无人机低空遥感现状.doc

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1、民用无人机低空遥感现状目录一、无人机发展背景1二、无人机系统组成2三、无人机相关现状和趋势31.无人机32.飞行控制系统103.小型化传感器154.云台技术17四、数据处理系统技术现状和发展趋势191.数据拼接处理技术202.数据实时压缩传输存储技术23五、数据应用现状和发展趋势251.环境监测领域252.土地资源与城市管理领域263.农林领域264.通信中继领域275.灾害应急领域276.其他领域28六、无人机公司情况291.2015年全球民用无人机企业排行榜：292.典型公司介绍29七、遥感服务公司311.北京国遥新天地信息技术有限公司312.东方道迩31八、国内无人机市场情况32九、全球

2、无人机网推荐32一、 无人机发展背景无人机（UAV）自1914年第一驾无人驾驶飞机诞生以来，至今巳有整整100年的历史。无人机是一种有动力、可控制、可执行多种任务的无人驾驶航空器，自诞生以来，主要应用于军事方面，作为智能化和信息化的武器，无人机在侦察、监视、通信、远距离攻击等方面发挥了重要的作用.与载人飞机相比，无人机因为具有体积小、造价低、使用方便、适应性强等优点而备受世界各国军队的青睐，无人机必将成为世纪空天领域的“ 尖兵之翼”。近年来，无人机在民用方面的应用也越来越多，各国在无人机的民用方面逐渐开放.无人机已经广泛应用于公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、通信、气象、影视航拍等多个领域

3、. 近几年，受需求拉动和几次局部战争中无人机卓越表现的激励，中国对无人机的研发空前重视，行业爆发出前所未有的发展速度。据不完全统计，目前国内无人机仅民用市场大概有几亿元的量级。毫无疑问，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出现, 无人机的性能不断提高, 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机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,任务载荷从几公斤到几百公斤。民用无人机将迎来井喷式的发展，应用前景十分广阔.近年来各国也纷纷对民用无人机领域开放政策、扶持发展：国家动态2005年美国国防部发布2

4、005-2030年无人飞行器系统路线图报告，将无人飞行器的开发作为重中之重过去几年内英国已经向130 多家企业和政府机构颁发民用许可过去几年内美国已经向1400家企业和政府机构颁发民用许可2010年珠海航展中国展示了超过25款无人机2012年7月国务院关于促进民航业发展的若干意见提出要大力发展私人飞行、公务飞行等新兴通用航空服务无人机低空遥感，是综合利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥控程控技术、通讯技术、GPS 差分定位技术的遥感应用技术，具有自动化、智能化、专用化、快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息，完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。无人飞行器低空遥感系统由于具有

5、机动、快速、经济等优势，现已逐步从研究开发发展到实际应用阶段，将成为未来的主要航空遥感技术之一。二、 无人机系统组成无人机主要采用玻瑞钢和碳纤维等复合材料加工而成, 重量轻、强度大。机身有一定的容积范围, 便于遥感等设备的正常使用。民用无人飞行器的显著特点如下：l 轻质小型：制造无需大量原材料，节约大量成本、使用及维护费用；l 髙空长航：航程大，活动半径宽、续航时间长，能够对全球任何地区进行气象跟踪和灾寄监控等任务；l 安全可靠：无需飞行员驾驶， 专业人员通过操纵系统即可实现远程操纵， 人员培训及后勤保障容易实现。无人机系统基本组成如下图：三、 无人机相关现状和趋势1. 无人机无人驾驶飞行器主

6、要采用玻瑞钢和碳纤维复合材料加工而成, 重量轻、强度大。机身有一定的容积范围, 便于遥感设备的正常使用。无人机安装有性能稳定的航空发动机和推力螺旋桨的动力装置。1) 产业发展现状无人机是无人驾驶飞行器的简称，最早出现于20世纪20年代，我国无人机产业起步于20世纪60年代，受历史、技术水平、需求和认识等方面的影响，其研发工作几乎完全依靠我国自主进行，但正因如此，我国无人机产业积累了厚实的技术基础和经验，为无人机产业的后续发展奠定了坚实的基础。1966年12月，我国首架无人机首飞成功，开创了我国无人机发展的先河。此后，我国以该无人机为基础开发出了一批无人机产品并装备军队，逐步形成了靶机、高空无人

