無人機(jī)遙感技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查與監(jiān)測中的應(yīng)用概述

張 權(quán)，黃世貴，侍 昊

(1.江西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究院，南昌 330046；2.江西省齊云山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，江西 贛州 341300；3.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，南京 210036)

遙感是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)方法和地球科學(xué)等基礎(chǔ)上發(fā)展出的一種新興、實(shí)用的科學(xué)探測手段。隨著現(xiàn)代遙感的發(fā)展，遙感技術(shù)開始從光學(xué)遙感航空攝影到不同平臺和傳感器的衛(wèi)星遙感，再到多平臺、高空間和時間分辨率的高光譜遙感技術(shù)方向。高光譜遙感具有多波段、高光譜分辨率的特征，能夠在可見光波段、近紅外波段、遠(yuǎn)紅外波段精確記錄目標(biāo)的光譜特征，反映植被的生長狀況。憑借對目標(biāo)覆蓋范圍廣、信息量大、空間與時間分辨率多的特點(diǎn)，遙感技術(shù)在我國資源調(diào)查、空間規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測中得到逐步應(yīng)用。然而，遙感影像獲取成本高、重訪周期性長、受天氣影響大的特點(diǎn)，一定程度上也制約了遙感技術(shù)的應(yīng)用，成為現(xiàn)代遙感發(fā)展的瓶頸。

無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)又稱無人駕駛飛機(jī)，是一種以無人飛行器為遙感平臺，搭載數(shù)字遙感設(shè)備，依靠自身動力航行，能夠快速、精準(zhǔn)、低成本獲取目標(biāo)遙感空間信息的技術(shù)[1]。與傳統(tǒng)航空遙感影像數(shù)據(jù)的獲取方式不同，它基本不受光照、云層等天氣因素的影響，能夠高機(jī)動、高精度、大范圍、長時間地對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行遙感監(jiān)測，影像空間分辨率可達(dá)到厘米級，能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)遙感在時間分辨率與影像分辨率方面的不足。近年來，無人機(jī)憑借其低成本、可重復(fù)觀測性、不受天氣制約、靈活度高、分辨率高的特點(diǎn)，開始在林業(yè)調(diào)查工作中得到初步應(yīng)用。

1 無人機(jī)發(fā)展概況

1917年3月，英國在全球范圍內(nèi)首次試飛了無人駕駛飛機(jī)。與此同時，美國也投入精力到無人機(jī)的研究中，研發(fā)出多型軍事無人機(jī)，并且在第二次世界大戰(zhàn)的作戰(zhàn)中取得豐碩戰(zhàn)果。隨著現(xiàn)代遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)的日漸成熟，歷經(jīng)90年的發(fā)展，無人機(jī)不再作為單一的飛行平臺和武器平臺，而是可根據(jù)飛行任務(wù)要求，搭載相應(yīng)的傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)遙感信息采集、空間數(shù)據(jù)處理、位置定位的綜合性數(shù)據(jù)處理與傳輸，性能得到極大的提升，應(yīng)用范圍也擴(kuò)展至民用的農(nóng)業(yè)、林業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測、地形測繪等多個領(lǐng)域。無人機(jī)遙感平臺主要包含飛行器、荷載傳感器與高分辨率CCD相機(jī)，通過“三合一”與“四合一”的綜合信道體制實(shí)現(xiàn)目標(biāo)影像信息的實(shí)時定位與控制傳輸，達(dá)到區(qū)域目標(biāo)監(jiān)測的目的[2]。

