[科普中国]-无人机遥感

应急遥感应用背景

1、要加快遥感、地理信息系统、全球定位系统、网络通信技术的应用以及防灾减灾高技术成果转化和综合集成，建立国家综合减灾和风险管理信息共享平台，完善国家和地方灾情监测、预警、评估、应急救助指挥体系。——胡锦涛主席两院会议讲话2

2、我国是世界上自然灾害最严重的国家之一，灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成损失重。我国有70%以上的城市、50%以上的人口分布在气象、地震、地质和海洋等自然灾害严重的地区。近15年来，我国平均每年因各类自然灾害造成约3亿人(次)受灾，倒塌房屋约300万间，紧急转移安置人口约800万人，直接经济损失近2000亿元。

——十一届全国人大常委会副委员长，中国科学院院长路甬祥：有效应对自然灾害是一项重大课题

无人机遥感（民用应急领域）遥感（RS-Remote Sensing）——不接触物体本身，用传感器收集目标物的电磁波信息，经处理、分析后，识别目标物，揭示其几何、物理性质和相互关系及其变化规律的现代科学技术。 换言之，即是“遥远的感知”，按传感器搭载平台划分，包括航天遥感、航空遥感、地面遥感。

无人机遥感（UAVRS）技术作为航空遥感手段，具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、高分辨率、机动灵活等优点，是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充，在国外已得到广泛应用。其利用高分辨CCD相机系统获取遥感影像，利用空中和地面控制系统实现影像的自动拍摄和获取，同时实现航迹的规划和监控、信息数据的压缩和自动传输、影像预处理等功能，可广泛应用于国家生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测与估产、农业作业、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、森林病虫害防护与监测、公共安全、国防事业、数字地球等领域。3

无人机应急遥感右图无人机由田沧溟在原有设计和军用靶机的基础上，结合无人机遥感技术特点加以完善改进而来。可以出色完成遥感无人机航片采集，监控监管等任务。

无人机遥感技术由于其快速、宏观、动态的显著特点，可以很好地弥补传统应急方法的缺陷。我们既可以从宏观上观测灾区、灾情以及因灾导致的空气、土壤、植被和水质状况，应急救灾、灾情评估、灾后治理工作提供决策依据，也可以实时快速跟踪和监测突发环境污染事件的发展，及时制定处理措施，减少污染造成的损失。随着遥感技术、信息技术、通信技术的综合应用，遥感技术可在环境突发事件响应、污染源管理、环境质量评价、流域环境监测等多方面为环保部门服务，大幅度提高环保部门的管理，监督和服务水平。但无人机要做到这一点，则必须满足以下条件：

安全性可靠性在应急过程中，各种情况错综复杂，各种应急措施、应急编制各司其职，所有应急方式首先应该安全、可靠，不能“应急不成发添乱”。无人机具有轻小、滑翔保护、伞降保护功能，可以在很大程度上规避重大事故的发生。

机动性灵活性机动灵活，快速出击的响应的能力是应急遥感工作的生命线。缺失了快速响应的能力，应急将无从谈起。无人机因为轻小，运输、保存非常方便，越野能力强，起降场地要求低（100-150m平整马路、平地甚至草地），能够能够在15-30分钟内完成组装、调试、起飞。对于起飞场地无法寻找到，或者事故常发地点，可通过使用弹射起飞、伞降。保证在1小时内获取数据，2-3小时内经过数据分析提供应急决策支持。

多任务组合性应急决策的准确性、科学性，要求决策支撑数据要多源、多样，相辅相成。应急遥感不仅需要提供高分辨率数码航空影像（0.1米-0.5米），还需要提供实时传输回地面的视频影像、红外影像甚至雷达影像。这就对无人机多任务传感器及传感器快速换装提出很高要求。 遥感传感器是根据不同类型的遥感任务，使用相应的机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、多光谱成像仪、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪、合成孔径雷达等。所以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，无人机传感器实现模块化生产。

无人机应急遥感优势无人机遥感监测的快速、高效针对应急事件无人机可立刻对测区进行大范围监测业务，单台无人机日监测能力最高200-320平方公里，提高监测效率。l 在短时间内生成测区高清晰图像数据和叶绿素A、水体透明度、富营养化等多种专题数据。l 污染事故发生后可快速提供三维水体污染状况变化预估并发布，用于领导决策。