7、照相侦察机等系列无人机产品，具备了无人机自行设计与小批量生产能力，对国防建设具有重要意义。在之后的几十年中，我国无人机技术发展因历史原因被多次搁置，停止发展。我国无人机的设计、制造等环节长期由固定的几所大学承担，研发力量与研发资金的匮乏导致我国无人机技术基本停留在对原有无人机进行改造的状态上，呈现出局部技术有进步、整体发展很有限的特点。近年来，伴随着我国经济的快速发展和科技水平，特别是电子信息技术的全面提高，我国无论在无人机技术上还是在资金积累方面，都有了巨大改善，尤其是我国航空工业骨干企业的介入，大大增强了无人机研发力量，加速了我国无人机研发水平的提高与产业的全面发展，使我国无人机产业取得了

8、实质性的进步。2011年至今，我国无人机产业呈现爆发式成长，并展现出了全面发展的势头。2014年7月中测新图公司自主研制的30小时的续航时间无人机问世目前，我国无人机种类齐全、功能多样，已具备了自主研发和设计低、中、高端无人机的能力，并基本形成了配套齐全的研发、制造、销售和服务体系，无人机性能指标也不断得到提高，部分技术已达到国际先进水平。我国无人机已经走上了全面发展的道路。我国在无人机研究和应用实践上一向秉承军民两用的良好传统，先后开发出一大批不同用途的无人机产品，较好地满足了战场侦察、区域监视、毁伤评估、电子对抗等军事需求。而军用无人机经适当改装后即可执行大气污染监控、地形与矿区勘察等民用

9、任务。另外，我国一直积极开展民用无人机研制开发工作，研制出的民用无人机可广泛应用于防灾减灾、搜索营救、资源探测、森林防火、气象探测、环境保护等领域。近几年来，我国已展示了几十种无人机类型，无人机发展呈现出种类繁多、用途多样、军民兼顾，军民各占半壁江山的特点。但总体而言，我国无人机数量偏少且应用范围有限，商业开发和私人使用均存在很大空白。2) 分类无人驾驶飞行器是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器。将其按不同标准分类划分如下：分类标准类型外形尺寸普通无人机(300 cm)、小型无人机(100300 cm)、超小型无人机(15100 cm)及微型无人机(15 cm)动力为

10、太阳能、燃油、燃料电池和混合动力用途军用、民用和多用途控制方式无线电遥控、预编程自主控制、程控与遥控复合控制结构固定翼、旋翼、扑翼、无人直升机、垂直起降航程近程、中程、远程和全球重量微型、小型、中型和大型下面简单介绍按结构分类的无人机型：a) 固定翼型无人机固定翼型无人机通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和程控飞行均容易实现，抗风能力强，是类型最多、应用最广泛的无人驾驶飞行器。起飞方式有滑行、弹射、车载、火箭助推和飞机投放等；降落方式有滑行、伞降和撞网等。其发展趋势是微型化和长航时，目前微型化的无人机只有手掌大小，长航时无人机的体积一般比较大，续航时间在10小时以上，能同时搭载多

11、种遥感传感器。固定翼无人机按照用途又可分为测绘型、监测型、长航时型和高升限型。l 通用测绘型无人机通用测绘型无人机目前装备数量最多，升限4 000 m以下，续航能力2.5 h，巡航速度120 km/h,起飞总重量2030 kg，34人操作，除50100 m普通硬质平坦地面滑跑起降外，也可弹射架弹射起飞，伞降或撞网回收。搭载数码相机进行低空航空摄影测量，主要用于小区域1:2 000或更大比例尺测图。l 监测型无人机监测型无人机升限4 000 m以下，起飞总重量5 kg左右，续航能力1 h，巡航速度80 km/h，单人可携带，23人可操作，无需专用场地，可通过手抛或者橡皮筋弹射起飞，伞降回收，主要

12、搭载视频摄像头，可实时传输和视频拼接制图，主要用于应急监测。l 长航时型无人机长航时型无人机升限5 000 m，续航能力可达16 h，起飞总重量21kg，巡航速度100 km/h，作业半径可达600 km，34人操作，通过300 m公路，车载弹射起飞或地面弹射架起飞，直接机腹摩擦着陆，主要用于远离大陆海岛礁等困难地区的航空摄影测量。l 高升限型无人机高升限型无人机升限可达6000 m，起飞总重量15 kg左右，34人操作，滑跑起飞降落，主要用于青藏高原等高海拔地区测绘。b) 旋翼型无人机旋翼机型无人机有如下基本优点：能垂直起飞、能在空中悬停飞行、机动性能好，旋翼机型无人机适合在不同的场合飞行。