1.1 無人機(jī)飛行類型及載荷

由于無人機(jī)型號各異，種類繁多，一般可以從起飛重量，巡航時間，飛行動力、飛行方式以及用途進(jìn)行區(qū)分：(1)根據(jù)重量，無人機(jī)可分為微型無人機(jī)、輕小型無人機(jī)、中型無人機(jī)、重型無人機(jī)和超重型無人機(jī),微型無人機(jī)是指重量小于5 kg的無人機(jī)，國內(nèi)無人機(jī)愛好者多采用此機(jī)型；5～50 kg無人機(jī)稱為輕小型無人機(jī)；50～200 kg無人機(jī)稱為中型無人機(jī)；200～2 000 kg無人機(jī)稱為重型無人機(jī)；2 000 kg以上的稱為超重型無人機(jī)。(2)根據(jù)續(xù)航能力，可分為近程無人機(jī)、中程無人機(jī)和遠(yuǎn)程無人機(jī)：續(xù)航能力小于5 h，飛行距離小于50 km的稱為近程無人機(jī)；續(xù)航能力大于5 h且小于24 h，航程在50～1 500 km的稱為中程無人機(jī)；續(xù)航時間大于24 h,航程大于1 500 km的稱為遠(yuǎn)程無人機(jī)。民用無人機(jī)絕大部分均為近程無人機(jī)，軍用無人機(jī)航程較遠(yuǎn)，主要為中程和遠(yuǎn)程無人機(jī)。(3)按照不同飛行動力，可以分為電池動力與燃油動力兩種[3]。電池動力無人機(jī)具備快速操作，靈巧機(jī)動的特點(diǎn)，飛行過程經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。燃油動力無人機(jī)飛行器以油料為動力，動力強(qiáng)，滯空久，然而機(jī)體較大，機(jī)動性稍差。(4)按照飛行方式，可分為固定翼無人機(jī)和旋翼無人機(jī)。固定翼無人機(jī)通過人力啟動、跑道滑行或固定彈射的方式起飛，飛行需要一定的場合[4]。旋翼通過直升起降的方式飛行，對場地沒有要求，機(jī)動靈活。(5)根據(jù)用途，可分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)。軍用無人機(jī)航程遠(yuǎn)，能掛載各類作戰(zhàn)武器，對目標(biāo)實(shí)行精確打擊，主要代表有美國的RQ-4全球鷹高空遠(yuǎn)程無人機(jī)、MQ-9“死神”(Reaper)無人機(jī)，我國的翔龍大型高空無人機(jī)、翼龍多用途無人機(jī)等。

在常用的飛機(jī)載荷上，主要搭載CCD與CMOS圖像傳感器、紅外成像儀、高光譜成像儀、激光雷達(dá)等[5]。美國Microsoft公司開發(fā)了超大影像幅的UltraCamXp WA廣角大幅面數(shù)碼航攝儀，最小曝光間隔1.35 s，19 600萬像素(17 310×11 310像素)，搭載在高可靠性飛行平臺上，可取得極為豐富的目標(biāo)影像信息。隨著科技水平的迅猛發(fā)展，全球相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開發(fā)出許多數(shù)字化程度高、重量輕、體積小、監(jiān)測精度高的新型傳感器。小型多光譜、高光譜成像技術(shù)以及合成孔徑雷達(dá)技術(shù)和LIDAR成像技術(shù)等傳感器得到迅速發(fā)展[6]。

1.2 無人機(jī)重要特點(diǎn)

較衛(wèi)星遙感監(jiān)測和傳統(tǒng)監(jiān)測手段，無人機(jī)遙感有以下四個方面優(yōu)勢：

(1)應(yīng)急飛行：在環(huán)境突發(fā)事件和重大污染案件中，不需要飛行員駕駛，無人機(jī)通過地面遙控便可以對目標(biāo)高危區(qū)域展開航拍，實(shí)時監(jiān)測災(zāi)害區(qū)域變化狀況，及時反映污染區(qū)域擴(kuò)散情況，采集空氣質(zhì)量樣本，為人員搶救方案的制定提供重要參考。

(2)機(jī)動靈活：無人機(jī)重量相對較輕，不受飛行環(huán)境影響，對飛行場地要求低，飛行方式靈活，能快速響應(yīng)航拍任務(wù)。大部分無人飛行任務(wù)航拍高度在1 000 m以下，一般不需特別申請空域，可以在全國不同地域開展監(jiān)測活動。

(3)遙感影像清晰:無人機(jī)航拍工作飛行高度較低，遙感影像空間分辨率通?？梢赃_(dá)到幾厘米到十幾厘米，較傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感影像分辨率有很大提升。通過航拍影像可以直觀分辨喬木、灌木、草地等地類，為林業(yè)資源監(jiān)測提供準(zhǔn)確依據(jù)。

(4)經(jīng)濟(jì)實(shí)用:較衛(wèi)星、航空遙感平臺，無人機(jī)的購買費(fèi)用、飛行成本、維護(hù)成本相對較低，無人機(jī)愛好者、科研單位、管理部門均有能力開展無人機(jī)航拍工作。

1.3 無人機(jī)主要產(chǎn)品

按照相關(guān)學(xué)者研究并制定的無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級體系，大致分為以下幾個類別：

(1)原始數(shù)據(jù)：是指直接從無人機(jī)搭載的傳感器上獲取，經(jīng)過影像分景、分幅，而未進(jìn)行輻射校正和幾何校正處理的影像產(chǎn)品。通常不建議向用戶提供這種數(shù)據(jù)。

