無人機低空遙感技術應用研究

□郭亞東

無人機屬于一種無需駕駛員上機進行操縱，利用旋翼或是固定翼形成拉力以及升力，于大氣層之中飛行的設備。如今，無人機技術開始嘗試同遙感技術相融合，即形成無人機低空遙感技術。無人機可以配合多種遙感設備，包括熱紅外、多光譜以及激光雷達等，配合無人機本身具備優秀的機動性，可以在短時間內實現各類信息數據的采集工作。

一、無人機遙感技術的優勢、發展及其限制

(一)無人機遙感技術的優勢。相較于傳統航天遙感技術、航空遙感技術等，無人機低空遙感技術優勢相對明顯，一方面，無人機低空遙感技術意味著無人機在云層高度以下飛行，規避了云層針對數據采集的干擾，使得該技術相較于傳統航天遙感技術以及航空遙感技術在精度方面表現更為優秀。另一方面，無人機本身體積較小，且具有優秀的便攜性，具備在任何時間開展監測以及即時傳輸的優勢。不僅如此，無人機能夠針對某一區域之中予以高頻率的監測，實現即時性數據反饋，一定程度補充了航天航空遙感技術只能開展周期性遙感數據采集的缺陷。

(二)無人機遙感技術的發展現狀。如今，無人機技術處于高速發展的狀態，而無人機本身造價也呈現持續走低的趨勢，使得該技術在民用領域得到充分的運用與發展，也成為推動我國經濟發展的助力之一。無人機發展至今，種類繁多，依照不同的平臺結構型號基本可以劃分為如下三種：固定翼無人機、旋翼無人機以及無人飛艇等。固定翼無人機一般可以選用兩種起落方式，一類是利用民用道路或是其余跑道進行滑行起落，另一種則是利用彈射的方式實現無人機起飛，然后由機體自有的降落傘架實現降落。旋翼無人機依照其旋翼總量可以劃分為兩類無人機，即無人直升機以及旋翼無人機，其中，旋翼無人機操縱相較于簡單，也便于攜帶，機動水平高，飛行平穩，多應用在可視范圍之中的低空勘測任務。無人飛艇則是借由其腔體之中的氣體實現升降，因為是通過發動設備開展動力飛行，所以這一種類駕駛平臺容易受到氣候條件干擾。

(三)無人機低空遙感技術的限制。無人機發展至今，雖然技術日趨成熟，但也存在許多問題并沒有得到妥善解決。具體表現在如下方面：第一，無人機遙感系統缺乏自主性。目前，大部分無人機的飛行是借助于綜合傳感設備以及操作人員共同完成，但無人機本身缺乏智能性，一旦無人機飛至操作者視力范圍之外或是飛行期間出現故障，無人機無法自我處理。且如果操作人員控制不及時，無人機有較大概率墜落。第二，無人機遙感系統信息安全性有待提高。網絡安全問題一直是人們關注的問題，而無人機本身體積較小，加之飛行高度高，所以具有良好的隱藏性，在采集信息數據時，人們肉眼一般難以發現，導致地理信息處于無人監管區域較為容易被泄露。且電腦黑客的長期存在，也使得無人機所采集獲取的數據較為容易為黑客所盜取，特別是部分涉及國家安全的信息，如國防軍事領域有關信息數據，則后果十分嚴重。

二、無人機遙感技術于各個領域之中的運用

(一)精確農業的監測。農業生產期間，基于農業發展逐漸朝向機械化與溫室栽培方面發展，農業生產技術已然得到明顯提高，農產品產量也相應增加，盡管目前不同類型生物技術的發展針對農業生產與經營產生沖擊，而數據收集工作依舊采用傳統的方式，例如關于農作物種類、布局以及總量的調查，病蟲害波及范圍、種類以及農作物受損程度等不同類型數據收集工作大都還停留在人工完成的狀態。而人工完成存在許多弊端，包括需要投入大量的時間成本、人工成本等，且數據精確度、完整度也有待商榷，最終收集的數據結果往往不能真實、全面反映農業發展現狀。無人機低空遙感技術則能夠確保數據的精確度，同時也可以在此基數之上降低農民投入的成本，對農業監測技術發展而言具有積極意義。無人機低空遙感技術在精確農業監測方面的運用主要集中在如下幾個方面。

1.農作物類別劃分。通常情況下，農戶會在一片農田之中分散栽種不同類型的農作物，故而需要當前種植的農作物種類予以劃分。工作人員通過無人機低空遙感技術可以精確分類，能夠針對農田中的農作物進行抽樣，并針對樣本利用衛星定位地面對檢驗結果進行二次檢驗，之后使用地面測量數據同無人機采集數據予以混淆矩陣計算，利用該方式以確定無人機遙感系統于農作物分類方面的運用效果以及數據的精確度，如此便能于一定精度方面區分不同類型的農作物種類。