13、按照飞机所具有的旋翼数量可以将旋翼机分为单旋翼机和多旋翼机两类，单旋翼机主要是带尾桨的无人直升机；最常见的多旋翼为四旋翼和八旋翼无人机。c) 扑翼机型无人机扑翼机型无人机一种仿生型的无人飞机，这种无人飞机模仿能飞行的昆虫或者鸟儿在空中飞行的姿态或者原理，比如模仿蝙蝠进行飞行，这种仿生无人机有非常灵活的抵抗不稳定气流的能力，在空中有很强稳定性。d) 无人驾驶直升机无人驾驶直升机的技术优势是能够定点起飞、降落，对起降场地的条件要求不高，其飞行也是通过无线电遥控或通过机载计算机实现程控。但无人驾驶直升机的结构相对来说比较复杂，操控难度也较大，因此种类不多，实际应用也比较少。e) 无人驾驶飞艇飞艇是通

14、过艇囊中填充的氦气或氢气所产生的浮力以及发动机提供的动力来实现飞行。它的出现和应用比飞机还要早，随着飞机的逐渐完善化和实用化，飞艇被飞机取代。但是无人驾驶飞艇独特的技术优势，使人们从未放弃对它的开发和应用，大型飞艇可以搭载1000公斤以上的载荷飞到20000米的高空，留空时间可以达一个月以上；小型飞艇可以实现低空、低速飞行，作为一种独特的飞行平台能够获取高分辨率遥感影像，同时，无人驾驶飞艇系统操控比较容易，安全性好，可以使用运动场或城市广场等作为起降场地，特别适合在建筑物密集的城市地区和地形复杂地区应用，如城市地形图的修测、补测，数字城市建立时的建筑物精细纹理的采集、城市交通监测、通讯中继等领

15、域。3) 技术发展现状无人机技术多种多样，这里主要从动力装置技术及发射（起飞）、回收技术分析.a) 动力装置技术类型优点缺点航空活塞发动机油耗低、故障率低、噪声小、质量轻高空性能比不上喷气式发动机涡轮发动机（涡喷发动机、涡扇发动机和涡桨发动机）有高推重比、低油耗率和长寿命发动机的控制技术有待更深入的研究转子发动机质量轻、尺寸小、可靠性高以及振动小需要解决高空补氧燃烧和冷却问题太阳能发动机具有发展前景自适应优化调节技术、发动机冷却技术、消音技术、红外抑制技术等b) 发射（起飞）、回收技术类型优点缺点车载弹射（轻型）使用方便, 对使用地域无特殊要求质量较大机型不适合地面起飞（大中型）适合起飞质量较

16、大,有击落的可能母机投放减少无人机由机场到投放区的飞行过程中发生故障及被击落的可能, 提高可靠性需要母机投放及其复杂的保障系统, 而且母机起飞也需要比较大的机场, 必须要和空军协作伞降回收简单易行, 无需在飞控程序中加入复杂的返航、着陆的内容, 降落后也不容易受较大的损坏。需要复杂保障系统, 包括定位单位(直升机)、回收单位(卡车)及大量人员。自主降落自动回到区域内使用方便程序复杂一次性造价低、任务简单的无人机比较适用浪费材料4) 发展方向我国无人机技术在国际上还处于第2梯队，尚处在追赶世界一流水平的发展过程中，尤其与美国、以色列等无人机发展先进国家相比，仅相当于其20世纪90年代的技术水平。

17、目前，多数民用无人机只是执行着气候追踪和灾害监控等简单任务。在未来的民用领域中，无人机为了实现多种目的， 将向如下方面发展：a) 轻质小型l 调整轻质材料的构成，减轻重量；l 新制造工艺，实现大型、复杂形状的复合材料整体成形，减少即紧固件的使用；l 研发新轻质材料，抵御疲劳破坏，质轻高强兼具耐髙温、耐辐射一体化材料。b) 髙空长航l 新动力系统：高速髙空巡航能力；l 动力更强、污染更少的新能源。c) 特殊天气l 抗风、雷电：分析应对紧急避让系统；l 抗雪、雨、冰雹：防水抗冻耐磨等属性。d) 起降技术l 起飞对场地要求降低；l 降落自动化。e) 标准体系l 无人机及相关部件特有制造、管理标准体系

