無人機航測在青海大有可為 省二測無人機航測應用紀實
2013-11-20 07:26:13 來源:
測繪網(wǎng) 
“十二五”時期是青海測繪地理信息事業(yè)大有作為的重要戰(zhàn)略機遇期。伴隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和科學技術的不斷進步，測繪地理信息應用越來越廣、作用越來越大，與人民群眾生活密切相關，已成為管理決策、工程建設的重要技術保障，尤其在防災減災等方面發(fā)揮著至關重要的作用。
當前，我省不斷深化改革開放、加快轉變經(jīng)濟發(fā)展方式，工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市場化、國際化加速推進。在新的發(fā)展時期，省測繪地理信息局抓住信息化技術廣泛應用的有利時機，不斷優(yōu)化資源配置，提高測繪成果的科技含量及競爭力、實用性，使越來越多的地理信息科技成果轉化為現(xiàn)實的生產(chǎn)力。其中，為切實提高我省高分辨率影像數(shù)據(jù)的獲取能力，加強測繪服務保障能力，省測繪地理信息局所屬省第二測繪院不斷探索高原地形地貌環(huán)境下進行影像快速獲取的新途徑，致力于低空無人飛機航攝系統(tǒng)建設和應用，使測繪工程及時獲取現(xiàn)時性強的數(shù)據(jù)，為全省應急測繪保障、防災減災救災提供了更加可靠的測繪應急服務保障。
新手段——無人機助推監(jiān)測手段信息化
科學技術日益發(fā)展的今天，人們的許多夢想變成了現(xiàn)實。以前，測繪人用腳步丈量，跋山涉水，經(jīng)天緯地，常年奔波在野外，辛勤勞作，地形測繪、工程測量幾乎都采用常規(guī)作業(yè)模式，外業(yè)勞動強度大，工序復雜。誰能想到，這種延續(xù)了幾十年的原始的工作方式因為低空無人機航攝系統(tǒng)的引進而開始發(fā)生變化，并帶來意想不到的成果，影響著人們的生產(chǎn)、生活。
低空無人機數(shù)碼航拍是近年來興起的一種利用無人駕駛飛機作為空中平臺，以機載遙感設備，如高分辨率CCD數(shù)碼相機、輕型光學相機、紅外掃描儀、激光掃描儀、磁測儀等獲取圖像信息，用計算機對圖像信息進行處理，并按照一定精度要求制作成便于使用的地理信息數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在設計和最優(yōu)化組合方面具有突出的特點，是集成了低空拍攝、遙控、遙測技術，視頻影像微波傳輸和計算機影像信息處理的新型應用技術。
作為無人機航攝系統(tǒng)建設和應用的具體實施單位，省第二測繪院一直以來專心進行無人機的引進和完善應用的探索，做了大量工作。
2010年3月，選派四名技術人員赴京參加無人機低空數(shù)碼航攝系統(tǒng)的應用。通過學習，基本掌握了無人機低空數(shù)碼航攝的航線設計、地面站監(jiān)控、操作等無人機航攝任務的工作流程。同年7月，引進兩架UAVRS-10型低空無人機遙感平臺，并在高海拔地區(qū)進行測試工作。經(jīng)過半年的測試，該型無人機不適合青海省特殊的高原地理環(huán)境。后經(jīng)多方考察調研，于2012年7月再次選派技術人員赴河北參加無人機培訓，并于同年8月將無人機引進我省。為適應我省高原的特殊地理環(huán)境，對該型無人機進行了加長機翼、更換大功率發(fā)動機等技術改進，使其具備了克服青海高原高海拔、空氣稀薄等困難的優(yōu)勢。
2013年4月，取得了低空無人機航測乙級資質，并以無人機航攝系統(tǒng)為依托，成立了“測繪應急保障中心”，其中擁有無人機系統(tǒng)成套裝備4套、訓練機兩套。目前，省測繪地理信息局有集群式影像處理系統(tǒng)20余套、攝影測量工作站90余臺套，還同步配置有高精度GPS、全站儀等設備，設飛行作業(yè)組1個，已經(jīng)具備處理航空遙感影像、衛(wèi)星影像、低空無人機影像等多源數(shù)據(jù)的能力。
原始的地形測繪、工程測量被快速及時、高效安全的現(xiàn)代化的無人飛機航空攝影測量代替了。
在省第二測繪院有這樣一組無人機航測與全野外測量的對比數(shù)字：在生產(chǎn)效率方面，在5平方公里范圍內，無人機航測效率與全野外測量基本持平，測繪范圍超過5平方公里，無人機航測效率逐漸提高，測繪面積越大，效率越高;在人力投入方面，無人機航測外業(yè)投入人員相對較少，內業(yè)投入人員較多，整體人員投入較少，與全野外測量相比，人員投入減少一半以上;在作業(yè)時間方面，無人機航測可縮短工期15%～45%左右，特別是地形困難類別越高、測繪面積越大，工期縮短越明顯。
