无人飞机摄影测量在灾害工作中的必要性和优点.doc

无人飞机摄影测量在灾害工作中的必要性和优点1引言无人驾驶飞机简称“无人机”，它的诞生可以追溯到上个世纪初叶，但主要运用于战争侦查。二战结束后，随着航空技术的飞速发展，无人机家族也逐渐步入其鼎盛时期。时至今日，无人机已经广泛运用在民用方面，改革开放以来，我国也加快了对无人机研究与开发的工作。与有人驾驶飞机相比，无人机有体积小、便携带、运用地域广泛、可执行恶劣环境工作等优点，这使无人机摄影测量技术得以在灾情监测与评估工作中有了很大的发展空间。2当前国外利用无人机进行灾情监测与评估的技术水平近30年来，随着微电子、通信、材料及推进系统等技术的迅猛发展，无人机得到了长足的进步，世界各国开始重视无人机的研究与发展。目前，世界上32个国家已研制出50种以上无人机，型号超过300种，有近60个国家装备了无人机，发展最快、水平最高的主要是美国和以色列。在民用方面，美国用装有先进成像和通信设备的“捕食者B”实时捕获森林火灾的热成像图，并将图片传输给森林消防中心，使消防中心做到最快、最准确锁定森林火灾所在；“牵牛星”也曾在探测森林火灾做出过优秀贡献。此次日本大地震中，美国全球鹰自动的喷气式无人机对日本灾情进行了监测。该飞机带有35m长的翼展，能够在高达18km的高度上连续监控36h。它在一天内可以调查100000k的地带，相当于美国伊丽诺伊斯州整个州的面积，而根本不需要人员干预。一旦机器人收到指令，从滑行到起飞、到数据采集、到着陆，都完全自动进行。并有传感器套件，包括合成孔径雷达及拥有远视功能的光电传感器和远红外传感器，可以提供高清图像。红外线传感器可以检测热量，可望采集反应堆的图像，显示哪些部分处于什么温度，重复观测可以提供关键数据，了解冷却反应堆舱和燃料池的不同措施的效果。在日本大地震前后，美国全球鹰一直协助日本完成减灾工作，它采集了接近实时的图像，从而使得官方更好地优先安排及检测各项资源。这对美国全球鹰来说是一个熟悉的职责，在去年1月海地发生七级地震时，它曾帮助监测海地灾区情况。3当前国内无人机的技术水平国内无人机的研究发展在总体设计、飞行控制、组合导航、中继数据链路系统、传感器技术、图像传输、生产制造和使用等诸多技术领域接累了一定经验，具备一定的技术基础。特别是近几年来，一批新型无人机装备相继研制成功和使用，重大自然灾害应急无人机装备体系结构有了较大改善，现代化水平有了明显提高。国内重大自然灾害应急无人机的应用在汶川大地震时，桂林鑫鹰电子科技有限公司的“千里眼”，采用特殊泡沫机身，锂电池供电，总重量小于2kg，通过手掷升空，用于短时间（小于2h）的航拍。中兵光电科技公司的“华鹰”、西安大地测绘工程公司的MR-014和MRS-016、北京市禁毒教育基地和北京观典航空设备公司研制的“禁毒者”A3遥感无人机和中国科学院遥感应用研究所和成都电子科技大学等单位研制的“飞象一号”无人机都是小型低空遥感无人机，“飞象一号”飞行高度可达4000m，巡航速度90km/h，续航时间3h，任务载荷3kg。2010年8月10日，国家测绘局组织的中航四维(北京)航空遥感技术有限公司无人飞机起飞，对灾区进行了航空摄影，成功获取到重灾区15k、0.15m分辨率的灾后航空影像。中国测绘科学研究院利用灾后航空影像并结合国家基础地理信息数据库资料，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。通过对航拍数据的处理，运用软件将这些航片绘制成地图，迅速提供给决策机构和相关部门，供灾后重建规划和建设使用。2011年6月11日，东北三省投入300多万元为部队配备的3套“窥视者2”无人侦察机，日前全部配备到位。这些无人侦察机主要用于侦察洪涝、林火、地震等自然灾害情况。但相对于美国、以色列等科技发达国家，国内大部分无人机应用还处于航模改装、小型航拍无人飞机基础上，技术含量低、载荷小、飞行航时短、应用范围窄、航程短，难以直接应用于民用领域或实现产业化，重大自然灾害应急无人机在国内还没有得到广泛的应用。