18、；l 无人机审核、适航章程。2. 飞行控制系统飞控系统作为民用无人机的核心，其功能是控制无人机按预定航线飞行或是地面遥控进行飞行以完成预定任务。因此，飞控系统很大程度上决定着无人机飞行任务的执行效果，关系到无人机和任务载荷的安全。随着微电子及计算机技术不断发展，适用于民用无人机的低成本、数字化飞控系统正逐步增多。飞控板以单片机为核心，完成飞行参数采集、控制律解算以及飞行管理等内容；传感器通常包括惯性测量单元（IMU、动静压传感器、GPS接收机），用来实时测量无人机位置、姿态、髙度和速度等飞行参数；舵机作为执行机构，接受飞控指令，完成相关操作面的驱动；数传电台用于实现地面站与无人机之间数据实时无

19、线传输；遥控器用于人工飞行控制；地面站完成任务规划、指令输人和数据监测。1) 国内外发展现状飞行控制与导航系统是UVA飞行系统设计的关键，它通过飞行控制、管理与导航等功能实现UVA飞行姿态控制与导航，直接关系到UVA获取遥感信息的效果。以往无人机系统是靠无人机综合测控系统的斜距/方位(R/A)数据或靠GPS系统独立定位的, 目前无人机的导航定位技术向惯导、GPS和GLONASS组合导航定位方向发展，这种方式在UVA工业领域得到了成功应用。但是，随着UVARS对UVA飞行性能要求的复杂化，常规的线性控制和单独的导航方法已很难满足UVARS任务的实际需求。近年来，非线性动态控制、神经网络智能控制和

20、组合导航等方法已有很多研究。这些新型飞行控制与导航方法能很好地从不同角度提高UVA飞行性能。如神经网络自适应控制方法能提供飞行器在整个飞行模式下连续的操纵品质，较大程度上提高了UVA飞行控制的稳定性。国外开发使用现状如下：开发使用者成果Guillaume J.J.Ducard基于Kalman滤波的完全非线性故障检测与隔离飞行控制系统美国航空航天局多种无人机应用于森林火灾监测、精确农业、海洋遥感等研究项目澳大利亚利用全球鹰搭载成像SA 进行海洋监测研究在可见光遥感方面，国外的无人机低空摄影测量通常加载高精度的POS，自动化程度高，大大减少了地面控制的数量，但是造价昂贵，国内的无人机航测尚无加载高

21、精度POS 的先例。在国内，多家单位在无人机低空摄影测量方面进行了大量有益的技术探索，积累了一定的经验。开发使用者成果西安大地测绘有限公司自主设计了多套无人机遥感系统实现了城市地区高分辨率彩色影像的获取青岛天骄无人机遥感技术有限公司我国首个50kg级“TJ型无人机遥感快速监测系统”中国测绘科学研究院于2003年UAVS-II型低空无人机遥感监测系统的研制2009 年起国家测绘地理信息局向多个省市测绘局配发UAVS-10B等型号的无人机2) 常用实例比较从信息收集的情况看， 国内外无人机飞控系统发展良莠不齐。针对固定翼无人机， 重点介绍国外三款飞控产品， 分别是MP2028g、Kestrel 2

22、.4和APM2,以及国内两款飞控产品分别是UP30和YS09,并从传感器配置、主要技术特征、物理参数、参考价格等方面进行对比说明。配置分析：特点高度集成、重量轻、体积小、功耗低价格68万传感器配置IMU/GPS组合导航、气压高度计、空速传感器功能高度保持、空速保持、GPS导航飞行等差异：类型优点缺点国外飞控板设计美观、接口丰富、可靠性较髙， 地面控制软件人机交互直观、功能强大，技术支持、售后服务响应比较滞后，难以定制，语言、操作习惯差异导致使用门槛较高。国内可定制，技术支持、售后服务及时飞控板做工略显粗糙、可靠性稍差，无标准化质量控制程序3) 发展趋势a) 智能化l 自主飞行；l 自动寻找、识

23、别目标；l 不同型号机器信息通用。b) 高可靠l 实行标准化质量体系；l 集成设计技术：使用成熟元器件；l 提高抗干扰能力：电磁兼容性设计；l 自检测技术；l 回路仿真试验。c) 易操作l 友好人机交互界面：图形化仪表、三维地图、一站式操作等；l 方法步骤程序化标准化；l 提高自动控制能力：故障自检测、自动应急保护、自动起飞、着落等。d) 微型化l 高性能微电子元器件减轻重量；l 增强PCB设计水平减小尺寸。e) 可定制l 可配置、可扩展：模块化设计、分布式结构、总线通信技术；l 市场细分：固定翼、旋翼、油动、电动分别开发相应飞控系统；l 系列化发展，持续优化升级。f) 低成本l 成本与性能折

