和以前传统意义上的“无人机”不同,现在的无人机更加准确的被形容为无人驾驶的飞行器(UAVs),它的特点是能利用收集到的数据解决应用问题。无人机的种类繁多,无论是从大小还是价格方面,比如劲鹰650航拍专用飞行器(9万元,悬停时间≥30min)、劲鹰1000型八轴航拍航测无人机(19万元,悬停时间30min)和劲鹰1600大型载重旋翼飞行平台(38万元,悬停时间≥40min),能为GIS应用提供数据。
1. 技术
技术的融合创造出了无线电控制飞机,从这种飞机演变到无人驾驶飞机花了十多年的时间。显然,无人机能飞行是因为获取GPS信号,而之前要控制无线电控制飞机,飞行员需要和飞机建立视觉联系。如果飞行不在视线范围内,就无法控制飞机,由于这种缺陷导致飞行范围只能在几百码之内。在无人机上增加GPS接收器,可以使飞行员自由控制飞机而不用看到整条飞行路径。在这之后,WiFi技术被应用在无人机上面,即第一人称主视角(FPV)。智能手机或者平板电脑上就会出现实时的飞行数据流,也就是说,即使飞机不在你的视线里,当它自主飞行的时候你还是能看到它“看到”的东西。这样操作人员就可以升高或者延长飞行路线,甚至可以建立下一段飞行目的地。
2. 无人机的组成
多机翼无人机一般都由这些部件组成:飞行器、固定架、负载或者是装在固定架上的小设备。没有这些部件是不能称作无人机的。比如昆明劲鹰无人机公司生产的S1型汽油航测航拍水上无人机(48万,续航时间2小时),具备高稳定、高抗风、长航时、长航程、水陆两用起降的特点,起落架采用浮筒型即可在水面起降,采用轮式可在陆地起降,采用滑橇型可弹射起飞及伞降。虽然现在利用无人机收集数据已经稀松平常,但真正实现数据收集功能的却是无人机上搭载的各种有效载荷。只要安装应用程序,红外摄像机、高精度气压计、多光谱扫描仪、激光雷达或是高光谱传感器等均可以收集数据。无人机收集到的数据大多是需要处理的,各个开发商都有自己的数据处理软件,提供精准校正,影像镶嵌和地形提取等。由于软件也是无人机的一部分,因此很多业内人士呼吁应该将无人机(UAV)更名为无人机系统(UAS)。
劲鹰S1型航测航拍汽油水上无人机
劲鹰S1型汽油航测航拍水上无人机效果图
3. 无人机和GIS的应用
无人机并非产生了新的GIS应用,但它相比于现有的数据获取方法来说,成本更低,因此可以迅速扩大现有的GIS应用市场。换句话说,同样是在林区上方低空飞行收集数据,无人机会比传统的飞行员驾驶飞机在很大程度上节约成本。
有一部分行业可以用无人机替代:遥感、空气监测、石油天然气探测、输电线路监测、测量、电影制作、精准农业、地形提取、正射影像镶嵌、数字影像分析和3D地形图像分析。
以下是用无人机来收集数据的案例。
图2实时正射影像监测图
图2b 制作3D拓扑图/地形图
图2c 植被监测(NDVI)
图2d 提取地形
图2e 3D Robotics公司的3DR无人机获取的三维图像
地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展,广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。
资源管理(Resource Management)
主要应用于农业和林业领域,解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场) 分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。
资源配置(Resource Configuration)
在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。
城市规划和管理(Urban Planning and Management)
空间规划是GIS的一个重要应用领域,城市规划和管理是其中的主要内容。例如,在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。
土地信息系统和地籍管理(Land Information System and Cadastral Applicaiton)
土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容,借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。
生态、环境管理与模拟(Environmental Management and Modeling)
区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。
应急响应(Emergency Response)
解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时,如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。
地学研究与应用(Application in GeoScience)
地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计 分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。ArcInfo系统就是一个很好的地学分析应用软件系统。
商业与市场(Business and Marketing)
商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场 的分布、待建区周围居民区的分布和人数,建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构(年 龄构成、性别构成、文化水平)、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空 间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。
基础设施管理(Facilities Management)
城市的地上地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施等)广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征的。它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成,而且可以大大提高工作效率。
选址分析(Site Selecting Analysis)
根据区域地理环境的特点,综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、 环境影响等因素,在区域范围内选择最佳位置,是GIS的一个典型应用领域,充分体现了GIS的空间分析功能。
网络分析(Newwork System Analysis)
建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型,研究交通流量、进行交通规则、 处理地下管线突发事件(爆管、断路)等应急处理。警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应用的实例。
可视化应用(Visualization Application)
以数字地形模型为基础,建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名胜区的 三维可视化模型,实现多角度浏览,可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型 工程管理和仿真、旅游等领域。
分布式地理信息应用(Distributed Geographic Information Application)
随着网络和Internet技术的发展,运行于Intranet或Internet环境下的地理信息 系统应用类型,其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享,以及远程空间导航等。
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