2.農作物病蟲害監測。農作物種植過程中，不免會遭受各種病蟲害的影響。而植物在遭受病蟲害之后，將于不同波段方面會體現程度不一的吸收以及反射特征，通過直觀觀察不能得到結果，但利用遙感技術可以相對容易發現，且農作物遭受的病蟲害攻擊不同，本身葉片或是莖稈特點光譜復雜的度相對較高。故而，針對不同類型植物處于各個階段的病蟲害，光譜特征之間也存在較大差異。以該原理為基礎，種植戶可以運用無人機配合不同的遙感設備針對植物進行監測，以明確當前農作物所受到的病蟲害特點，為之后病蟲害防治工作提供參考。

3.污染監測。農作物容易受到污染，進而影響農作物整體收成。而對農作物污染最為嚴重的便是源于自來水之中的重金屬元素。而針對農作物污染方面，無人機遙感系統的運用價值較高。種植戶在運用無人機遙感技術針對農業重金屬污染予以監測過程中，關鍵是構建健康農作物光譜相關參數同重金屬污染之下農作物光譜相關參數之間的差異性，利用兩者之間的差異程度，明確當前農作物是否受到污染、污染源頭以及污染水平。

(二)國土資源監測。就目前而言，無人機低空遙感技術已然可以針對國土資源開展精確的監測，并得到廣泛運用。國土資源部門針對國土資源方面監測傳統方式主要為實地調查、人工測算等，該測量方法需要耗費大量人力以及資金，導致國土資源部門需要投入大量成本，且只能采用周期性測量，無法不定期開展測量。不僅如此，許多地區因為地理條件的限制，導致工作人員無法直接予以監測，且人為監測數據難免有一定誤差，導致數據的精確度難以得到保障。無人機低空遙感技術聯合衛星定位技術則能夠在短時間內獲得不同位置的影像信息數據同其余資料，保障了數據的全面性以及精確性，且無人機本身具備靈活性與機動性優秀的特點，能夠突破地形對監測工作的限制，從不同角度對各個區域進行監測，保障了數據的完整性。同時，無人機低空遙感技術的運用能夠幫助國土資源部門節省大量人力、物力以及時間，屬于一種優秀的監測手段。不僅如此，國土資源部門可以將無人機即時反饋的圖像或是信息數據同之前采集的信息數據進行比對，通過數據之間的差異便能夠發掘兩次監測相間隔時間存在的違法以及違規用地事件。無人機低空遙感技術于區域劃分以及面積計算之中有效的運用，為數據統計提供了便捷。

(三)森林資源監測。森林是我國生態環境關鍵構成部分，是維護生態平衡的關鍵，所以定期監測便顯得尤為重要。森林資源監測的具體工作大致針對植被的覆蓋率進行監測，當前森林覆蓋率監測的主要方式有兩種，一種是利用森林資源衛星采集的各類指標數據以及影像資料，構建植被光譜特點有關模型，進而通過模型計算覆蓋率。另一種是利用人工于地面直接開展影像信息數據采集，然后針對所采集的微型影像數據對覆蓋率予以計算，但該方式精確度難以得到保障，一方面是因為有較大概率受到大氣層之中天氣的干擾，另一方面是由于衛星同地球間隔相對較遠，所以針對空間的感知能力以及關于圖形的分辨能力大幅下降。故而，衛星遙感一般達不到農作物于相對較小尺度覆蓋率監測方面的實際需要。針對該情況，如果選用人工地面影像數據采集以計算覆蓋率，則又需要投入大量人力、物力以及時間，效率較低。故而，可以嘗試運用無人機低空遙感技術以補充如上兩種方式的缺陷，使得監測方式更為科學且合理。無人機所獲得低空遙感信息數據能夠利用所收集的信息數據以計算出植物的覆蓋率。不僅如此，無人機遙感系統能夠獲得數組持續性的植物遙感數據。但就實際而言，無人機低空遙感技術也有一定缺陷，即該技術針對相同森林開展遙感觀測，需要往返數次方能完成監測工作，且必須符合相對特殊的監測條件才能開展。

三、結語

無人機低空遙感技術在各個領域之中的運用均具有顯著的優勢且運用前景良好，其能夠有效忽略地形的限制，保證監測工作的精確性，尤其在精確農業、國土資源以及森林資源方面的監測，有效彌補了傳統監測手段存在的缺陷，為各個方面監測工作提供了便利。目前，無人機低空遙感技術尚且存在許多技術方面的問題并沒有得到妥善的解決，但依舊具有良好的發展前景。