无人机遥感监测的直观、全面生成高清晰图像可直观辨别污染源、污染口、可见漂浮物等，并生成分布图，为环境评价、环境监察提供依据。l 生成多光谱图像可直观、全面的监测地表水环境质量状况，水质富营养化、水华、有机污染程度及清澈透明程度、排污口排水污染程度等信息的专题图，从而达到对水质特征污染物监视性监测的目的。l 通过三维图像直观、全面演示水域环境状况；对污染物影响程度和范围进行监测和预警，为水污染事故处理处置提供技术支撑。

无人机遥感监测的大尺度、宏观性无人机通过不同航高可实现高空间、大面积监测，也可实现低空间较小范围精确监测。并可多架、多次同时对上万平方公里测区进行监测。l 通过多光谱分析，得到大面积测区的各项监测数据，以面信息结合传统点信息，从而为整个测区宏观环境评价提供依据。l 三维仿真模拟能够宏观展示测区环境状况，和测区污染物影响程度、范围，为相关部门领导决策提供演示。

高分辨率、处理速度快影像分辨率可以达到0.1-0.5米，分辨率优于目前国内外所有的高分辨率卫星影像数据；数据采集和处理速度快，国遥万维具有国内最大的无人机采集能力，每天可采集和处理近4000平方公里无人机航片，目前累计作业面积已超过10万平方公里。

相对成本较低，兼具卫星影像的价格和航空影像的快速采集优势，采用高性能自动处理技术，可完成数据的预处理、精加工及镶嵌及高程数据生成，整体数据费用低。

系统集成性强能与GIS及遥感应用系统方便集成，可快速搭建环保应用，能保障提供综合和周期性的服务。

无人机应急遥感案例地质灾害无人机应急遥感应用优势首先在汶川地震中得到体现， 地震当时伴随风雨交加，导致卫星数据无法获取、大飞机飞行困难、获取不到清晰的灾区影像，灾区成了盲区！而无人机采用云下飞行、云层间隙飞行、即时获取了高分辨数码影像，为无人机地震救灾提供了第一手的支持信息！而后的玉树地震无人机也起到了关键作用。

泥石流应急救灾、洪涝灾害应急遥感。

重大环保事件石油泄漏、重大环境污染、公共安全事故等。

应用与实践气象监测与预报无人气象飞机可装载遥感设备对温度、湿度、气压、风速、风向和电场等气象参数进行测量。目前，这方面的研究已取得大量成果，美国、澳大利亚、法国、中国等相继研制了Perseus和Theseus、Aerosonde\FOX和Chacal、TF-1等UAV气象遥感系统。4

国土资源环境调查与城市管理UAVRSS在国土资源环境调查与城市管理方面的应用主要是土地及资源调查与分类、环境监测、违章用地监测、城市交通管理等，已开展了大量研究实践工作。例如，国土事业部门和相关公司利用UAV装载小型高分辨率数码相机对一些县市开展土地资源调查，制作区域土地利用类型遥感图，提供农村集体土地所有权确权测量依据，大大改善了传统外业测量人为因素大、效率低、大范围工作成本高、工作时间长等弊端，并经实地取样测量检验证实，由UAV遥感信息处理所得数据在外业像控和内业整合后，能满足工作精度要求，使UARSS逐步成为了国土资源管理的好帮手。4

海事信息化建设与动态管理海事工作与很多区域、城市发展密切相关。随着国家提出建设长江黄金水道、北部湾、天津滨海新区、上海国际航运中心、海南生态旅游岛等战略，海事工作正面临日益上升的水上交通流量、愈加复杂的通航环境、严峻的航道水域污染监督与巡查形势，而海事工作因科技和人员的制约，已不能满足现势条件下的海事管理。同时，各种新增安全隐患也逐渐成为海事部门必须面对的问题，因此，海事部门必须通过科技创新来应对海事工作发展中的新趋势和新问题。4

灾害预报、监测与评估在灾害预报、监测与评估中，灾害勘查与救援人员往往受制于灾区环境风险，导致一时无法安全抵近的问题，而遥感无疑是一种快速部署、零伤亡的灾情获取技术手段。UAV 灾害遥感监测作为遥感监测的一部分，很好地弥补了卫星遥感、航空遥感等对地观测精度、时效和频度上的不足，健全了对地观测技术在灾害中的应用。4

国家海洋权益保障近年来，我国周边海域、海岛礁等海洋国土与资源纷争不断，国家海洋局的公务活动处于复杂多变的环境中。许多重点海域（如钓鱼岛、南海、黄海等）和项目（春晓油田等）亟需进行多频次、高精度的监视监测，但仅靠海监执法船和有人驾驶飞机、卫星难以实现人员安全、效费平衡和不间断监视。因此，国家海洋局实施了“国家海域动态监视监测管理系统”的研究与建设，这项工作以UAVRSS动态监测为主要内容。4