回顾我国无人机测绘发展进程

2016-12-19 17:00:00    来源:中国测绘宣传中心

摘要:未来,测绘无人机将与卫星遥感、有人机航空遥感三足鼎力格局,在厘米级高分辨率对地观测、服务政府和大众百姓方面实现更强的遥感数据服务能力。

  轻小型航空遥感系统——改装后的动力伞

  轻小型航空遥感系统——改装后的动力伞

  最近热映的大片《湄公河行动》,以其主旋律的题材、扣人心弦的情节和震撼的场景极大地吸引了观众的眼球,除了男主角的硬汉形象,用于确定位置、规划路线、屏蔽信号的“竹蜻蜓”式无人机一时间也成了大家争相“扒皮”的明星。殊不知,在“10·5中国船员金三角遇害惨案”的侦破过程中,面对境外区域、地形复杂等种种困难,利用国产长航时测绘无人机,配合国家安全部门,获取了金三角地区方圆30平方公里、分辨率0.1米的航空影像,为抓获湄公河惨案主犯提供了跨国禁毒反恐侦测的精确地理信息服务。如今,测绘无人机已经成为城市规划、应急救灾、反恐侦查的“标配”。中国测绘科学研究院作为国内最早开展测绘无人机研发与应用的单位,在推动测绘无人机技术研发、技术培训和推广应用中发挥了积极作用。

  超长航时无人机

  超长航时无人机

  开启测绘无人机研究先河

  早在1956年,我国测绘地理信息事业刚刚起步之际,“中国摄影测量与遥感学科之父”王之卓院士就高瞻远瞩地预测到“人造卫星将为测图人提供编制和修订地形图的相片”。历经半个多世纪的发展,如今,航空摄影测量与遥感技术已成为基本比例尺地形图测绘的常用手段之一,航空航天遥感技术也成为现代测绘地理信息技术的典型代表。我国也于2012年1月和2016年5月先后发射了资源三号01星和02星,开启了我国自主高分辨率卫星立体测图新时代。测绘卫星和有人驾驶的大飞机搭载大型航摄仪进行对地观测,虽然精度高、技术成熟、有效覆盖面积大,但也存在成本高、周期长、机动灵活性不够,特别是对天气条件、机场起降依赖程度较大,对应急条件下的,小区域、高分辨率的地面航空摄影的机动性需要存在诸多不便。为此,以无人机为载体的轻小型航空遥感测量系统,以其机动灵活,不依赖机场,可以在云下摄影测量,克服了不良天气条件的制约,引起了测绘科研人员的关注。

  上世纪80年代,中国测绘科学研究院的夔中羽研究员成功研制了18-23MSP大相幅多光谱航空摄影技术,突破了国际上6MSP航空摄影幅面的限制,解决了遥感航空摄影无法进行测绘的难题,建立了测绘与遥感调查兼容的“一摄多用”的新的航空摄影方法,研究成果获国家科技进步二等奖。1994年,夔中羽研究员领衔的研发团队开始了我国第一代航测无人机的研制,尝试利用胶片摄影和红外摄像开展测绘的技术研究,开启了测绘无人机研究探索工作,研究成果曾获得国家测绘局科技进步二等奖,受限于当时飞行平台技术,其测量精度较低、测绘能力较弱,且操控难度较低,稳定性欠佳,虽然没有形成规模化应用,但是无论是无人机航摄仪器、载体平台还是无人机测绘的技术原理和工作流程都为后续测绘无人机技术的发展奠定了基础。

  无人机支援黄河炸凌

  无人机支援黄河炸凌

  推动测绘无人机快速发展

  2000年以来,随着民用数字成像技术和无人机自动驾驶仪的成熟与普及,极大地提升了测绘无人机的各项性能,方便了无人机摄影测量业务操作和使用。到2006年前后,我国无人机测绘技术逐步成熟。中国测绘科学研究院逐步形成多支无人机测绘和数据处理技术研究队伍,空前壮大。

  中国测绘科学研究院中测新图(北京)遥感技术有限责任公司最早于2001年尝试利用数码相机开展低空摄影测量与遥感技术研发,在总经理李英成研究员带领下,于2005年成功集成第一套LARSS超轻型飞机低空数码遥感系统。2006年在此基础上结合自动驾驶无人机开展了无人机低空摄影测量技术研究并形成最初的3个型号无人机遥感系统,2008年初实施了第一个无人机摄影测量项目,为2008年北京奥运会反恐特警大队航测了训练区域,尝试建立了三维仿真训练信息系统。虽然技术和系统集成产品趋于成熟,但社会接受和了解程度较低,推广工作一直缓慢没有起色。2008年,“5·12”汶川特大地震发生后,造成大面积交通瘫痪,通讯不畅,常规手段难以快速获取灾情信息,在这种条件下,各级政府部门尽力想法搜集信息,具有摄影测量功能的无人机遥感系统被调集到重灾区,中测新图公司无人机团队出色地完成了大量应急救援和灾后重建测绘工作,从此,我国测绘无人机名声鹊起,中测新图无人机也因此走向前台,得到广泛认可,特别是在应急测绘、困难地区测绘、小城镇和新农村建设以及工程测绘中发挥了主力军作用。

