無人機進行道路安全巡線的步驟：（1）首先，根據道路沿線地形和長度范圍，規劃無人機飛行航線；（2）然后，利用固定翼無人機iFlyU0搭載高分辨率航拍相機SonyRX1RII進行區域航拍，快速獲取高分辨率航片和POS數據；（3）最后，利用Pix4Dmapper軟件，內業數據處理得到高精度正射影像，實時掌握路面基本狀況。7.2.3道路安全巡線

隨著社會經濟的快速發展，道路里程不斷快速增長，這使得道路管理工作任務越來越大，對道路監測與管理的要求也越來越高。傳統的人工巡線方式已經不足以滿足快速增長道路里程的巡查與管理，利用無人機系統能夠獲取實時道路情況，為道路巡線與管理工作提供有力保障。7.2.3道路安全巡線7.3.1電力線路巡查7.3.2電力勘測設計7.3.3電力工程選線7.3.4輸電線路規劃7.3.5電力系統智能化管理7.3無人機航測技術在電力行業中的應用電力線路及設備由于長期暴露在大自然之中，不僅承受正常機械載荷和電力負荷的作用，而且還經受污穢、雷擊、強風和鳥害等外力侵害。多種因素將會促使線路上各元件老化、疲勞、氧化和腐蝕，如不及時發現和消除，就可能會發展成為各種故障，對電力系統的安全和穩定構成威脅。7.3.1電力線路巡查傳統巡線還面臨如下問題：（1）巡線線路距離長、工作量大、步行巡線效率緩慢，無法提高巡線效率；（2）遇到冰雪、水災、地震、滑坡等自然災害天氣時，巡線工作無法開展；（3）山區巡線具有高風險性，時刻威脅巡線人員生命安全；（4）人工巡線，視野有限，盲點區域多；（5）載人飛機巡線，帶電環境中飛行作業，對作業人員構成很大生命威脅。7.3.1電力線路巡查7.3.1電力線路巡查未來無人機航測用于電力勘測設計的發展方向（1）續航時間的增加目前主流無人機航測時間在一小時以內，飛行距離受限，對于長線路需要頻繁轉場，仍然有可改進的空間，隨著新能源技術的發展，期待著有更強大的動力源可以保障無人機的飛行時間。（2）相機性能的提升目前主流相機已經可以滿足無人機航測成圖的需求，但是更好的性能無疑可以提升影像質量，隨著工業技術的發展，期待著可以有更高像素、更穩定的相機可以用于無人機航測。（3）免像控模式的發展目前針對無人機航測采用新的空三加密的方法已經可以大幅減少像控點數量，因此未來如何更好地改進硬件性能和軟件算法來實現全面免像控，從而讓工作更輕松也是一個發展方向。7.3.2電力勘測設計（4）無人機LiDAR的發展目前無人機LiDAR已經在電力巡檢等方面取得了不錯的進展，但是由于點云數據的本身特性，錯誤數據的剔除、正確數據的處理等方面依然還需要進一步研究完善，提高準確性，從而以后發展成熟也可以用于更多的方面。（5）其它成像方式的發展紅外成像、多光譜成像、傾斜成像等發展。7.3.2電力勘測設計無人機電力選線的優點：（1）無人機可以低空飛行，可在云下飛行航攝，彌補了衛星遙感和普通航空攝影經常受云層遮擋獲取不到影像的缺陷。（2）由于低空接近目標，因此可得到更高分辨率的影像。（3）使用成本低，耗費低，對操作人員的培養周期短，同時回避了飛行人員人身安全的風險。（4）比起野外實測作業量大的痛楚，無人機航測方法周期短、效率高、成本低，將大量的野外工作轉入內業。7.3.3電力工程選線無人機航測技術應用于電力選線的應用場景：（1）工程規模較小的新建線路航測據統計，全國每年有數千公里的線路較短的工程，由于路徑短小，工程時間緊，難以實施載人航飛。這些工程還是以傳統的工程測量方法進行路徑選擇設計，成本高，效率低下，同時不能對整體的智能電網建設提供詳盡且豐富的基礎數據。而無人機系統可以很好的滿足此類電力選線工程。（2）電力工程路徑局部改線航測電力工程施工定位或建設中會遇到一些意想不到的情況，導致路徑的調整而超出了原有航攝范圍，此時再調用載人大飛機進行航空攝影不僅手續繁瑣、成本高，而且不能保證工期要求。無人機系統的優點，恰恰彌補了傳統攝影測量的不足。7.3.3電力工程選線（3）優化選線設計傳統選線地形圖是二維的，三維信息只能通過等高線和高程注記獲取，產品單一不直觀，在優化選線時再利用程度不高。通過無人機獲取影像可得到真實三維場景圖，可從不同視角觀看線路周圍的地物和地貌信息，使設計人員在室內即可高效完成線路優化工作。7.3.3電力工程選線無人機具有機動性強，實施快速，圖像分辨率高，成本低等特點，中海達無人機iFlyU0航程長，標配4200萬SonyRX1RII高分辨率航拍相機適合用于大范圍、遠距離的輸電線路數據獲取。

