j9九游會(huì)登錄入口首頁(yè)近年來(lái),搭載照相設(shè)備等任務(wù)載荷、由飛手遙控或利用飛控系統(tǒng)自主控制飛行的無(wú)人機(jī)平臺(tái),在測(cè)繪、減災(zāi)應(yīng)急等遙感應(yīng)用領(lǐng)域日益發(fā)揮重要作用,成為遙感家族的新成員。無(wú)人機(jī)因其小巧機(jī)動(dòng)、低空飛行、時(shí)空分辨率高、載荷配置多樣靈活等特點(diǎn),被稱為遙感家族的“小精靈”。但,這個(gè)“小精靈”卻有大用處!
無(wú)人機(jī),通常引用的英文名稱為Unmanned Aerial Vehicle(UAV)。一般是指由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、不搭載操作人員的一種空中飛行器,采用空氣動(dòng)力為飛行器提供所需的升力,能夠自主或遙控飛行,既能一次性使用也能進(jìn)行回收,能夠攜帶殺傷性或非殺傷性任務(wù)載荷,如拍照、撒播藥物、播放聲音等。
無(wú)人機(jī)不是一個(gè)新鮮事物,其發(fā)展已歷經(jīng)百年。1917年,英國(guó)皇家航空研究院初步將空氣動(dòng)力學(xué)、輕型發(fā)動(dòng)機(jī)和無(wú)線電三者結(jié)合起來(lái),研制出了世界上第一架無(wú)人駕駛飛機(jī)。同年12月,美國(guó)發(fā)明家埃爾默斯佩使用自己發(fā)明的陀螺儀和美國(guó)西部電氣公司開發(fā)的無(wú)線電控制系統(tǒng)完成了“空中魚雷”的首飛。一開始,無(wú)人機(jī)主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。進(jìn)入21世紀(jì)后,隨著現(xiàn)代電子、精密機(jī)械、導(dǎo)航定位和遙感器等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,并形成產(chǎn)業(yè)。
無(wú)人機(jī)可以按使用功能、氣動(dòng)布局、動(dòng)力類型、大小重量、飛行速度、活動(dòng)半徑、飛行高度等方法進(jìn)行分類。
按使用功能劃分,無(wú)人機(jī)可分為軍用無(wú)人機(jī)、民用無(wú)人機(jī)和消費(fèi)無(wú)人機(jī)。軍用無(wú)人機(jī)又可分為偵察無(wú)人機(jī)、電子對(duì)抗無(wú)人機(jī)、通信中繼無(wú)人機(jī)、攻擊無(wú)人機(jī)及無(wú)人靶機(jī)等類型;民用無(wú)人機(jī)可分為各種用途的巡查、監(jiān)視、測(cè)繪和探測(cè)無(wú)人機(jī)以及農(nóng)用無(wú)人機(jī)等;消費(fèi)無(wú)人機(jī)主要用于個(gè)人航拍、游戲等休閑用途。
按氣動(dòng)布局劃分,無(wú)人機(jī)可分為固定翼類無(wú)人機(jī)、旋翼類無(wú)人機(jī)、撲翼無(wú)人機(jī)和復(fù)合式布局等類型。固定翼類無(wú)人機(jī)飛行時(shí)靠動(dòng)力裝置產(chǎn)生前進(jìn)的推力或者拉力,產(chǎn)生升力的主翼面相對(duì)于機(jī)身固定不變,主要有常規(guī)布局、鴨式布局、無(wú)尾或飛翼布局、三翼面等形式;旋翼類無(wú)人機(jī)產(chǎn)生升力的旋翼槳葉在飛行時(shí)相對(duì)于機(jī)身是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的,又可分為無(wú)人直升機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)和無(wú)人旋翼機(jī),前兩種形式的無(wú)人機(jī)旋翼由動(dòng)力裝置直接驅(qū)動(dòng),可垂直起降和懸停,無(wú)人旋翼機(jī)的旋翼則是無(wú)動(dòng)力驅(qū)動(dòng);撲翼類無(wú)人機(jī)靠機(jī)翼像小鳥的翅膀一樣上下?lián)鋭?dòng)來(lái)獲取升力和動(dòng)力,適合于小型和微型的無(wú)人機(jī);復(fù)合式布局無(wú)人機(jī)由基本類型組合而成,主要包括傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)和旋翼/固定翼無(wú)人機(jī)等。
按照動(dòng)力類型,無(wú)人機(jī)主要分為油動(dòng)力無(wú)人機(jī)和電動(dòng)力無(wú)人機(jī)兩種,近幾年也有以太陽(yáng)能和氫燃料電池作為核心動(dòng)力的無(wú)人機(jī)不斷被研發(fā)出來(lái)。
按大小重量劃分,無(wú)人機(jī)可分為微型無(wú)人機(jī)、輕小型無(wú)人機(jī)、小型無(wú)人機(jī)、中型無(wú)人機(jī)和大型無(wú)人機(jī)。微型無(wú)人機(jī)重量一般小于1千克,尺寸在15厘米以內(nèi)j9九游會(huì)登錄入口首頁(yè)。輕小型無(wú)人機(jī)重量一般在1~7千克之間,小型重量一般在1~200千克之間,中型無(wú)人機(jī)重量一般在200~500千克。