(2)相對輻射校正產(chǎn)品：對航拍影像進(jìn)行相對輻射校正后，圖像質(zhì)量得到有效改善，圖像噪聲能夠有效去除，細(xì)節(jié)信息得以保留。

(3)絕對輻射校正及地表物理參量產(chǎn)品：由經(jīng)過絕對輻射校正、能夠真正定量化的遙感數(shù)據(jù)而生成的地表蒸散量、土壤含水量、地表反射率等數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

(4)幾何精校正產(chǎn)品：按照一定的地球投影，在傳感器校正產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，以一定地面分辨率投影在地球橢圓球面上的幾何產(chǎn)品。產(chǎn)品附帶RPC模型參數(shù)文件并提供單片模式、立體模式和核線模式三種方式。

(5)正射校正產(chǎn)品：采用精確DEM數(shù)據(jù)和控制點(diǎn)數(shù)據(jù)做正射校正處理而產(chǎn)生的正射校正產(chǎn)品。在帶有對應(yīng)地理編碼的同時，正射校正修正了因?yàn)榈匦纹鸱鴰淼南顸c(diǎn)位移，因而不再提供RPC參數(shù)文件[7]。

2 無人機(jī)在林業(yè)資源調(diào)查與監(jiān)測中應(yīng)用

森林是全球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在大氣環(huán)境、水資源涵養(yǎng)、碳循環(huán)等方面發(fā)揮著重要作用。我國山多林密，地形復(fù)雜，傳統(tǒng)的林業(yè)調(diào)查、火情監(jiān)測、病蟲害防治多依靠工作人員實(shí)地勘察，工作強(qiáng)度大、危險性高。遙感技術(shù)憑借其覆蓋范圍廣、獲取信息量大的特點(diǎn)，在林業(yè)調(diào)查中得到應(yīng)用。近年來，我國采用高分系列衛(wèi)星、資源三號等衛(wèi)星遙感影像，通過遙感影像自動提取技術(shù)和人工判讀技術(shù)相結(jié)合，開展了林地資源調(diào)查、林地年度更新、林地征占用核查、林業(yè)病蟲害監(jiān)測、林業(yè)火災(zāi)監(jiān)測等工作，并取得了一定成果?？蒲谢顒又?，也有許多林業(yè)學(xué)者做了多項(xiàng)研究。李法玲等[8]以TM遙感影像為基礎(chǔ)，采用歸一化差異植被指數(shù)NDVI的像元二分法實(shí)現(xiàn)了江西省九連山植被覆蓋度的動態(tài)監(jiān)測。馬澤清等[9]通過對IKONOS遙感影像的目視解譯，結(jié)合林木各部位的生長模型，估算了千煙洲人工林的森林生物量以及碳儲量，肯定了人工林在碳固定中的顯著作用。

與傳統(tǒng)林業(yè)遙感監(jiān)測方法不同，無人機(jī)遙感監(jiān)測具有影像易獲取、影像空間和時間分辨率高、靈活度高、安全性好、易操控等特點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)林業(yè)遙感的影像獲取高成本、低重復(fù)性、受天氣影響大的問題，是對林業(yè)遙感技術(shù)的有效補(bǔ)充，在林業(yè)監(jiān)測活動中有廣闊應(yīng)用前景。本文通過以下四個方面對無人機(jī)在林業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，并對無人機(jī)遙感的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行展示。

2.1 在調(diào)查規(guī)劃中的應(yīng)用

傳統(tǒng)林業(yè)調(diào)查活動中，林地地類、樹種、胸徑、樹高、蓄積的界定，營造林核查與林地征占用核查等都需要人作為調(diào)查主體，前往調(diào)查對象進(jìn)行實(shí)地勘驗(yàn)。無人機(jī)通過搭載高清相機(jī)或者高光譜成像儀，可以靈活地提供目標(biāo)區(qū)域高清、豐富的遙感影像信息，為林地資源調(diào)查提供豐富依據(jù)。L. O. Wallace等[10]采用微型無人飛行器，搭載了4層激光雷達(dá)平臺和小型化定位傳感器實(shí)現(xiàn)了森林變化的監(jiān)測。史潔青等[11]以無人機(jī)航拍影像為基礎(chǔ)，融合地理信息系統(tǒng)，開發(fā)出一種全新的森林資源調(diào)查系統(tǒng)，能快捷、準(zhǔn)確地提取航拍影像信息，實(shí)現(xiàn)林地調(diào)查的信息化。孫志超等[12]采用搭載非測量相機(jī)的無人機(jī)對北京十三陵林場進(jìn)行航拍，通過實(shí)測樹高、面積等信息，擬合與校正了航拍與實(shí)測樹木信息，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)對林木信息的準(zhǔn)確測量。

