无人机在南海大显神威!

       海岛礁是我们国家领土的组成部分,但由于技术的原因,有很多是空白,比如钓鱼岛。2007年批准了“我国海岛礁测绘工程专项建设”这样一个项目解决我们国家岛礁地理信息空白的问题,跟这个工程有一个配套的863海岛礁配套项目,解决海岛礁无人机测绘的技术。

       我们国家海岛礁有这样的特点,我们国家有300万平方公里的海域,在这些海域上分布12000多个岛礁,特别像南沙远离大陆,最远的海南岛1400-1500公里那么远,此外这些岛礁在敏感地带,比如钓鱼岛,比如南沙一些岛礁,跟相关邻国在这方面比较敏感。这样其他的手段很不好用,面积大,岛礁小,分散又零散。

      还有一个需求,南海,大家如果坐飞机路过南海,或去过南海,南海岛礁有这样的特点,礁盘面积上百平方公里,真正露出水面一个平方公里不到,南海岛礁不能不考虑礁盘的测绘。礁盘面积怎么样,如果没有礁盘精确数据,一些工程没法实施,这是考虑海岛礁测绘遇到的几个特点。恰恰是这样几个特点,海岛礁测绘就有几个技术难点:

首先,岛礁面积小

       我们统计下来,500平方米以下的岛礁占到12000多个岛礁里的27%,这么多岛礁要测面积又很小,因为太小了,卫星上只有一个像素或几个像素,不足以成图,卫星对我们国家岛礁测绘还存在限制。岛礁测绘要求满足10公分-20公分甚至更细的分辨率,这样的分辨率目前只能是低空遥感,无人机遥感能解决的。

第二,岛礁离我们很远

       最近的400-500公里,南沙的岛礁1000-1500公里,这些岛屿又在敏感的地方,我们不能到达或难以到达。大家前两天在新闻里看到,我们海监遥感飞机一启动,日本的飞机也起来了,包括空军审查的飞机。这些敏感的地带,航空遥感手段也难以实施,无人机可能是一个解决的手段和办法。我们这些岛礁,当然我今天讲的是测绘,测绘讲一定定位的精度,要讲一定的精度,需要把我们的影像变成地图控制。恰恰这些岛无法蹬岛很难到达,我们的技术无人机获取遥感数据,如何解决它的控制,使我们影像变成精确的地图,这是对我们无人机传感器提出的要求。

最后一点是南海的礁盘

       既然南海有那么大的礁盘,又是南海实施海岛礁工程不可缺少礁盘的数据,当然南海有个好处对测绘来说。水质比较清,可以在空中看到礁盘的表面的介质和礁盘表面的起伏。尽管如此,如果开船做礁盘水质测量也不现实,礁盘比较浅,几米、几十米,面积还很大,礁盘地形测量也是一个难点,这是海岛礁测绘技术需求和技术难点。针对这样的技术需求和技术难点,岛礁无人机测绘解决如下几个问题,从平台、传感器、定位的数据等等。

无人机平台

       大家说离那么远,对无人机一般飞一个小时、两个小时,续航速度只有100多公里,可能到达不了。为此满足作业半径在1000公里,甚至1400-1500公里这样区域的作业,研制了一款小型的无人机。首先讲无人机一定要关注它的起飞重量,这款无人机起飞重量21.6公斤,续航时间达到30小时,它小隐形雷达看不到,这么长的时间可以在我们国家海域范围内获取高分辨率的数据。这款无人机主要解决海岛礁测绘,那么远需要高分辨率和隐蔽性的要求。还有70%的岛礁在近海之内,这些岛礁需要各种传感器都得上,刚才解决了远的问题。大量近海的问题怎么办?需要无人机的平台,需要搭载更多载荷,解决平面的问题、影像的问题等等,为此专门研制了海岛礁的。这款飞机起飞重量不大30公斤,它解决了在30公斤起飞重量情况下,有效载荷达到10公斤。10公斤是个什么概念?大家如果做无人机的话,目前民用的从光学的到激光的到热红外的,甚至一些高光谱的传感器,基本上都在10公斤以内的量级,如果达到10公斤的量级,大部分传感器可以在这用。

       无人机还有一个指标续航时间,尽管能达到6个小时的续航时间,6个小时在近海它的作业效率还是很高的。我们国家还有很多岛礁在80海里之外,最远的离海南岛1400公里左右。这样的作业范围,意味着国家12000多个岛礁用轻小型的无人机可以百分之百进行覆盖,解决了无人机用于海岛礁测绘平台的问题。

海岛礁测绘要满足精度和效率

作业时间不能在岛礁上敏感区域花特别多的时间,这时需要传感器幅面要大,你用2000万像素,你用的8000万的像素。作业效率的问题,相机幅面大,意味着测绘精度更高。

1、第一要轻量化

专门研究的测绘相机1.5公斤,跟民用相机佳能在一个重量级上。

2、第二要满足测绘

研制了1/1000的中心快门,一般佳能、尼康是两种快门。

3、此外航摄效率高

       8000万像素,比以前用的2000万的效率更高,意味着测量精度提高了,由0.3提高到了0.8。有了相机要解决控制的问题怎么办呢?传感器、飞机平台还要把姿态数据定位获取,在钓鱼岛在南沙不需要控制点满足需求,这是我们用GPS用姿态数据满足控制需求。GPS,无人机都有飞控系统,一般用导航型的GPS。保证飞机按照预定轨道飞就行了,但要满足测绘需要满足这种厘米级的,甚至更高的,对飞控系统要进行改造,做实时事后查封的GPS。以上是传感器幅面更大一些、更轻一些,姿态数据能够获取。有了这些平台传感器之后还需要处理,无人机在岛礁上飞行还有这么几个问题。