現(xiàn)在,無(wú)人機(jī)也成了很多小朋友、大朋友的玩具“新寵”消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)一般采用成本較低的多旋翼平臺(tái),主要用于航拍、游戲等休閑用途。國(guó)內(nèi)消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的爆發(fā)在2012年左右。在此之前,無(wú)人機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)主要是一些航模愛(ài)好者、發(fā)燒友等。目前,我國(guó)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)“井噴”態(tài)勢(shì),除航空、航天相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)和高校外j9九游會(huì)登錄入口首頁(yè),眾多民營(yíng)企業(yè)紛紛加入研發(fā)行列中,民用無(wú)人機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用可謂如火如荼,我國(guó)無(wú)人機(jī)在消費(fèi)娛樂(lè)等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)走在世界前列。
發(fā)展迅速的無(wú)人機(jī)目前已成為一種新興的遙感平臺(tái),在搭載各種遙感器后,被廣泛應(yīng)用于國(guó)土航測(cè)j9九游會(huì)登錄入口首頁(yè)、農(nóng)林植保、大氣探測(cè)、災(zāi)害救援、國(guó)防安全等領(lǐng)域。
無(wú)人機(jī)遙感具備超高分辨率、高頻次獲取能力,可以與衛(wèi)星遙感形成能力互補(bǔ)。相比于有人機(jī)遙感,又具有較高的性價(jià)比和機(jī)動(dòng)性。無(wú)人機(jī)遙感具備的實(shí)時(shí)觀測(cè)能力,是目前衛(wèi)星遙感觀測(cè)平臺(tái)很難實(shí)現(xiàn)的。
衛(wèi)星遙感可以提供亞米級(jí)別的影像,但是分辨率越高,衛(wèi)星重訪周期越大。無(wú)人機(jī)影像可以很容易地提供厘米甚至更高分辨率的地面信息,且不存在高空間分辨率和時(shí)間分辨率的矛盾,在低成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了空間和時(shí)間的辯證統(tǒng)一??梢哉f(shuō),無(wú)人機(jī)遙感的出現(xiàn)及快速發(fā)展,使遙感科學(xué)研究從宏觀向微觀前進(jìn)了一大步。相較于衛(wèi)星平臺(tái)的高成本和集中管理,無(wú)人機(jī)平臺(tái)讓遙感數(shù)據(jù)獲取進(jìn)入大眾化時(shí)代,真正實(shí)現(xiàn)to C (使用者)的遙感應(yīng)用。
由于無(wú)人機(jī)遙感的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),過(guò)去很多基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用效果不佳或者無(wú)法實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域,目前都可以利用無(wú)人機(jī)遙感手段很好地實(shí)施。例如,利用無(wú)人機(jī)高光譜遙感可以進(jìn)行地表物種分類和識(shí)別,通過(guò)無(wú)人機(jī)高光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)并識(shí)別外來(lái)物種入侵等,為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。又如,無(wú)人機(jī)遙感為極端環(huán)境采樣和數(shù)據(jù)獲取提供了便利條件,為很多研究提供了第一手的數(shù)據(jù),助力多個(gè)新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。2010年以來(lái),美國(guó)國(guó)家航空航天局使用高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)“全球鷹”(GlobalHawk)對(duì)大西洋5個(gè)颶風(fēng)的路徑監(jiān)測(cè)取得成功后,協(xié)助構(gòu)建了臺(tái)風(fēng)精細(xì)結(jié)構(gòu)體系。2017年,多國(guó)研究團(tuán)隊(duì)曾利用安裝相機(jī)和其他傳感器的無(wú)人機(jī)來(lái)拍攝危地馬拉火地島火山的噴發(fā)畫面,測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù),并對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行建模。
