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无人机航测在青海大有可为 省二测无人机航测应用纪实

2013-11-20 07:26:13 来源: 测绘网
聊聊

 

“十二五”时期是青海测绘地理信息事业大有作为的重要战略机遇期。伴随着经济社会的快速发展和科学技术的不断进步,测绘地理信息应用越来越广、作用越来越大,与人民群众生活密切相关,已成为管理决策、工程建设的重要技术保障,尤其在防灾减灾等方面发挥着至关重要的作用。
  当前,我省不断深化改革开放、加快转变经济发展方式,工业化、信息化、城镇化、市场化、国际化加速推进。在新的发展时期,省测绘地理信息局抓住信息化技术广泛应用的有利时机,不断优化资源配置,提高测绘成果的科技含量及竞争力、实用性,使越来越多的地理信息科技成果转化为现实的生产力。其中,为切实提高我省高分辨率影像数据的获取能力,加强测绘服务保障能力,省测绘地理信息局所属省第二测绘院不断探索高原地形地貌环境下进行影像快速获取的新途径,致力于低空无人飞机航摄系统建设和应用,使测绘工程及时获取现时性强的数据,为全省应急测绘保障、防灾减灾救灾提供了更加可靠的测绘应急服务保障。
  新手段——无人机助推监测手段信息化
  科学技术日益发展的今天,人们的许多梦想变成了现实。以前,测绘人用脚步丈量,跋山涉水,经天纬地,常年奔波在野外,辛勤劳作,地形测绘、工程测量几乎都采用常规作业模式,外业劳动强度大,工序复杂。谁能想到,这种延续了几十年的原始的工作方式因为低空无人机航摄系统的引进而开始发生变化,并带来意想不到的成果,影响着人们的生产、生活。
  低空无人机数码航拍是近年来兴起的一种利用无人驾驶飞机作为空中平台,以机载遥感设备,如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪、激光扫描仪、磁测仪等获取图像信息,用计算机对图像信息进行处理,并按照一定精度要求制作成便于使用的地理信息数据。该系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点,是集成了低空拍摄、遥控、遥测技术,视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。
  作为无人机航摄系统建设和应用的具体实施单位,省第二测绘院一直以来专心进行无人机的引进和完善应用的探索,做了大量工作。
  2010年3月,选派四名技术人员赴京参加无人机低空数码航摄系统的应用。通过学习,基本掌握了无人机低空数码航摄的航线设计、地面站监控、操作等无人机航摄任务的工作流程。同年7月,引进两架UAVRS-10型低空无人机遥感平台,并在高海拔地区进行测试工作。经过半年的测试,该型无人机不适合青海省特殊的高原地理环境。后经多方考察调研,于2012年7月再次选派技术人员赴河北参加无人机培训,并于同年8月将无人机引进我省。为适应我省高原的特殊地理环境,对该型无人机进行了加长机翼、更换大功率发动机等技术改进,使其具备了克服青海高原高海拔、空气稀薄等困难的优势。
  2013年4月,取得了低空无人机航测乙级资质,并以无人机航摄系统为依托,成立了“测绘应急保障中心”,其中拥有无人机系统成套装备4套、训练机两套。目前,省测绘地理信息局有集群式影像处理系统20余套、摄影测量工作站90余台套,还同步配置有高精度GPS、全站仪等设备,设飞行作业组1个,已经具备处理航空遥感影像、卫星影像、低空无人机影像等多源数据的能力。
  原始的地形测绘、工程测量被快速及时、高效安全的现代化的无人飞机航空摄影测量代替了。