鑒于青海省特殊的地形地貌，老測繪人驚呼，因為有了無人機，以前百多人需一年的工作量，現(xiàn)在十多人一個月就可以完成了。
新尖兵——無人機在玉樹救災重建中顯身手
災難面前，人力的作用有時會顯得力不從心。近年來，測繪應急保障服務在重大自然災害應急救災工作中的作用日益凸顯。尤其是近幾年發(fā)展起來的測繪型無人機，已廣泛應用到新農(nóng)村規(guī)劃建設、國土資源執(zhí)法檢查、土地整理、征地拆遷、地理國情監(jiān)測、應急監(jiān)測(地震、洪水、泥石流等)、災后重建等諸多領域。
2010年4月14日7時49分，玉樹地震發(fā)生的那一刻起，全國動員的抗震救災戰(zhàn)斗就拉開了大幕。首先需要的就是地圖。早一秒鐘拿到地圖，就意味著為無數(shù)廢墟下待救的生命贏得寶貴的時間。地震發(fā)生后，省測繪地理信息局積極配合國家測繪局，第一時間快速制圖、出圖、供圖，各種翔實的測繪地圖為救援、分析玉樹震后形勢的各方提供了寶貴的資料。自地震發(fā)生以來，測繪部門繪制了多幅地圖，也做出了很多統(tǒng)計報告，所有這些構成了一個極為豐富的“災區(qū)災情地理信息系統(tǒng)”。信息系統(tǒng)每天都會更新圖片與數(shù)據(jù)信息，以供相關部門使用。
在災后重建時期，為滿足省委、省政府及玉樹災后重建指揮部直觀地了解玉樹災后重建的進程及直觀地反映災后重建的成果，省第二測繪院于2012年9月組織人員對玉樹州六縣建成區(qū)進行了低空無人機數(shù)碼航拍。該項目因天氣原因前后歷時一月余，共獲取0.1-0.2米分辨率的正射影像約130平方公里，其影像清晰、分辨率高，真實客觀地反映了災后重建的進程及取得的成果，得到了災后重建指揮部的好評。
在玉樹重建收官之際，為直觀展現(xiàn)玉樹重建后的基礎設施、居民住房、生態(tài)環(huán)境、公共設施和商貿產(chǎn)業(yè)等新面貌，省第二測繪院采用LT150-M型無人機，飛行2個架次，歷時20余天，對玉樹災后重建后的地形地貌和落地建設項目進行了低空航攝工作，獲取了近80平方公里的基礎地理信息數(shù)據(jù)，獲取0.2米高分辨率影像1442幅，并制作了1:2000比例尺正射影像圖，為災后重建指揮部了解和掌握重建動態(tài)提供了現(xiàn)實而有力的基礎數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。
我省無人機參與災害應急監(jiān)測的速度與力度在玉樹抗震救災、災后重建中令人印象深刻。實踐證明，無人機航測已成為應急測繪的重要手段。
新希望——無人機翱翔高原藍天前景廣闊
其實，不僅是災害應急監(jiān)測，近年來，以小、快、靈見長的低空無人機遙感系統(tǒng)突破了發(fā)動機、飛行控制系統(tǒng)等一系列技術瓶頸，在低空遙感測繪領域取得長足發(fā)展，日益成為我省國土測繪以及農(nóng)林、水利、交通、環(huán)境監(jiān)測等方面不可替代的尖兵。
作為小型飛機，固定翼測繪無人機翼展一般不超過3米，拆卸較為方便，易于攜帶運輸。在項目執(zhí)行過程中，只需要將拆卸后的無人機設備放到普通的小貨車中，就可以把操作人員和所有設備同時運送到目的地。此外，傳統(tǒng)的測繪無人機起飛方式一般是滑起，需要一段30-100米相對水平的跑道才能起飛。而隨著彈射起飛和降傘技術的成熟，場地已經(jīng)不再是無人機起降的阻礙。此外，與普通航空攝影測量相比，無人機更顯機動靈活。測繪無人機多在200-1000米的低空飛行，且其搭載的相機多采用定焦鏡頭，可獲得高達0.05米分辨率的影像，比衛(wèi)星影像精度更高。而無人機每次飛行所需要的影像分辨率都可由飛行高度決定，只需要在飛行前設計好航線、確定好飛行高度即可。
省第二測繪院有關專家表示，作為遙感測繪領域的尖兵，無人機比衛(wèi)星遙感及大飛機航攝擁有更多優(yōu)勢。在傳統(tǒng)的航空攝影中，大飛機航攝最擔心天氣狀況不理想，因為一旦出現(xiàn)多云天氣將嚴重影響成像效果。而低空無人機一般在云下飛行，基本不會影響成像質量。
目前，隨著通信及傳感器等技術的發(fā)展，測繪無人機作為一種低成本、高精度、操作簡便的遙感影像獲取設備越來越受歡迎，并在傳統(tǒng)測繪、數(shù)字城市建設、地理國情監(jiān)測、災害應急監(jiān)測等方面取得了較為理想的應用效果。