1、任务规划

       岛礁能不能有效获取岛礁的数据,岛礁的星座是没有规则的,如何让有效的照片落到岛上,落到礁盘上,需要任务规划。飞行数据能不能满足后面处理的需求,有没有漏洞,需要快速的质量检查。大家知道尽管你用的是良策的相机,镜头有畸变,镜头畸变改成2-3谬,这样软化处理流程是海岛礁测绘需要的软件工具处理流程。我们如何进行任务规划,我们任务规划要规划到每一张照片曝光点坐标都要计算出来,这样控制飞机、控制相机、定点曝光。

2、质量检查的程序

      拍完一个数据,是不是满足了任务后处理的要求呢?通过软件把一些指标自动计算出来,高度机组这个可以,可以做下一次任务,或者哪些地方需要补飞,这是质量检查的程序。刚才讲到我们相机是有畸变的,要改正畸变需要对相机后续的畸变进行高精度的改正,小于2谬的改正。最后拿到数据以后,如何进行无控制的影像,如何生成DEM等这些工作已经流程化。

3、监控手段

       大家说了操控一个无人机一般在市区内半径20公里、30公里,市区条件好的最多50公里左右来操控无人机。但作业区域扩大了,到钓鱼岛400多公里,到南沙1000多公里,轻小型无人机出去了,我们飞机是不是正常飞行?有没有遇到其他的情况?飞机发动机是不是正常运转?怎么办?无人机需要对它进行监控。监控手段是什么?是十二五也是科技863支持的无人机远程监测的手段。“北斗”除了远航定位外,民用可以一分钟一次把五个坐标点的数据发到监控站,不受地域、地形的影响,这是远距离作业情况下对无人机的监控。最后一个技术刚才讲到了南海的礁盘,南海礁盘可能占到整个南海海岛礁面积95%还多。礁盘要作业大家可以看到这个图是东岛,绿点的区域都是礁盘的区域,礁盘有多深地形怎么样需要测量。结合南海水质礁盘的测量,水质特别好特别清澈。我们把无人机,一般用的遥感是空气作为一种介质,到南海经过谁反射折射之后,利用光学双截至摄影测量的模型,穿过空气和水来解决。2000多个试测点是穿测的,实际测的跟无人机测的比对误差达到0.68米,这种精度基本满足工程前期的需求,双介质测量解决南海标杆的手段。无人机由于天气和浪的影响全部覆盖也难。可以用多光谱遥感反演水深,它达到的相对精度为13.7%,这两个技术各有优缺点,在解决南海礁盘测量在927是把无人机水深测量和遥感反演两个结合在一起,解决南海的水深测量。

在海岛礁方面的一些应用。

       第一个在927工程里面,福建南日岛的项目,因为那个地方有敏感的岛礁,由无人机解决927一期工程中南日岛测图的任务。刚才讲到海岛礁无人机的研究和试验,是十二五863支持的在海岛礁863里边,当时863做的实验是在浙江东济岛,完成了东济岛的测绘。我们对钓鱼岛进行了测绘,我们到目前为止已经对钓鱼岛形成周期性的监测。第一次是2009年,我们当时研制一款16个小时的无人机,当时没达到30个小时,我们就想验证一下。当时有的领导就提出,能不能到钓鱼岛去一趟。为此我们在2009年6月份,我们飞到钓鱼岛主岛。

日本的船在那巡视,我们无人机拍到它,它没有任何反应,它不知道我们去了。验证我们轻小型无人机测绘能力和隐身的能力。2009年以后,到2012年我们技术更加成熟了,我们无人机对钓鱼岛70多个大大小小的岛礁做了全面测绘,完成了钓鱼岛1:2000比例尺地形图的测绘,解决了钓鱼岛没有图的历史。以上是钓鱼岛,我们在南海也做了一些试验,完成了西沙西岛测绘、东岛测绘,都是在海南岛起飞,整个飞行路径在300公里-400公里这样的路径。

       刚才讲到了海岸带的检测,无人机也跟江苏省海洋局合作,对江苏省海岸带无人机进行监测,围海造田,露出桅杆网子如何判断,需要高分辨率,我们跟江苏海洋局合作,利用无人机对海岸带每年进行监测,这是一个真实的应用。还有一个应用,我们应用无人机首次到国外执行任务。2011年,在金三角“湄公河案件”有人被洛杉矶绑架了,为了破这个案,到泰国、老挝、金三角锁定一个区域,知道在这个区域。我们无人机沿湄公河河谷飞过去,连续飞了两个架次,就把整个营地获取了他们锁定30平方公里10公分的数据做的三维。4月2号获取数据,把数据给了缅甸,缅甸派部队给他。河我的左手是缅甸,右边是老挝,我们的人在老挝,给缅甸部队给它压力,这边人过河这边上岸,4月25号在老挝把凶手抓到了。为反恐提供了地理信息。测绘或遥感无人机也在走向国外。这个是我们跟巴基斯坦测绘局的合作,在上个月我们交付了巴基斯坦测绘局的首套无人机,也在巴基斯坦做了培训应用,希望往东南亚、非洲发展,相信那边的市场是很大的。

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