  为推动测绘无人机的推广应用,中测新图公司牵头编制了《无人机航摄安全作业基本要求》《无人机航摄系统技术要求》《低空数字航空摄影规范》《低空数字航空摄影测量外业规范》《低空数字摄影测量内业规范》5项行业标准,建立了我国无人机测绘标准体系。

  2008年8月,国家局组织专家对中测新图ZC系列无人机进行了产品鉴定,并作为2009—2010年度重点工作开始在全国测绘系统大规模装备无人机,到2011年底,全国各省自治区直辖市测绘局,除了港澳台之外,全部装备国产测绘无人机,总数达200余架,中测新图ZC系列占据66%,全国测绘系统拥有测绘无人机占全国当时拥有测绘无人机数量的50%。

  2012年,由中国工程院院士、中国测绘科学研究院名誉院长、北京四维远见信息技术有限公司董事长刘先林院士领导的研发团队,联合国内多家优势单位,研制成功了“高精度轻小型航空遥感系统”。研发团队突破核心部件及系统集成的关键技术,成功研发了高精度轻小型组合宽角数字相机、轻小型机载激光雷达(LiDAR)、高精度与小型化POS(Position and Orientation System,位置和姿态系统)及稳定平台4类国产核心产品和高效快速数据处理系统,实现了2套低空飞行器的改造,3套多传感器集成系统的研制,形成了完整的满足不同社会需求的高精度轻小型航空遥感业务运行系统,并开展了高精度大比例尺测绘、灾害快速应急和响应、数字城市建设等领域的应用示范;形成了相应专题的技术流程和标准,为国家重大工程提供了技术支撑,填补了国内空白。

  四维远见公司创造性地将高档民用相机发展为工业级测量相机,通过高精度子像元级影像拼接得到大幅面航空影像,幅面上达到国际同类水平。在可变焦距、降低航高、降低对飞行平台要求等方面,超过国外同类产品,使该系统近年在国内航摄,特别是中小比例尺航摄市场上占据越来越大的份额。应用同样的技术,公司又研制成功五头倾斜相机,单机幅面超过进口相机,斜片分辨率高、畸变小、焦距可任意组合,受到国内用户的欢迎。刘先林说,利用五头相机影像进行全自动处理是今后城市建模的最重要的方向,建模的造价低、速度快、交互少、逼真。

  在国家测绘地理信息局的推动下,无人机测绘取得丰硕成果,完成首次钓鱼岛及其附属岛屿大比例尺全覆盖测图,完成舟山庙子湖岛、西沙东岛、永兴岛、大洲岛、南日岛等诸多海岛礁测绘工作,完成西藏墨脱、革吉县等青藏高原31个高原县城测图,并为抓获湄公河惨案主犯提供了跨国禁毒反恐侦测的精确地理信息服务。同时走出国门,为巴基斯坦国防部测绘局开展大比例尺测绘业务。

  无人机应用于芦山抗震救灾

  无人机应用于芦山抗震救灾

  无人机助力测绘事业腾飞

  测绘无人机经过多年发展,技术日臻成熟,性能不断提升,已经成为测绘生产的主力军,广泛应用于应急测绘、困难地区测绘、小城镇建设、重大工程测绘、低空遥感考古、执法巡查、土地监测与督察等。目前测绘无人机和卫星通讯系统、特种车辆、数据处理系统实现深度集成,开发了大量应急监测车系统,如中测新图公司研制的“国家地理信息应急监测车”,可以全国范围内机动作业,可以互联互通,逐步形成规模化高精度快速对地观测能力。

  2013年,“4·20”雅安地震应急保障中,搭载长航时无人机的应急监测车在地震发生后1小时从成都出发,4小时抵达灾区,8小时获得数据。“相比于‘5?12’汶川地震应急测绘,三天后抵达灾区,五天后拿到数据”,中测新图公司总经理李英成强调:“我们这次真正做到地震应急测绘保障”。近年来,在国家测绘地理信息局的推动下,全国31个省(自治区、直辖市)装备了国产的无人机航摄系统,有11个省市装备了地理信息应急监测车系统。特别是在雅安地震应急中表现突出的四川测绘地理信息局,专门成立了“四川省测绘应急指挥中心”,组建了专业应急测绘队伍,通过培训和应急演练,完善了重大自然灾害测绘应急保障运行机制。

  2009年至2014年,中国测绘科学研究院利用自主研发的长航时无人机测图系统,连续多次获取钓鱼岛及其附属岛屿,西沙群岛的东岛、永兴岛,以及西沙七连屿全部岛礁的高分辨无人机影像,制作形成了大比例尺地形图,验证了长航时无人机的优良性能,为远离大陆的海岛礁的航测遥感提供了重要的装备和技术支撑,彰显了我国的领土主权。

  未来,测绘无人机将与卫星遥感、有人机航空遥感三足鼎力格局,在厘米级高分辨率对地观测、服务政府和大众百姓方面,与互联网、智慧城市、云计算和大数据服务技术高度集成与融合,实现更强的遥感数据服务能力。

    原题:无人机让测绘“飞”起来

    作者:丁剑丁晓波 曾伟

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