有幾個案例佐證。2012年10月，省第二測繪院組織人員對西寧市城南新區(qū)約60平方公里的建成區(qū)進行了無人機低空數(shù)碼航拍，設計航線9條，獲取影像數(shù)據(jù)942張，為城南新區(qū)管委會了解和掌握園區(qū)企業(yè)入住及建設情況提供了詳實的影像數(shù)據(jù)。
為保障“機場高速(西寧段)沿線景觀整治”項目的順利實施，了解項目區(qū)域內居民地分布狀況、掌握真實的征地拆遷面積、居民區(qū)內不同類型房屋面積等數(shù)據(jù)，且不進行大規(guī)模的入戶測量工作，省第二測繪院對該項目區(qū)域約10平方公里進行了低空無人機數(shù)碼航拍，并組織技術人員進行外業(yè)像控點測量及調繪工作，僅用8天時間就完成了該項目的3D數(shù)據(jù)生產(chǎn)及面積量算工作，為拆遷區(qū)域經(jīng)費預算提供準確的計算依據(jù)。
為驗證低空無人機數(shù)碼航拍的正射影像圖及數(shù)字線劃圖的精度，省第二測繪院于2013年4月組織人員對群科新城約10平方公里進行0.1米分辨率影像數(shù)據(jù)獲取并進行了1：1000比例尺數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)。經(jīng)過此次航拍及數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)，證明該型無人機生產(chǎn)的3D產(chǎn)品精度達到1:1000比例尺地形圖的要求，可滿足規(guī)劃地形圖需求。
……
通過以上項目的應用實踐，目前，省第二測繪院采用的LT150-M型低空無人機航攝系統(tǒng)及集群式影像處理系統(tǒng)能大幅提高小面積大比例尺地形圖及正射影像數(shù)據(jù)獲取和生產(chǎn)的效率。“全”套的航攝、數(shù)據(jù)加工、成圖出圖、實踐應用，一條龍的獨立自主的完整技術流程，為服務民生、服務測繪、服務大局起著至關重要的作用，在我省眾多領域中發(fā)揮著愈來愈大的作用。
對于今后測繪無人機在我省的應用前景，作為省內唯一一家能獨立完成無人機數(shù)據(jù)獲取、3D數(shù)據(jù)生產(chǎn)、飛行服務于一體的單位，第二測繪院有關專家也做出了如下展望：
應急測繪。利用無人機航攝可快速獲取高精度的地表三維數(shù)據(jù)和高分辨率影像數(shù)據(jù)，后期還可用于測制大比例尺地形圖，便于地質災害的調查評價，有利于提早防止次生災害的發(fā)生。在緊急情況發(fā)生時，無人機可做到快速響應，為給政府應急指揮部門提供直觀的搶險救災地圖，為展開救援、指揮調度、實施救助、判斷道路損毀情況、搶修道路、以及部署災后規(guī)劃重建等提供決策支持。
土地整理、開發(fā)利用。通過無人機遙感監(jiān)測成果，及時發(fā)現(xiàn)和依法查處被監(jiān)測區(qū)域國土資源違法行為，建立利用科技手段實行國土資源動態(tài)巡查、監(jiān)管，對違法行為早發(fā)現(xiàn)、早制止、早查處的長效機制。
水利及公路建設前期規(guī)劃。現(xiàn)在無人機航測的成果，影像清晰、分辨率高，精度能滿足水利基礎設施、公路可研、初測階段的用圖需求。
生態(tài)監(jiān)測。針對國家生態(tài)建設的需求，各部門急需通過快速監(jiān)測手段進行各類地表信息的動態(tài)監(jiān)測，無人機航攝系統(tǒng)為各部門治理相關生態(tài)問題提供快速、準確、可靠的數(shù)據(jù)，為生態(tài)監(jiān)測平臺建設提供基礎數(shù)據(jù)。
數(shù)字城市與新農(nóng)村建設。無人機航攝系統(tǒng)可以緩解數(shù)字城市建設中航空攝影能力不足的壓力，而且對數(shù)字城市建成后的更新維護等方面的需求將發(fā)揮有效的保障作用。無人機航攝系統(tǒng)可為小城鎮(zhèn)及新農(nóng)村建設提供測繪技術支持。
……
青藏高原，地勢險峻，高山大川，大河大江，無人機在這片特殊的地貌上經(jīng)受著考驗，也將大有可為。伴隨著無人機航測技術在傳統(tǒng)測繪、數(shù)字城市建設、地理國情監(jiān)測、災害應急監(jiān)測等方面的推廣應用，省第二測繪院投身無人機航攝系統(tǒng)的建設應用將一如既往，日臻完善。相信我省測繪服務保障能力不斷提升，測繪地理信息將更好地服務我省經(jīng)濟社會發(fā)展大局，更好地服務社會、服務民生。 (王麗華 張海虎)
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