24、中；l 产品与市场化结合程度。g) 多机协作l 任务细化，降低无人机运作难度、损伤率；l 多机信息共享、相互配合，提高效率。3. 小型化传感器1) 传感器类型遥感传感器是根据不同类型的遥感任务，搭载使用相应的机载遥感设备，使用的遥感传感器应具备数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大、性能优异等特点。随着CCD和CMOS图像传感器的日渐成熟，数码相机的性能也不断提高，普通的数码相机的分辨率也已达到了1000万像素以上，高分辨率的数码相机成为无人机低空遥感系统主流的传感器件，主要传感器有高分辨率CCD数码相机、cmos数码相机、视频摄像机、LIDAR、轻型光学相机。遥感传感器技术自20世纪80年

25、代以来，随着科学技术整体上的迅速发展，为了更好地发挥UAV遥感监测潜力，全球各相关研究机构在航空遥感技术上开发了许多新项目。小型多光谱/超光谱成像技术、合成孔径雷达技术、超高频/甚高频探测技术、Li-DAR成像技术等相关传感器高新技术得到了快速发展和大量研究,各种数字化、重量轻、体积小、探测精度高的新型传感器不断面世。随着技术的发展，现在有些设备已经很少装备到无人机上了，如光学照相机、红外行扫描器等（它们正在被摄像机和红外前视代替）。2) 国内外发展现状国外各国在遥感传感器开发、运用上也各有所长：开发或使用者相机型号特点美国微软公司UltraCamXp WA 广角大幅面数码航摄仪国际上最先进的

26、数码航摄仪，具有超大影像幅面，达到了19 600 万像素，最小曝光间隔（1.35 s）允许使用高性能飞机并确保重叠度德国禄来公司2200 万像素专业相机配备自动保持水平和改正旋偏的相机云台,美国仙童维斯顿公司型固态电视摄像机重美国洛拉尔公司前视红外仪重6.8KG，具有两种视场，硅化铂热像仪在3.45.5波段工作，功耗为65W美国休斯公司NLOS前视红外仪4.5KG美国洛拉尔公司“姆萨”小型合成孔径雷达系统高分辨力成像雷达，工作在X、L波段，在20KM的距离上可以探测有效反射面积为M、速度为1M/S的目标，整套雷达系统重30.8KG，输入功率为160W，配有高清晰度实时成像处理器美国Vision

27、 Research公司Phantom V640相机高速拍摄德国 OPTRONS 公司Cam Record高速相机系列高速拍摄瑞士 Weinberger公司SpeedCam Visario G2 型相机高速拍摄美国VITO 公司VOTO 无人水面舰艇水下拍摄美国雷神公司有机超视距能力的潜艇水下拍摄美国MIDAC公司Titan 气体分析仪污染源气团中不同的成分，浓度范围以及运行环境监测美国夜视与电子传感器局热像仪小功率、质量轻、小尺寸热像测量麻省理工大学硅 CCD传感器体积小质量轻的CCD传感器我国传感器技术也已实现了由早期的胶片相机向大面阵数字化相机发展的历程，各种智能、轻小型化的光电红外传感器

28、、激光三维扫描仪和合成孔径雷达等的综合化、模块化使用，为UAVRS提供了“大展拳脚”的利器，使国产UAVRSS具有了全天候的实时遥感观测能力研发或使用者仪器类型特点中科院上海技术物理研究所无人机载小型多光谱成像仪污染检测中国科学院大气物理研究所改进的臭氧传感器和粒子(数浓度或质量浓度)探测仪以及温度湿度传感器臭氧监测中科院安徽光机所大气污染差分吸收光谱探测系统光谱二维分析北京国遥万维技术公司Cannon5DMark,Cannon EOS 5D,Cannon EOS 300D,Cannon EOS4500D 等最大效像素2110万信息采集精度0.10.4M张圆等索尼DSC-T90superHAD

29、 CCD 感光元件，有效像素1210万中国测绘科学研究院高分辨率面阵CCD数码相机像元数大于3008*2000像元青岛天骄无人机遥感技术有限公司多光谱成像仪彩色摄像机、4*4K数字相机6 通道多光谱成像仪中国科学院上海技术物理研究所贾建军等无人机大面阵CCD相机减少有效负荷提高分辨率面阵像元数4096*4096，视场角42分辨率0.10.2M，相机质量小于2KG；中国科学院成都光电所钱义先大面阵彩色CCD数字航测相机8100万像素，可以精确到“cm”，视场角达到60,能够同时拍摄彩色、红外、全色的高精度航片，大大提升了遥感解译精确度中国科学院上海技术物理研究所的王斌永等无人机载小型多光谱成像仪

