光学遥感技术姓名：****学号：************专业：光学工程任课教师：******目录摘要 (I)1.引言 (1)2.无人机遥感系统概述 (1)3.无人机遥感优势 (2)4.无人机系统及工作原理 (2)5.无人机遥感的关键技术 (3)①无人机航空遥感平台集成技术 (3)②遥感数据的实时获取与下传 (4)③遥感数据的地面接收与处理 (4)6.结束语 (5)7.参考文献 (6)摘要分析了无人机的技术优势,介绍无人机遥感系统的原理,以及无人机实现中的关键技术,探讨我国使用无人机遥感技术的国土资源快速监察机制。
无人机遥感系统以更低的运营成本、高效灵活的任务安排,自动化和智能化的操作应用成为主要的遥感技术之一，而且相对于其他遥感技术可以提供更高的实时性和准确性。
关键词：无人机；遥感；国土资源管理AbstractAnalysis of unmanned aerial vehicle (uav) technology advantage, this paper introduces the principle of uav remote sensing system, and the key technology of unmanned aerial vehicle (uav) implementation, discusses the rapid of land and resources using unmanned aerial vehicle (uav) remote sensing technology in monitoring mechanism. Uav remote sensing system with lower operating costs, highly efficient and flexible task arrangement, the operation of the automatic and intelligent application become one of the main remote sensing technology. And relative to other remote sensinKeywords: drone; remote sensing; land and resource management无人机遥感1.引言土地资源是人类赖以生存和发展的物质基础,我国人多地少,随着经济的快速发展,耕地、矿产资源等不断减少,生态环境面临严峻考验。
全面、准确、及时地掌握国土资源的数量、质量、分布及其变化趋势,进行合理开发和利用,直接关系到国民经济的可持续发展。
为此,国土资源管理部门正在逐步建立“天上看、网上管、地上查”的立体跟踪监测体系,对土地和资源的利用情况进行动态监测,同时加大执法监察力度。
国土资源监察工作的重要内容之一是对土地和资源的变化信息进行实时、快速的采集。
目前,地方上多采用人工实地检查,国家多采用卫星遥感影像数据和普通航空遥感影像数据,这些技术手段在实际工作中发挥了很大作用,但在高效、快捷、准确性等方面还存在一定程度的不足。
人工实地检查效率低,需要大量的人力和物力,由于国土资源部门各级人员配置与工作量大不相适应,大量地方难以巡查到位,并且容易受到人为因素的干扰。
卫星遥感影像数据采购周期长、时相难以保证,因此现势性不够;另外卫星影像的分辨率较低,影响判别准确性。
有人驾驶飞机的普通航空遥感的方法可获取较高分辨率的影像,但受空域管制和气候等因素制约,对时间要求紧迫的监测任务较难保障,而且成本高。
因此,对重点地区和热点地区要实现滚动式循环监测,对违规违法用地、滥占耕地、非法开采矿山、破坏生态环境等现象要做到及早发现、及时制止,除继续采用已有的技术手段以外,还迫切需要开发并采用更加快速、高效、直观的国土资源快速监察新技术系统。
2.无人机遥感系统概述无人机技术经过几十年的发展,性能不断提高,功能日臻完善,尤其是近年来航空、微电子、计算机、导航、通讯、传感器等相关技术的飞速发展,使无人机技术从研究开发阶段迅速发展到实用化阶段,并被广泛应用到各个领域中,成为未来航空器的重要发展方向之一。
无人驾驶飞行器出现在1917年,早期的无人驾驶飞行器的研制和应用主要用作靶机,应用范围主要是在军事上,后来逐渐用于作战、侦察及民用遥感飞行平台。
20世纪80年代以来,随着计算机技术、通讯技术的迅速发展以及各种数字化、重量轻、体积小、探测精度高的新型传感器的不断面世,无人驾驶飞行器系统的性能不断提高,应用范围和应用领域迅速拓展。
世界范围内的各种用途、各种性能指标的无人驾驶飞行器的类型已达数百种之多。
续航时间从一小时延长到几十个小时,任务载荷从几千克到几百千克,这为长时间、大范围的遥感监测提供了保障,也为搭载多种传感器和执行多种任务创造了有利条件。
而随着我国信息化建设和科学技术的不断进步，无人机低空摄影平台的研究在无人机总体工业设计、飞行控制系统、组合导航系统、中继数据链路系统、传感器技术、图像获取及传输系统、发射回收等诸多技术领域都有了长足的进步，达到了世界应用水平。
3.无人机遥感优势无人机航空遥感在区域土地利用动态监测中的应用是一个全新的领域，它完全突破了以往传统方式的束缚，与卫星、载人航空等现代遥感平台相比，无人机航空遥感拥有了无法媲美的优势，具体如下：（1）机动快速的响应能力低空飞行，空域申请便利，降低了对天气条件的要求。