特別值得一說(shuō)的是,無(wú)人機(jī)遙感在災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在近些年的重大自然災(zāi)害應(yīng)急事件中,都能看到無(wú)人機(jī)的身影:2008年汶川地震災(zāi)后救援中,無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)投入使用;之后的重大自然災(zāi)害,如四川茂縣滑坡、大連泄油事件、天津港重大?;繁ㄊ鹿实葢?yīng)急救災(zāi)中,無(wú)人機(jī)都發(fā)揮了重要作用。
在行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,油氣、輸電、光伏電場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)人機(jī)巡檢已實(shí)現(xiàn)常態(tài)化。在一些政府部門,無(wú)人機(jī)正被逐步納入業(yè)務(wù)體系,如環(huán)保部門利用無(wú)人機(jī)開展河流排污口排查整治。高頻次、迅捷響應(yīng)的無(wú)人機(jī)平臺(tái)和厘米級(jí)的無(wú)人機(jī)圖像,有力支持了環(huán)保相關(guān)業(yè)務(wù)部門常規(guī)作業(yè)的日?;\(yùn)行。
由于方便靈活,大眾參與度高,無(wú)人機(jī)創(chuàng)新活躍度也很高,發(fā)展迅猛j9九游會(huì)登錄入口首頁(yè)。無(wú)人機(jī)遙感和其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的深度結(jié)合,呈現(xiàn)出大量拓展性的應(yīng)用,被稱為無(wú)人機(jī)的“遙感+”應(yīng)用。例如,在“遙感+數(shù)據(jù)”的實(shí)時(shí)傳輸方面,無(wú)人機(jī)遙感對(duì)軍事、應(yīng)急減災(zāi)救援等非常重要,許多國(guó)土安全監(jiān)測(cè)與災(zāi)害救援行動(dòng)依靠無(wú)人機(jī)遙感與實(shí)時(shí)傳輸提供及時(shí)信息以進(jìn)行決策。
在“遙感+即時(shí)定位與地圖構(gòu)建技術(shù)(SLAM)”方面,無(wú)人機(jī)與SLAM的結(jié)合使得無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航和避障得到增強(qiáng),在無(wú)人機(jī)智能化數(shù)據(jù)獲取與自主飛行上具有重要應(yīng)用前景。
在“遙感+決策和執(zhí)行技術(shù)”方面,實(shí)現(xiàn)“無(wú)人機(jī)遙感+識(shí)別+任務(wù)規(guī)劃+執(zhí)行任務(wù)”一體化完成。例如,無(wú)人機(jī)遙感可以實(shí)現(xiàn)田野農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè),形成病蟲害處方圖,規(guī)劃合理航線,執(zhí)行精準(zhǔn)農(nóng)藥噴灑,將靜態(tài)遙感觀測(cè)與實(shí)時(shí)決策和執(zhí)行融為一體。
在“遙感+低空航路規(guī)劃”方面,當(dāng)前無(wú)人機(jī)多樣化應(yīng)用需求主要在低空,“低、慢、小”無(wú)人機(jī)絕大部分集中在低于500米的近地面空域,而這個(gè)空域地表變化多樣、情況復(fù)雜,飛行安全和效率問(wèn)題突出,故低空航路特別是城鎮(zhèn)化地區(qū)無(wú)人機(jī)低空公共航路,需要精細(xì)化規(guī)劃。通過(guò)傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)渠道獲取數(shù)據(jù)效率低下,而利用城鎮(zhèn)地區(qū)高清高動(dòng)態(tài)無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)服務(wù)低空航路規(guī)劃構(gòu)建成為研究前沿,我國(guó)在這方面已率先開展積極探索。
在“遙感+區(qū)域組網(wǎng)”方面j9九游會(huì)登錄入口首頁(yè),盡管無(wú)人機(jī)遙感能力很強(qiáng)、空間分辨率高,但覆蓋區(qū)域小,難以滿足大區(qū)域應(yīng)用對(duì)無(wú)人機(jī)遙感的需求,必須通過(guò)無(wú)人機(jī)組網(wǎng)遙感的方式發(fā)揮聚合作用。比如,通過(guò)一定的組織模式和技術(shù)體系,把全國(guó)分布式的無(wú)人機(jī)遙感資源規(guī)劃部署起來(lái),構(gòu)建大區(qū)域、高頻次、迅捷響應(yīng)的厘米分辨率及遙感監(jiān)測(cè)體系,從而完成大面積的測(cè)量任務(wù)。
總的說(shuō)來(lái),無(wú)人機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展已經(jīng)形成了全領(lǐng)域應(yīng)用的態(tài)勢(shì),在應(yīng)用需求的強(qiáng)力牽引和新技術(shù)發(fā)展的有力支持下,無(wú)人機(jī)的發(fā)展未來(lái)可期。