30、面阵CCD 元件752*582视场角50通道数34个框幅式成像；光谱范围有2种模式;红、绿、蓝、近红外4个波段采样间隔2.7 m；数字量化8bit；质量小于6KG；功耗小于45W；体积300mm *350mm*240mm。中国数字航空测量相机有8000多万像素, 能够同时拍摄彩色、红外、全色的高精度航片中国科学院长春光光机所图像高速采集系统基于CMOS图像传感器为感光元件，FPGA为相机系统主控芯片，PCI总线进行数据采集3) 发展方向a) 提高性能l 数量、质量：向大面阵、多光谱、数字化、高分辨率、高频率方向发展；l 技术引进：滤光、改变视角和扩大取景范围；l 小、轻型传感器.b) 增加种类

31、l 功能多样化：数据搜集、地球测绘、资源勘探、环境研究、搜索救援等。4. 云台技术由于飞机螺旋桨本身的高频运动及风阻及运行姿态改变造成的前俯、后仰等动作造成航拍镜头的全方位、全频段抖动极大影响航拍效果，为提高航拍影像、视频品质，增稳技术应运而生。增稳方式主要如下：增稳方式原理适用主动式增稳被动式增稳采用减振器和阻尼器隔离载体的振动消除简单的高频低幅振动常用的主动增稳方式有以下三种：主动增稳方式原理分类优点缺点光学增稳控制、稳定几个光学元件体棱镜法；互补透镜法；反向旋转光楔。观察仪器、监测仪器中效果好仅一场点运动速度补偿；系统结构、制造工艺复杂；仪器体积增大。电子学稳定通过找寻全局运动矢量输出反

32、向等位移移动设两个速率陀螺；图像稳定体积大利用稳定算法。体积小近似实时输出；大幅度振动无法解决。平台增稳陀螺稳定平台（含光学元件）单轴、两轴和三轴稳定平台最有效最实际1) 发展现状陀螺增稳云台是以陀螺仪为敏感元件，能隔离基座的角运动并能使被控对象按指令旋转的机电控制系统。陀螺增稳云台有两个基本功能：一是稳定功能，即对外界干扰起对消作用，如基座角运动是一种外界干扰，在云台与基座的轴承连接处将引起摩擦力矩作用在平台上，或由于几何约束关系台体被强制带动跟随基座一起旋转，稳定平台能自动产生卸荷力矩对消摩擦力矩，同时能产生适当的反旋转对消被基座带动的强制旋转；二是跟踪功能，即能跟踪指令，按要求的角速度旋

33、转，确保平台的坐标轴指向要求的方位。陀螺仪是一种利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。陀螺仪在空间中能够精确保持位置状态信息，能够测量出物体在空间中的偏移。目前，低成本的高精度陀螺仪大量制造，应用于民用行业，是非常合适的位置状态传感设备。国外云台系统开发使用情况如下：开发或使用者云台及研究以色列军方MOSP 云台系统英国Phoenix 云台系统美军“捕食者”战略无人机天球”云台系统1996 年美国卡内基梅隆大学专门研制摄像机稳定系统研究基于目标外形和颜色对目标进行检测和跟踪1997 年美国

34、南加州大学采用 Predator UAV 无人机研究地面移动物体自动侦查跟踪系统1997 年瑞典林雪平大学使用安装在万向架上的摄像机进行户外车辆跟踪实验1999 年法国 CAC 系统公司与奥尔良大学电子信号图像实验室基于视觉的目标跟踪系统我国 90 年代初才开始研制陀螺稳定平台，虽然与国外相比有较大差距，但也成功研制出不少稳定平台在国防武器装备中得以应用。开发或使用者云台及研究2001 年清华大学用安装在能水平旋转的车载云台上的摄像机进行了跟踪汽车的实验2003 年军事装备研究所使用直 11 型大型直升机对地面目标进行跟踪的研究2003 年上海大学使用检测与识别人工标志和自然标志的导航技术对任