此外，無人機(jī)可以輔助支撐林地年度變更工作，以林地資源“一張圖”為基礎(chǔ)，將當(dāng)年的造林、采伐、征占用、自然災(zāi)害等林地經(jīng)營活動信息及時準(zhǔn)確地更新到“一張圖”數(shù)據(jù)庫中，提高了林業(yè)數(shù)據(jù)的權(quán)威性與準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了林地?cái)?shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)管。

2.2 在病蟲害監(jiān)測中的應(yīng)用

林業(yè)病蟲害是影響林木健康生長的重要因素。傳統(tǒng)的林業(yè)病蟲害監(jiān)測與防治主要通過人員實(shí)地調(diào)查的方式，調(diào)查難度大、工作強(qiáng)度高、地形復(fù)雜等因素使得調(diào)查范圍與精度受到影響。近年來隨著高光譜遙感技術(shù)在林業(yè)病蟲害監(jiān)測中的應(yīng)用，使得大范圍監(jiān)測植被病蟲害成為現(xiàn)實(shí)。然而，高光譜技術(shù)受衛(wèi)星平臺的影響，運(yùn)行周期較長，獲取影像費(fèi)用高，影響該技術(shù)的廣泛推廣與應(yīng)用。

無人機(jī)通過搭載可見光相機(jī)或高光譜儀等設(shè)備，可以靈活地對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)松線蟲以及其它樹種病害進(jìn)行預(yù)警與監(jiān)測。Garcia-Ruiz, F等[13]采用搭載多波段成像傳感器的低空多旋翼無人飛行器研究柑橘黃龍病，通過分析530～900 nm波段數(shù)據(jù)和七個植被指數(shù)數(shù)據(jù)，精確識別了樹木黃龍病。張學(xué)敏等[14]以無人機(jī)為飛行平臺，搭載雙光譜相機(jī)獲取了松樹的病蟲害監(jiān)測遙感影像，創(chuàng)新性的提出一種特征稀疏表示和加權(quán)小波支持向量描述的影像識別方法，有效辨識了松樹的病蟲害信息。此外，無人機(jī)也可以掛載農(nóng)藥噴霧器對樹木進(jìn)行災(zāi)害防治。

2.3 在火災(zāi)監(jiān)測中的應(yīng)用

森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大、是一種防范與救援比較困難的自然災(zāi)害，與其它自然災(zāi)害相比，對森林的生長影響最嚴(yán)重[15]。在林業(yè)火災(zāi)中，由于人為用火不慎引起的火災(zāi)占95%[16]。林業(yè)火情監(jiān)測是林業(yè)經(jīng)營管理活動中非常重要的工作。救援人員能夠準(zhǔn)確、快速的到達(dá)現(xiàn)場，是撲滅火情的關(guān)鍵。傳統(tǒng)森林火情監(jiān)測主要通過人員巡護(hù)和衛(wèi)星監(jiān)測的方式。人工巡護(hù)受到降雨、云霧及地形的影響，導(dǎo)致巡查地域較小，巡護(hù)效率低。衛(wèi)星遙感監(jiān)測主要受到時間分辨率和遙感空間分辨率的影響。衛(wèi)星過境時間比較固定，獲取影像周期較長，對早期的小面積火情難以識別，對目標(biāo)區(qū)域不能實(shí)現(xiàn)影像的實(shí)時獲取，很難實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的動態(tài)監(jiān)測。