  在省第二测绘院有这样一组无人机航测与全野外测量的对比数字:在生产效率方面,在5平方公里范围内,无人机航测效率与全野外测量基本持平,测绘范围超过5平方公里,无人机航测效率逐渐提高,测绘面积越大,效率越高;在人力投入方面,无人机航测外业投入人员相对较少,内业投入人员较多,整体人员投入较少,与全野外测量相比,人员投入减少一半以上;在作业时间方面,无人机航测可缩短工期15%~45%左右,特别是地形困难类别越高、测绘面积越大,工期缩短越明显。
  鉴于青海省特殊的地形地貌,老测绘人惊呼,因为有了无人机,以前百多人需一年的工作量,现在十多人一个月就可以完成了。
  新尖兵——无人机在玉树救灾重建中显身手
  灾难面前,人力的作用有时会显得力不从心。近年来,测绘应急保障服务在重大自然灾害应急救灾工作中的作用日益凸显。尤其是近几年发展起来的测绘型无人机,已广泛应用到新农村规划建设、国土资源执法检查、土地整理、征地拆迁、地理国情监测、应急监测(地震、洪水、泥石流等)、灾后重建等诸多领域。
  2010年4月14日7时49分,玉树地震发生的那一刻起,全国动员的抗震救灾战斗就拉开了大幕。首先需要的就是地图。早一秒钟拿到地图,就意味着为无数废墟下待救的生命赢得宝贵的时间。地震发生后,省测绘地理信息局积极配合国家测绘局,第一时间快速制图、出图、供图,各种翔实的测绘地图为救援、分析玉树震后形势的各方提供了宝贵的资料。自地震发生以来,测绘部门绘制了多幅地图,也做出了很多统计报告,所有这些构成了一个极为丰富的“灾区灾情地理信息系统”。信息系统每天都会更新图片与数据信息,以供相关部门使用。
  在灾后重建时期,为满足省委、省政府及玉树灾后重建指挥部直观地了解玉树灾后重建的进程及直观地反映灾后重建的成果,省第二测绘院于2012年9月组织人员对玉树州六县建成区进行了低空无人机数码航拍。该项目因天气原因前后历时一月余,共获取0.1-0.2米分辨率的正射影像约130平方公里,其影像清晰、分辨率高,真实客观地反映了灾后重建的进程及取得的成果,得到了灾后重建指挥部的好评。
  在玉树重建收官之际,为直观展现玉树重建后的基础设施、居民住房、生态环境、公共设施和商贸产业等新面貌,省第二测绘院采用LT150-M型无人机,飞行2个架次,历时20余天,对玉树灾后重建后的地形地貌和落地建设项目进行了低空航摄工作,获取了近80平方公里的基础地理信息数据,获取0.2米高分辨率影像1442幅,并制作了1:2000比例尺正射影像图,为灾后重建指挥部了解和掌握重建动态提供了现实而有力的基础数据和决策依据。
  我省无人机参与灾害应急监测的速度与力度在玉树抗震救灾、灾后重建中令人印象深刻。实践证明,无人机航测已成为应急测绘的重要手段。
  新希望——无人机翱翔高原蓝天前景广阔
  其实,不仅是灾害应急监测,近年来,以小、快、灵见长的低空无人机遥感系统突破了发动机、飞行控制系统等一系列技术瓶颈,在低空遥感测绘领域取得长足发展,日益成为我省国土测绘以及农林、水利、交通、环境监测等方面不可替代的尖兵。
  作为小型飞机,固定翼测绘无人机翼展一般不超过3米,拆卸较为方便,易于携带运输。在项目执行过程中,只需要将拆卸后的无人机设备放到普通的小货车中,就可以把操作人员和所有设备同时运送到目的地。此外,传统的测绘无人机起飞方式一般是滑起,需要一段30-100米相对水平的跑道才能起飞。而随着弹射起飞和降伞技术的成熟,场地已经不再是无人机起降的阻碍。此外,与普通航空摄影测量相比,无人机更显机动灵活。测绘无人机多在200-1000米的低空飞行,且其搭载的相机多采用定焦镜头,可获得高达0.05米分辨率的影像,比卫星影像精度更高。而无人机每次飞行所需要的影像分辨率都可由飞行高度决定,只需要在飞行前设计好航线、确定好飞行高度即可。
  省第二测绘院有关专家表示,作为遥感测绘领域的尖兵,无人机比卫星遥感及大飞机航摄拥有更多优势。在传统的航空摄影中,大飞机航摄最担心天气状况不理想,因为一旦出现多云天气将严重影响成像效果。而低空无人机一般在云下飞行,基本不会影响成像质量。