35、务载荷云台系统的研究主要可概括为在任务载荷研究、云台控制系统研究、云台的控制方法与算法研究、云台控制协议研究、云台结构设计和稳定性与定位精研究、为云台控制系统提供参数的传感系统研究、控制云台的软件和人机交互界面研究等方面。2) 发展方向l 具备视觉功能l 抗干扰能力强适用范围广四、 数据处理系统技术现状和发展趋势目前的无人机遥感系统多使用小型遥感设备，与传统的航片相比，存在像幅较小、影像数量多等问题，其基本处理流程图如下：近年以来，随着影像匹配技术、自动空三技术和海量影像数据处理技术的成熟，处理无人机低空影像数据的软件日益增多。国际上和国内的影像处理系统基本上实现了对无人机低空影像数据的自动化

36、处理。法国像素工厂( Pixel Factory)德国Inpho系统武汉大学和适普公司DPGrid系统中国测绘科学研究院PixelGrid系统针对其遥感影像的特点以及相机定标参数、拍摄（或扫描）时的姿态数据和有关几何模型对图像进行几何和辐射校正，可以采用相应的软件进行交互式的处理。同时还有影像自动识别和快速拼接软件，实现影像质量、飞行质量的快速检查和数据的快速处理，以满足整套系统实时、快速的技术要求。进一步的建摸、分析及量测使用全数字摄影测量工作站JX4C、VirtuoZo或其它的遥感图像处理软件。在数据处理中主要包括数据传输下载及数据整理拼接问题两大部分。1. 数据拼接处理技术1) 技术发展

37、现状采用低空无人机遥感平台来快速获取研究区域的影像，影像分辨率提高的同时，单张影像的视野范围较小，难以形成大区域环境的整体认知。因此，为得到整个区域的全景影像，必须实现若干影像的匹配拼接。受飞行姿态稳定性、飞行区域特殊地形、数码相机等因素影响，无人机遥感图像往往具有旋转变形大、幅宽小、数量多、重叠图不规则、地面控制点难获取等特点，运用传统的航空摄影流程进行图像拼接相对难度较大，而且速度较慢，虽然有少数学者进行初步探索，但是在精度与效率方面仍有待于进一步探索。由于现阶段无人机主要应用于地质灾害、突发性环境污染事件等应急业务中，因此面向环境应急的无人机遥感图像的快速拼接处理技术研究相对较多，其采用

38、流程主要是对已有影像进行配准后再几何纠正处理。图像匹配的方法大致可分为2 种：基于频率域和基于时空域。而基于时空域的方法又可进一步分为基于灰度匹配和基于特征匹配2 类。其中特征匹配是目前在无人机遥感影像处理中应用较为成熟和广泛一类方法。特征匹配主要是根据特征点来进行匹配，其核心研究是特征点的自动识别提取和特征点的自动匹配。根据特征选取和特征点对匹配的不同方法，主要包括基于小波变换的分层匹配算法、基于遗传算法的影像匹配算法、基于小波变换和遗传算法的算法、影像尺度空间表达与鲁棒Hausdorff 距离的快速角点特征匹配算法、基于局部仿射不变特征的宽基线影像匹配算法、基于自适应三角形约束的可靠影像匹

39、配算法、融合小波变换遗传算法最小二乘法的快速高精度组合算法等。2) 国内外现状国外对于航空影像拼接技术已经实现产品化：研发者产品成果以色列公司VisionMapA3 数字成像系统：包括宽幅航空摄影机与自动化数据处理系统，A3处理系统实现全自动化过程自动匹配原始垂直及斜拍影像连接点美国Monsanto 公司无人机影像自动地理编码系统由遥控无人直升机、多光谱相机、IMU、GPS、平板电脑、飞行控制器、脉冲宽度调制开关、线路由器、视频发射机组成，在无控制点的基础上进行地理参考、图像拼接我国影像凭借技术还在摸索阶段：研发者研究目的技术要点东北大学的程远航基于大边缘特征的图像匹配小波变换与canny 算

40、法相结合的遥感影像大边缘检测方法天津市测绘院的尹杰等无人机快速应急响应利用SIFT 算法进行同名点自动配准宫阿都等无控制点数据利用SIFT 算法李炎无地面控制点仅利用旋转解决相对间角度较大造成的匹配困难问题人机交互的灰度匹配方式3) 发展方向主要发展方向为无控制点或者粗略POS数据支持下的海量数据全自动快速拼接，如何有效提升拼接效率的同时保障一定的数据精度仍是当前的研究热点之一。2. 数据实时压缩传输存储技术无人机监测数据的实时传输是无人机遥感系统的重要组成部分，决定着系统的规模与水平。地面控制站与无人机之间数据传输是通过数据链实现的。除具有遥感监测数据传输的重要功能之外，数据链还肩负着遥控、