在輸電線路走廊規劃驗收工作中，首先用無人機iFlyU0根據設計航線對規劃區域進行航拍；然后將高效獲取得到的影像數據利用影像處理軟件Pix4Dmapper進行處理拼接成圖；最后分析成果數據，考慮相關因素，更合理地進行線路規劃。7.3.4輸電線路規劃7.3.4輸電線路規劃中海達無人機搭載專業傾斜模塊，可以根據航線設計進行自動飛行，獲取場景多角度影像；利用天際航三維建模軟件DP-modeler根據獲取的傾斜影像進行三維場景重建；利用三維場景具有真實直觀的特點，為電力系統智能化管理提供技術支撐。7.3.5電力系統智能化管理無人機航測技術在礦山測量中的優勢：（1）應急性能好。（2）作業周期短，節約成本。（3）收集數據信息十分精準，操作簡單。7.4無人機航測技術在礦山監測中的應用采用無人機航測系統，可以快速獲取礦區高分辨率無人機影像，了解礦山開發現狀,實現礦區動態監測,為重大礦山事件提供快速應急響應能力；可計算高精度、真彩色三維地形數據，并可進行方量計算、變化檢測等定量分析。可以在礦山開發狀況、礦山環境等多目標遙感調查與監測工作的以下方面發揮作用。（1）礦產資源開發狀況調查（2）礦產資源開發引發的災害（3）礦山生態信息7.4.1快速監測礦山目標7.4.2無人機礦山監測工作流程7.4.2無人機礦山監測工作流程（1）航線規劃：根據礦區位置，明確數據要求（分辨率、重疊度），自動生成無人機作業航線。（2）地面控制：根據精度要求，設定地面控制點布設方案，并完成外業測量。（3）獲取礦區數據：無人機搭載航測相機根據設計航線完成飛行作業，獲取影像數據。（4）無人機影像處理：利用Pix4Dmapper后處理軟件進行正射影像數據處理，自動三維建模軟件進行傾斜影像處理。（5）礦山動態監測、定量分析：利用數據成果進行礦山動態監測，計算體積、距離等信息進行定量分析。（1）測區分析露天礦測區位于內蒙古自治區某地，礦區環境復雜，傳統人工測繪難度大且效率低下。（2）精度分析此次無人機航攝獲取的影像用于制作1:500數字正射影像（DOM）供礦方進行測繪勘測，同時需要生成數字三維模型可以更加形象直觀勘測，無人機航測中獲取的影像地面分辨率（GSD）為4cm。（3）飛行方案設計測區面積約1.7平方千米，地形為丘陵地貌，平均海拔約1400米。根據礦方需求，本次飛行方案設計地面分辨率4cm。航向重疊率為80%，旁向重疊率為70%。測區飛行作業1架次，飛行相對航高平均為280m。7.4.3案例——內蒙古自治區露天礦測繪勘察（4）航攝設備本次飛行作業采用中海達iFlyU0無人機搭載4200萬像素SonyRX1RII相機進行航攝影像采集。iFlyU0是一款專業智能航測無人機系統。采用十多年的飛控研發技術，采用二十多年的高精度RTK研發技術，成果更精準。采用EPO+碳纖維的復合材料模塊化設計，免工具拆裝，輕便易維護。采用專業定制化地面站軟件，無人機與地面站無縫對接，操作簡單，效率更高。（5）空三解算成圖采用Pix4Dmapper無人機影像處理軟件對無人機影像進行空三解算處理后，經過點云加密、正攝糾正，影像鑲嵌等處理，完成點云、三維模型、DSM、DOM數據生成。（6）礦山定量分析根據成果數據，對礦山進行定量分析。7.4.3案例——內蒙古自治區露天礦測繪勘察7.5.1無人機遙感技術在應急救災中的應用7.5.2無人機遙感技術在環境監測中的應用7.5.3無人機遙感技術在農業和林業中的應用7.5.4無人機遙感技術在水文監測中的應用7.5.5無人機遙感技術在工程項目中的應用7.5無人機遙感技術的應用無人機遙感將在以下領域發揮重要作用：（1）突發事件及災害監測（2）高時效性的資源監測（3）數字城市和智慧城市建設（4）國土資源快速監察（5）礦區沉陷控制（6）小城鎮和新農村規劃建設（7）石油、公路、水利、鐵路、電力等帶狀地區選線勘測中的高分辨率影像獲取。（8）困難地區(雪域高原等高海拔地區)高分辨率影像獲取。7.5無人機遙感技術的應用中國每年因自然災害、事故災害和社會安全事件等突發公共事件造成的人員傷亡逾百萬，經濟損失高達數千億。其中，受自然災害的影響尤其嚴重，調查結果顯示，我國平均每年會因為自然災害而損失將達2000億元。在應急服務保障中，需要及時迅速地獲取突發事件及災害信息，為制訂方案提供依據。