4运用无人机测量的必要性随着国内国际上自然灾害的多发与频发，尤其是重大自然灾害发生时，这是环境所致，也是人类污染所致，灾害往往带来重大的破坏和人员损失，而且造成灾害地区信息设备受到破坏，从而信息封闭，加之灾后的地区往往车辆人员不能及时到达，因此在灾害发生时及发生后，如何及时取得灾害信息及信息传输成为迫切的问题。这些活动可以用卫星来解决，也可以用载人飞机来解决。然而用卫星对地测量的方法，费用高、图像分辨率低、使用不灵活；而载人飞机不仅费用高，出航气候要求也很高，另外灾区上空飞行风险大，无法做到随时到达。若使用无人机来完成灾情监测与评估工作，无论是在留空时间、使用成本、耗费人力资源上，还是在恶劣环境作业要求、长时间飞行作业要求、人员生命安全要求上，或是在图像分辨率和工作效率上，无人机都优于载人飞机和卫星遥感。由于成本和气候条件等因素的制约，传统的卫星遥感和载人飞机只能满足部分空间数据信息的需求，而测绘型无人机系统具有一些独特的优势，它可在复杂地形、复杂天气下飞行，可以在许多特定的领域如高污染、高辐射、高风险领域执行飞行任务，因此，低成本、多用途的测绘型无人机系统技术在灾情监测与评估工作中具有必要性作用。例如：今年贵州省雨量较大，省内大小洪涝灾害时有发生。而由于贵州地形复杂多变，实地考察洪涝灾情不仅十分危险困难而且效率十分低下，利用载人飞机考察成本高居不下的同时还比较受到天气的影响，无人机采用低空飞行不受天气影响而且可以准确考察灾情，即使遇到环境恶劣的区域也不会造成人员伤亡。5运用无人机测量在灾情监测和评估工作中的优点分析5.1在国家重大自然灾害监测方面利用无人机飞行机动、快速、覆盖范围大、任何条件皆可以到达等特点，迅速对灾情作出监测，将灾情速报一直是无人机自然灾害监测中的重要特点。以往我国在地震、洪涝、特大泥石流、雪灾、森林大火等灾情中都做了灾情监测工作，但是往往因为地理环境限制，无法做到最快最准确。而在近年来的灾害监测中，国家测绘局利用无人飞机测量技术，对灾区进行了监测。使得民政部国家减灾中心、中科院遥感所、地理所在较快的时间内完成了整个灾区的建筑物、公路、生态环境等几个大的灾情勘察监测报告，实现了快速摸清灾情的目的。无人机影像具有数量多、相幅小的特点,由于高度和分辨率的特殊性,无人机较为适应抗震救灾的实时性要求,可以在较短时间内完成影像的快速拼接、纠正和解译等相关工作。低空遥感能提供完整影像,且分辨率较高。经过校正和灾害区域、对象增强处理,结合部份地理信息,能满足对灾害的快速定量评估与解译要求。5.2在国家重大自然灾害评估方面无人机最大的优势就是可以在恶劣的自然条件下，利用简单条件就可以低空飞行，获取影像数据。无人机目前已经具备影像获取、影像处理、影像生成等一套完整的航空摄影测量系统，马力的不断加大，使得无人机能够在很短时间飞到很多地方，以满足各类应急测绘和精准测绘的需求。无人机摄影图和航拍绘制的地形图，像使得国家职能部门可比其他观测手段更直观、更快速的进行灾后灾害评估。5.3在国家重大自然灾害处理决策方面灾害发生后，灾害处理决策部门最需要的就是灾区的一手监测、评估资料，但是往往灾区地形所限，人员无法到达灾情实地进行勘测，而无人机航测技术可以为灾害处理决策部门最快速的取得详实灾区影像资料、航片数据、灾后地形图等一手监测与评估资料，为灾害处理决策工作提供重要的依据。5.4在国家减灾救灾科技支撑方面在减灾救灾工作中最重要的便是建设灾害监测预警体系。完善灾害监测网络，加强地震、气象、水文、地质、森林草原火灾、等各类灾害监测系统建设。无人机航测系统可以为灾害监测预警系统提供灾后影像图和灾后地形图，实现国家减灾救灾重大需求与社会科技资源的有机结合，从而提高灾害预测预警系统的工作机能。5.5在国家灾后重建工作方面大灾后的灾区重建是一个庞大而复杂的系统工程，在这个过程中无人机航测技术提供的最新地形图将继续发挥巨大的作用。通过地形图，国家可以对整个灾区的灾情做出的全面评估，并可以结合灾区的地形、地质、社会经济等数据，对灾区重建选址和移民搬迁做出决策。6结论综上所述，无人机具有的快速机动性、自身重量小、飞行面积广、飞行时