41、遥测和跟踪定位的功能作用。2) 技术发展现状早期无人机数据链大都采用分立体制，遥感监测数据传输与遥控、遥测和跟踪定位用各自独立的信道，设备复杂。20世纪80年代后,为了简化设备或节省频谱，开始采用多功能合一的综合信道体制， 目前常用的信道综合体制是“三合一”和“四合一”综合信道体制。所谓“三合一”综合信道体制是跟踪定位、遥测、遥控的统一载波体制， 而遥感监测信息使用单独的下行通道，“四合一” 综合信道体制则是指遥感监测信息传输与跟踪定位、遥测、遥控采用统一的载波体制。“四合一”综合信道体制的信道综合程度最高,在现代无人机数据链中得到广泛应用,但“三合一”综合信道体制将宽带与窄带信道分开, 从某

42、种角度来说具有一定的灵活性。除信道综合技术之外，数据的压缩、解压缩技术也是遥感监测信息传输的关键技术之一。在无人机传感器视频信息传输方面，从20世纪90年代起已开始应用图像数字传输技术，目前已在大部分无人机测控系统中使用。无人机动态图像压缩编码后，图像/遥测复合数据速率已减到最小为12 Mb/s (例如美国的11544 Mb/s，以色列的212 Mb/s)，对应的图像分辨率可达720*576。3) 国内外现状研发者技术要点成果美国动态图像压缩编码后, 图像/遥测复合数据速率已减小1.544 Mb/s以色列2.2Mb/s田金文等求出序列图像之间重叠区域，将运动序列图像转变成静态图像，然后以类EB

43、COT 算法完成拼接图像的压缩，压缩效率和运行时间上均优于H1264 等视频压缩标准秦其明等过影像自适应分块，离散余弦变换(DCT) 、量化及Huffman 编码等正确和稳定性压缩， 数据压缩比达到13 1。4) 发展方向l 提高数据传输速率l 抗干扰能力l 作用距离增加l 通用化、系列化与模块化l 加强相关标准规范的编制。l 加强无控制点、姿态参数少情况下的图像匹配与纠正技术五、 数据应用现状和发展趋势低空遥感数据应用已经向多个领域发展，下面对各领域应用现状进行分析：1. 环境监测领域领域分类应用要点实例传感设备水环境内陆宏观观测水质状况；实时追踪和监测突发环境污染事件；马轮基等以1200

44、m 的飞行高度对武汉市东湖南半部的“雁中咀” 、“磨山”附近水域进行无人机遥感监测照相机、多光谱成像仪、CCD 摄影机、轻型红外航扫仪、激光测深仪、成像光谱仪、化学传感器等海洋水温、赤潮、海上溢油、水深、藻华监测、权益保障澳大利亚利用全球鹰搭载成像SA进行海洋监测大气环境大气环境指标监测臭氧、粒子浓度、温度、湿度、NO2和压力等监测美国在20 世纪60 年代Compass Cope 的遥控飞行器(RPV) 代替气象卫星臭氧传感器、粒子(数浓度或质量浓度)探测仪、温度湿度传感器、大气污染差分吸收光谱探测仪、Titan 气体分析仪、和、 和、等生态环境灾害监测宏观环境监测或大范围监测指标台湾大学理

45、学院空间信息研究中心利用无人机拍摄低空大比例尺图像, 解译桃园县非法废弃堆积物(固体垃圾等),数码相机或光谱类设备（如红外摄影机、红外扫描仪、微波辐射计等）资源调查植被覆盖、野生动物监测等谢彩香等结合合航天遥感利用小型无人机计算中药资源的总量生态环境等日本环境省利用YAMAHA 无人机加载核生化传感器进行核污染监测,2. 土地资源与城市管理领域领域应用要点实例土地遥感监测、应急测绘保障、等2003 年中国测绘科学研究院研制完成的UAVRS 型低空无人机遥感监测系统选用高分辨率面阵CCD 数码相机作为主要遥感设备, 实现了大比例尺航摄的面积覆盖违法监察违法用地监察、重点区域动态监测等国土事业部门和相关公司开展土地资源调查，制作区域土地利用类型遥感图城市交通管理城市规划、交通疏导等我国无人机承担了大量公路铁路石油管线的测绘任务地质矿产地质勘查、矿产勘查等其他影像利用三维数字建模、数字城市无人机完成了国家西部测图工程1:5万无图区34个高原县城的55 km测图与三维信息系统建设任务3. 农林领域分类应用要点实例农业精确农业Yamaha 公司制造20 kg 级喷药无人机“R-50”用于