無人機遙感系統具有靈活機動、高效快速、精細準確、安全可靠、省錢節約的優勢，具有快速反應能力，為災害的治理提供了及時、準確的數據。7.5.1無人機遙感技術在應急救災中的應用無人機在處理應急事件過程中的主要作用體現在以下方面：快速獲取：無人機的突出貢獻是能夠第一時間快速反應，機動性強，無需起降機場，環境惡劣的地方也可以到達，可以快速獲取高分辨率災情調查數據。快速傳輸：無人機實時航拍將實時監控的高清圖像快速通過高清數字圖傳系統進行實時回傳到應急指揮中心，使相關部門掌握現場第一手資料。快速處理：無人機快速獲取的高分辨率影像通過后處理軟件高效完成影像處理輸出地理信息成果，為應急指揮部門進行快速評估提供有效的數據支撐。7.5.1無人機遙感技術在應急救災中的應用無人機遙感應用于以下應急救災應用領域：（1）洪澇災害應急（2）地質災害應急（3）地震災害應急（4）火災、爆炸現場救援與評估（5）公共安全應急（6）鐵路防災應急（7）環境應急7.5.1無人機遙感技術在應急救災中的應用目前我國正處在工業化和城鎮化高速發展的新時期，隨之帶來的環境問題也日益凸顯。近年來，霧霾不斷籠罩著我國大部分城市，使得城市居民深受其害，所以對于日益嚴重的環境問題的監測和治理已刻不容緩。環境基礎數據資料的獲取是做好當前環境保護工作的前提，環境基礎數據資料的精確性、可靠性和時效性也迫切需要提高。（1）建設項目環境保護管理（2）環境監測（3）生態保護（4）環境監察（5）案例——無人機遙感應用于秸稈禁燒7.5.2無人機遙感技術在環境監測中的應用農業是我國的傳統產業，從信息化發展趨勢看，信息社會的到來，為農業信息化發展提供了前所未有的發展環境。人類社會經歷了農業革命、工業革命，正在經歷信息革命。當前，以信息技術為代表的新一輪科技革命方興未艾，以數字化、網絡化、智能化為特征的信息化浪潮蓬勃興起，為農業發展營造了強大勢能。黨中央、國務院高度重視信息化發展，對實施創新驅動發展戰略、網絡強國戰略、國家大數據戰略、“互聯網+”行動等做出部署，并把農業農村擺在突出重要位置，為農業農村信息化發展提供了強有力的政策保障。7.5.3無人機遙感技術在農業和林業中的應用作為傳統產業的農業，目前的發展依舊面臨著投入高，成本回收慢的問題。在我國西部地區，尤其是山區，農業還作為支柱產業，因山區地形限制，生產模式還以人力畜力為主，較為落后，急需轉型。東三省一帶的農業較為發達，一馬平川的東北平原為大型機械在農業上的應用帶來了便利，加上地廣人稀的地域特征及黑土地的肥力讓東北平原的農業機械化成為了必然。但農作物的生長是一個易受外界因素影響的過程——病蟲害、旱澇災、倒伏情況等。這些會影響農作物產量的外界不利因素從其產生的根本上來說，是不可避免的，較為有效的辦法只能是早發現，早解決，使損失最小化。7.5.3無人機遙感技術在農業和林業中的應用最關鍵的莫過于“早發現”，越早發現問題，就能越早的解決問題，損失也就越小。但在東三省這樣地廣人稀的地區，一個村的耕地就有好幾千畝，何況面積可達幾個平方公里的大型農場。在這些面積極大，道路狀況及其惡劣的耕地中，要發現某一個區域所存在的問題，是非常困難的。人力巡查的難度大，效率低，作業周期長，時間敏感度差，巡查結果準確度低，人力成本高。針對農業發展所存在的這些問題，采用以無人機為平臺，多種傳感器為核心，作物生長狀況評價系統為框架的無人機航測遙感解決方案即可以相對較低的成本去解決。7.5.3無人機遙感技術在農業和林業中的應用我國林業當前面臨的困難有：（1）森林防火面臨的困難隨著森林建設面積的增大,森林火災也成為影響生態環境建設一個重要的因素。森林火災的出現,嚴重的影響了森林資源的安全。有人直升機危險性高，特別是在火場上空，由于空氣氣流紊亂，漂浮物較多，造成直升機發動機故障，經常發生墜機事故。（2）毒品種植監控面臨的困難非法種植毒品隱蔽性強，確定毒品種植區域難度大。由于林區森林植被茂密，可疑地塊極其隱蔽，實現動態巡查和定點監控相結合十分困難。7.5.3無人機遙感技術在農業和林業中的應用（3）林業資源調查、荒漠化監測面臨的困難林業資源調查、荒漠化監測采用人工采集的方式成本很高，作業效率極其低下，實現動態監測困難。（4）盜砍盜伐面臨的困難森林盜砍盜伐依靠林業人員巡邏成本巨大，效率低，無法起到有效的區域巡查的目的。

而使用無人機進行監測，則可以克服