無人機(jī)憑借其機(jī)動、靈活、快速、準(zhǔn)確的方式，可以對較大范圍的人為用火區(qū)進(jìn)行長時間監(jiān)控，可及時發(fā)現(xiàn)并上報火情，利于撲火隊(duì)伍和大型滅火直升機(jī)精準(zhǔn)撲滅火情。林業(yè)防火無人機(jī)主要以飛行器為平臺，搭載高清相機(jī)或者紅外成像儀，對重點(diǎn)林火區(qū)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。Hinkley, E.A等[17]采用無人機(jī)系統(tǒng)作為傳感器平臺，實(shí)現(xiàn)了森林火情熱圖像信息數(shù)據(jù)的及時收集，為美國林務(wù)局和其它防火管理機(jī)構(gòu)野火決策支持系統(tǒng)提供了重要依據(jù)。張慶杰等[18]為克服傳統(tǒng)火災(zāi)監(jiān)測范圍局限性和費(fèi)用高昂的問題，采用六旋翼無人機(jī)拍攝了林區(qū)視頻，以視覺顯著性方法為突破口，結(jié)合候選林火區(qū)、特征融合與分類、閾值判斷等流程判斷分析林區(qū)火情，提取出火情位置、形狀、面積、蔓延速度等關(guān)鍵信息，快速、高效地解決了林火監(jiān)測問題。何誠等[19]采用深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司的搭載1 400萬像素相機(jī)的電動四旋翼無人機(jī)采集實(shí)驗(yàn)圖像，以搭載熱紅外成像系統(tǒng)的電動六旋翼無人機(jī)收集參考圖像，拍攝南京森林警察學(xué)院內(nèi)的實(shí)驗(yàn)樣地，運(yùn)用地面調(diào)查與交叉測量法對比評價了搭載普通相機(jī)的無人機(jī)的火情監(jiān)測方法，為林業(yè)火情監(jiān)測提供了新方式。

2.4 在濕地調(diào)查中的應(yīng)用

濕地作為地球生態(tài)系統(tǒng)的重要部分，對區(qū)域氣候調(diào)節(jié)、水土保持、生物多樣性保護(hù)等方面發(fā)揮著巨大貢獻(xiàn)[20]。豐富的濕地資源對棲身于都市的人們尤其重要。國內(nèi)外學(xué)者采用無人機(jī)對濕地進(jìn)行了研究。Zaman等[21]以AggieAir & # x2122新型無人駕駛飛行器為平臺，跟蹤拍攝了猶他州北部一大片重要濕地入侵物種蘆葦?shù)膫鞑?，結(jié)合基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論進(jìn)展的分類算法，提出一種有效量化蘆葦?shù)膫鞑シ椒?，并評估了控制蘆葦傳播的有效性。李芾[22]采用低空無人機(jī)技術(shù)獲取了沈陽市蒲河城市濕地的遙感影像，通過地面調(diào)查與植被對比分析，展示了無人機(jī)遙感極高影像分辨率的優(yōu)勢，為城市濕地的景觀規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。周在明等[23]采用無人機(jī)低空獲取了福建省三沙灣地區(qū)灘涂地區(qū)互花米草的可見光和多光譜影像，以可見光影像為參考，采用NDVI指數(shù)為模型計(jì)算出多光譜影像的植被覆蓋度，取得了良好效果。

近幾年，江西省開始將無人機(jī)應(yīng)用到林業(yè)調(diào)查、病蟲害防治、火情監(jiān)測與濕地保護(hù)等監(jiān)測活動中。2016—2017年，江西省在全省范圍內(nèi)開展了城區(qū)濕地調(diào)查工作，通過外業(yè)調(diào)查與無人機(jī)遙感技術(shù)相結(jié)合的方法采集信息，結(jié)合先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)技術(shù)，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)匯總處理，創(chuàng)新性地建設(shè)成全國首個城區(qū)濕地一張圖。通過濕地一張圖的建立，準(zhǔn)確掌握各縣城區(qū)濕地動態(tài)，為后續(xù)的濕地保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。2016年2月，江西省鄱陽湖保護(hù)區(qū)都昌保護(hù)監(jiān)測站與都昌候鳥保護(hù)區(qū)管理局聯(lián)合省新聞媒體等首次采用四翼無人機(jī)在該縣鄱陽湖朱袍山、三山的縱深水域內(nèi)對鶴形目、雁鴨類等大型越冬候鳥種群進(jìn)行航拍調(diào)查。此次共計(jì)監(jiān)測到大型越冬水鳥種群三處，發(fā)現(xiàn)灰鶴400余只、小天鵝1.5萬余只，豆雁1.4萬余只。2017年4月，省林業(yè)規(guī)劃院在項(xiàng)目規(guī)劃中，搭配使用旋翼無人機(jī)和固定翼無人機(jī)獲取了于都縣境內(nèi)寧定高速道路兩旁的林地高分辨率圖片和林地小班坐標(biāo)位置，為項(xiàng)目后期的林相改造提供了重要依據(jù)[24]。2017年9月，江西省武夷山國家級自然保護(hù)區(qū)首次運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)，協(xié)助野外科研調(diào)查。2016年8月底，江西省修水縣林業(yè)局利用無人機(jī)對余塅鄉(xiāng)一顆受到錦斑娥幼蟲侵害的重陽木進(jìn)行了高空噴霧防治。2017年8月底，江西省九江市已經(jīng)將無人機(jī)應(yīng)用到廬山上空，進(jìn)行消防巡航，實(shí)現(xiàn)了防火從人防到技防的轉(zhuǎn)變。