飞行系统升空准备时间短、操作简单、运输便利。
车载系统可迅速到达监测区附近设站，可进行云下飞行。
（2）高分辨率图像和高精度定位数据获取能力系统可获取超高分辨率数字影像和定位数据，并可针对特殊监测目标搭载全色波段、单波段、多波段等传感器，并可进行多角度摄影。
系统具备数据快速处理、应用分析以及与其他数据源的快速融合处理功能。
（3）多种任务设备的应用拓展能力系统为多种小型遥感传感器提供了良好的搭载平台，如探地雷达、热成像仪、气象传感器、合成孔径雷达等，易于拓展监测功能，以满足多种快速监测所需。
（4）低廉的运营成本，便利的系统维护系统的置建费用较低，运营成本、维护成本和操作手的成本远远低于载人机系统。
本次无人机航空遥感选择的试验区域为鄂尔多斯市东胜城区，该地区城市发展速度快，旧城改造频繁，变化周期短，若采用高分辨率的卫星影像或者载人飞机来获取数据，势必会产生昂贵的费用，因此针对变化频繁，而又迫切需要获取高精度变化信息的鄂尔多斯市东胜区域，我们选择了无人机航空遥感手段来获取变化数据。
4.无人机系统及工作原理无人机空间信息采集完整的工作平台分为四个部分：飞行器系统部分、测控及信息传输系统部分、信息获取与处理部分、保障系统部分,如图4.1和4.2.图4.1 无人机遥感平台框图图4.2 无人机系统工作原理图5.无人机遥感的关键技术无人机遥感是一个综合的系统的技术领域。
它涉及航空、微电子、自动化控制、计算机通讯、导航定位等多个领域,其中的关键技术主要包括:航空遥感平台集成技术、专用数据处理技术、传感器自动控制技术、稳定平台技术、数码相机精确检较和定标技术、小幅面遥感影像快速处理以及“3S”技术。
按照平台构建框架其关键技术又可分为:无人机航空遥感平台集成技术、遥感数据的实时获取与下传技术和遥感数据的地面接收与处理技术。
①无人机航空遥感平台集成技术无人机遥感平台的结构图如图4.1所示。
可以分为飞行器分系统、测控及信息传输系统、信息获取与处理系统及保障系统几个部分。
小型无人机是低成本的新型遥感平台,要求装载的遥感仪器体积小、重量轻、抗震性好。
该系统由面阵CCD相机头部和主控计算机两部分组成。
面阵CCD相机头部完成遥感图像的拍摄获取。
相机头部包括相机机身、镜头和数码后背三部分。
数码相机主要有两类,一类是把可拆卸的面阵CCD数码后背装在大中型幅面相机后部取代胶片进行数字化成像;另一类是将CCD成像模块直接与机身做成一体,也就是我们常见的135小型幅面数码相机。
前者通常具有很高的分辨率,用于专业摄影,而后者更强调便利性,用于家庭和一般摄像。
无人机遥感平台要求相机分辨率高,体积小,所以采用了大面阵CCD数码后背加120中型幅面相机的方案。
我们对图像质量要求较高,因此必须减少拖影对图像的影响,要求拖影小于0.5像元。
如果我们选用的大面阵CCD后背像元大小为9μｍ×9μｍ,无人机速度33ｍ/ｓ,高度500ｍ,相机焦距约50ｍｍ,可以计算出相机的曝光时间为1/733ｓ,所以我们选用相机的最高快门应在1/1000ｓ以上。
摄影镜头的主要参数是焦距ｆ,焦距ｆ和视场角θ以及成像面宽度Ｌ关系密切。
焦距ｆ和视场角θ、成像面尺寸Ｌ的关系式如下:ｔｇ(θ/2)=(Ｌ/2)/ｆ,可以根据此关系式进行焦距的相关计算。
主控计算机完成对相机的控制,图像的传输和存储。
PC/104+嵌入式计算机较好的满足了此要求,并具备开发周期短的优势。
PC/104+嵌入式计算机可以在两台仪器中完成了曝光控制、图像采集、传输、存储、GPS解码计算、执行远程指令、状态报告等功能。
②遥感数据的实时获取与下传无线电遥测系统是传送无人机和遥感设备的状态参数,可实现飞机姿态、高度、速度、航向、方位、距离及机上电源的测量和实时显示,具有数据和图形两种显示功能。
供地面人员掌握无人机和遥感设备的有关信息,并存贮所有传送信息,以便随时调用复查。
无线电遥控系统是用于传输地面操纵人员的指令,引导无人机按地面人员的旨意飞行。
由于高分辨率航空遥感设备产生的数据量大,目前在实时下传过程中多采用高压缩比的有损图像压缩技术,其所导致的误差限制了航空遥感在一些高标准领域的应用。
遥感数据的实时获取与下传与多模态传感器、遥感平台航摄控制系统以及飞行器平台的数据实时传输链路都有密切关系。
实现机上航空遥感数据传输与压缩,可供考虑的方案至少有3种,第三种方案比较好,所以在这里只介绍一下第三种方案。
在这种方案中多模态遥感器系统通过工控机利用两条数据传输链路,同时将遥感数据一份存入硬盘备份,一份通过机载遥感平台控制板I/O接口送入遥感数据压缩模块板,进行数据压缩。
压缩后的数据经过机载遥感平台控制板数据传输线路,由无人机数据传输设备实现数据对地传输。
无人机对地成像将获取的遥感图像以数字形式记录存储;机载遥感平台控制板通过I/O设备读取遥感数据,数据通讯程序将遥感平台控制板上获取的BMP格式的遥感图像数据写到DSP板卡的内存中;DSP数据压缩模块板将获取的BMP 图像数据压缩成JPEG图像数据,并将生成的JPEG图像数据写到指定的内存;然后由数据通讯程序从DSP板卡的指定内存中获取压缩后的JPEG图像数据,送到无人机数据传输链路。