  目前,随着通信及传感器等技术的发展,测绘无人机作为一种低成本、高精度、操作简便的遥感影像获取设备越来越受欢迎,并在传统测绘、数字城市建设、地理国情监测、灾害应急监测等方面取得了较为理想的应用效果。
  有几个案例佐证。2012年10月,省第二测绘院组织人员对西宁市城南新区约60平方公里的建成区进行了无人机低空数码航拍,设计航线9条,获取影像数据942张,为城南新区管委会了解和掌握园区企业入住及建设情况提供了详实的影像数据。
  为保障“机场高速(西宁段)沿线景观整治”项目的顺利实施,了解项目区域内居民地分布状况、掌握真实的征地拆迁面积、居民区内不同类型房屋面积等数据,且不进行大规模的入户测量工作,省第二测绘院对该项目区域约10平方公里进行了低空无人机数码航拍,并组织技术人员进行外业像控点测量及调绘工作,仅用8天时间就完成了该项目的3D数据生产及面积量算工作,为拆迁区域经费预算提供准确的计算依据。
  为验证低空无人机数码航拍的正射影像图及数字线划图的精度,省第二测绘院于2013年4月组织人员对群科新城约10平方公里进行0.1米分辨率影像数据获取并进行了1:1000比例尺数字线划图的生产。经过此次航拍及数字线划图的生产,证明该型无人机生产的3D产品精度达到1:1000比例尺地形图的要求,可满足规划地形图需求。
  ……
  通过以上项目的应用实践,目前,省第二测绘院采用的LT150-M型低空无人机航摄系统及集群式影像处理系统能大幅提高小面积大比例尺地形图及正射影像数据获取和生产的效率。“全”套的航摄、数据加工、成图出图、实践应用,一条龙的独立自主的完整技术流程,为服务民生、服务测绘、服务大局起着至关重要的作用,在我省众多领域中发挥着愈来愈大的作用。
  对于今后测绘无人机在我省的应用前景,作为省内唯一一家能独立完成无人机数据获取、3D数据生产、飞行服务于一体的单位,第二测绘院有关专家也做出了如下展望:
  应急测绘。利用无人机航摄可快速获取高精度的地表三维数据和高分辨率影像数据,后期还可用于测制大比例尺地形图,便于地质灾害的调查评价,有利于提早防止次生灾害的发生。在紧急情况发生时,无人机可做到快速响应,为给政府应急指挥部门提供直观的抢险救灾地图,为展开救援、指挥调度、实施救助、判断道路损毁情况、抢修道路、以及部署灾后规划重建等提供决策支持。
  土地整理、开发利用。通过无人机遥感监测成果,及时发现和依法查处被监测区域国土资源违法行为,建立利用科技手段实行国土资源动态巡查、监管,对违法行为早发现、早制止、早查处的长效机制。
  水利及公路建设前期规划。现在无人机航测的成果,影像清晰、分辨率高,精度能满足水利基础设施、公路可研、初测阶段的用图需求。
  生态监测。针对国家生态建设的需求,各部门急需通过快速监测手段进行各类地表信息的动态监测,无人机航摄系统为各部门治理相关生态问题提供快速、准确、可靠的数据,为生态监测平台建设提供基础数据。
  数字城市与新农村建设。无人机航摄系统可以缓解数字城市建设中航空摄影能力不足的压力,而且对数字城市建成后的更新维护等方面的需求将发挥有效的保障作用。无人机航摄系统可为小城镇及新农村建设提供测绘技术支持。
  ……
  青藏高原,地势险峻,高山大川,大河大江,无人机在这片特殊的地貌上经受着考验,也将大有可为。伴随着无人机航测技术在传统测绘、数字城市建设、地理国情监测、灾害应急监测等方面的推广应用,省第二测绘院投身无人机航摄系统的建设应用将一如既往,日臻完善。相信我省测绘服务保障能力不断提升,测绘地理信息将更好地服务我省经济社会发展大局,更好地服务社会、服务民生。 (王丽华 张海虎)
 
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