3 發(fā)展方向與前景展望

隨著現(xiàn)代林業(yè)逐步邁向信息化、自動化與智能化，傳統(tǒng)的林業(yè)監(jiān)測與調(diào)查手段耗時久、強(qiáng)度大、精度差的問題已經(jīng)難以滿足林業(yè)發(fā)展需求，航空遙感與航天遙感數(shù)據(jù)也由于時間分辨率低，難獲取的特征影響林業(yè)監(jiān)測，林業(yè)無人機(jī)遙感技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用有效解決了這些問題，但當(dāng)前林業(yè)無人機(jī)應(yīng)用還有許多不足并有待加強(qiáng)。

(1)豐富傳感器類型

我國民用輕小型無人機(jī)常用荷載傳感器類型主要有數(shù)碼相機(jī)、視頻攝像機(jī)、多光譜相機(jī)、紅外輻射儀等，其中數(shù)碼相機(jī)占全部傳感器種類的77%。在無人機(jī)用戶中，研究機(jī)構(gòu)和高校多采用多光譜相機(jī)、高光譜相機(jī)和紅外輻射儀，而85%的用戶仍采用光學(xué)數(shù)碼相機(jī)作為傳感器進(jìn)行遙感拍攝活動。數(shù)碼相機(jī)航拍影像變形大、精度差、效率低，會嚴(yán)重影響成圖效果。因此，為解決無人機(jī)荷載傳感器單一化的現(xiàn)狀應(yīng)需要研究輕小型多視立體航攝儀、小型機(jī)載激光雷達(dá)、熱紅外成像儀等多傳感器和集成飛行平臺與飛控系統(tǒng)的技術(shù)，研發(fā)基于輕小型無人機(jī)的實(shí)景三維模型、機(jī)載合成孔徑雷達(dá)影像圖、熱紅外航空遙感影像圖、高光譜航空遙感影像圖等產(chǎn)品，擴(kuò)展輕小型無人機(jī)的應(yīng)用范圍領(lǐng)域。

(2)完善影像標(biāo)準(zhǔn)化處理體系

無人機(jī)航拍系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。硬件系統(tǒng)主要包含飛行平臺、荷載傳感器、飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和地面保障系統(tǒng)共六個部分[25]。軟件系統(tǒng)主要包含航線設(shè)計(jì)軟件、航拍影像快速檢查軟件和影像處理軟件三部分。法國像素工廠系統(tǒng)(PixelFactory)、德國Inpho軟件系統(tǒng)、中國測繪科學(xué)研究院PixelGrid軟件系統(tǒng)和武漢大學(xué)DPGrid軟件系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算，在無人機(jī)影像預(yù)處理(內(nèi)定向、畸變改正、建立影像金字塔)、自動空三測量、密集匹配同名點(diǎn)、影像勻光與勻色、影像鑲嵌和正射糾正等環(huán)節(jié)均可采用并行計(jì)算的方式進(jìn)行，可以極大節(jié)約人力和時間。在影像信息提取上，仍以常用的衛(wèi)星遙感影像處理軟件為主，如ERDAS、ENVI、eCognition等，并無較為成熟的無人機(jī)數(shù)據(jù)一體化處理系統(tǒng)。因此，目前亟需整合一套完整的無人機(jī)數(shù)據(jù)處理體系，包括影像定標(biāo)、幾何校正、數(shù)據(jù)拼接、特征增強(qiáng)和信息提取等，形成無人機(jī)影像的標(biāo)準(zhǔn)化處理體系。

(3)加強(qiáng)無人機(jī)影像時效性處理

目前民用輕小型無人機(jī)的續(xù)航能力大多在2～3 h之間，荷載重量在5 kg以內(nèi)，搭載的傳感器拍攝幅面小，這些因素已經(jīng)成為制約無人機(jī)發(fā)展的重要瓶頸。無人機(jī)拍攝影像空間分辨率高，光譜特征多，影像的紋理特征豐富，在影像處理與分析中需要耗費(fèi)較大的人力與時間。尤其在突發(fā)自然災(zāi)害的航拍工作中，急需對拍攝影像數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理與分析，為決策者提供現(xiàn)實(shí)時參考依據(jù)，因而產(chǎn)品時效性亟需加強(qiáng)。

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