和(hé)以前传统意义(yì)上的“无人(rén)机”不同,现(xiàn)在的无人机更(gèng)加准确的被形(xíng)容为无人驾驶的飞行器(UAVs),它(tā)的特(tè)点(diǎn)是能利用收集到(dào)的数据解决应用问(wèn)题(tí)。无(wú)人机(jī)的种类繁(fán)多,无(wú)论(lùn)是从大小还是价(jià)格方面,比(bǐ)如劲(jìn)鹰650航拍专用飞行器(9万(wàn)元,悬(xuán)停时间≥30min)、劲鹰1000型八轴航拍航测无人机(19万元,悬(xuán)停(tíng)时(shí)间(jiān)30min)和劲(jìn)鹰1600大型载重(chóng)旋翼飞行平台(38万元,悬停时(shí)间≥40min),能为GIS应用提供数(shù)据。
1. 技(jì)术
技术的融合创造出了无线电控制飞机,从这种飞机(jī)演变到无人驾驶(shǐ)飞机花了十多年的时间。显然,无人机(jī)能飞行是因为获取GPS信(xìn)号,而之前(qián)要控制无线电控制飞机,飞行员需要和飞机建立视觉(jiào)联系。如果飞行不(bú)在视线范(fàn)围(wéi)内(nèi),就无法控制飞机,由于这种缺陷导(dǎo)致飞行范围(wéi)只能在几百码之内(nèi)。在无人机上增加GPS接收器,可以使飞行员自(zì)由控制(zhì)飞(fēi)机(jī)而不用看到整条(tiáo)飞行路径(jìng)。在这之后,WiFi技术被应(yīng)用(yòng)在(zài)无人机(jī)上(shàng)面,即(jí)第一(yī)人(rén)称主视角(FPV)。智能(néng)手机(jī)或者平板电脑(nǎo)上就会出现(xiàn)实时的飞行(háng)数据(jù)流,也就是说(shuō),即(jí)使飞(fēi)机不在你的视线里,当它自(zì)主飞(fēi)行的时候你还(hái)是能(néng)看到它“看到”的东西。这样操(cāo)作人员(yuán)就可以升高或者延长飞(fēi)行路线,甚至可以建立下一段飞行目的地。
2. 无人机(jī)的组成
多机翼(yì)无人机一般都由这些部件组(zǔ)成:飞行器、固定架、负载或者是装在(zài)固定(dìng)架上的小设(shè)备(bèi)。没有(yǒu)这些部件是(shì)不能称(chēng)作无人机的。比如昆(kūn)明劲鹰无人机(jī)公司生(shēng)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(gāo)抗风(fēng)、长航(háng)时、长航程(chéng)、水陆(lù)两用起降(jiàng)的特点,起落架(jià)采(cǎi)用(yòng)浮筒(tǒng)型即(jí)可在(zài)水面起降(jiàng),采用轮式可(kě)在陆地起降,采用滑橇型可弹射起飞及伞降。虽(suī)然现在利用无人(rén)机收(shōu)集(jí)数据已经稀松平常,但真正实现数据收集功能的却是(shì)无人机上搭载的各种有效载荷。只(zhī)要安装应用程序,红外摄像(xiàng)机、高精度气压计、多光谱扫描仪、激光雷达或(huò)是高光谱传感器等均可以收集数据。无人机收集到(dào)的数据大多是需要处理的,各个开发商(shāng)都有自己的数据处理软件,提供精准校正(zhèng),影(yǐng)像镶嵌(qiàn)和地(dì)形提取等。由于软件也是无人机的(de)一部(bù)分,因此很(hěn)多业内人士呼吁应(yīng)该(gāi)将无(wú)人机(UAV)更名(míng)为无人机系统(UAS)。

劲鹰S1型航测(cè)航拍汽油水上无人机

劲鹰S1型汽油航测(cè)航拍水上无人(rén)机效果(guǒ)图
3. 无人(rén)机和(hé)GIS的应用
无(wú)人机(jī)并非产生了新(xīn)的GIS应用,但它相(xiàng)比于(yú)现(xiàn)有的数据获(huò)取方法来说,成本(běn)更(gèng)低,因(yīn)此可以迅速扩大现有的(de)GIS应用市场。换句话说,同样是在林区上(shàng)方低空飞行(háng)收集数据,无人机会比传统(tǒng)的飞行员驾驶(shǐ)飞机(jī)在很大(dà)程(chéng)度(dù)上节约成本。
有一部分行业可以用无(wú)人机替代:遥感、空气监测(cè)、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(zì)影(yǐng)像分析和3D地形图像分析。
以下(xià)是用无人机来(lái)收集数据的(de)案(àn)例。

图2实时正射影像监测图

图2b 制(zhì)作(zuò)3D拓扑图/地形图

图2c 植被监测(NDVI)

图2d 提取(qǔ)地形

图2e 3D Robotics公司的(de)3DR无(wú)人机(jī)获取的三维图像
地(dì)理信息系统在最近的30多年内取(qǔ)得了惊(jīng)人(rén)的发(fā)展,广泛应用于资源调(diào)查、环境(jìng)评估、灾害(hài)预测、国土(tǔ)管(guǎn)理、城(chéng)市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电(diàn)力、公共设施管理、农林(lín)牧业、统计、商业金(jīn)融等(děng)几乎所有领域(yù)。
资源管理(Resource Management)
主要(yào)应用于农业和(hé)林(lín)业领域,解(jiě)决(jué)农业和林业领域(yù)各种资源(如(rú)土地、森林(lín)、草场) 分布、分级(jí)、统计(jì)、制图等问题。主要回(huí)答“定位”和“模式”两类问题。
资(zī)源配置(Resource Configuration)
在城市中各(gè)种公(gōng)用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能(néng)源保障(zhàng)、粮食供应等到机构的在(zài)各地(dì)的配置(zhì)等都是资源配置(zhì)问(wèn)题。GIS在这类应用中(zhōng)的(de)目(mù)标是保证资源的最合(hé)理配置和发挥最大效益。
城市(shì)规划(huá)和(hé)管(guǎn)理(Urban Planning and Management)
空(kōng)间规划是(shì)GIS的一个重要应用领(lǐng)域,城市(shì)规划和管(guǎn)理是(shì)其(qí)中的主要(yào)内(nèi)容。例(lì)如,在大规模城市(shì)基础设施建设(shè)中如何保证(zhèng)绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施(shī)、运(yùn)动场所(suǒ)、服(fú)务设施等能够(gòu)有最大的(de)服(fú)务面(城(chéng)市资源配置问题)等(děng)。
土地信息系统和地籍管理(Land Information System and Cadastral Applicaiton)
土地和地(dì)籍管理涉及土地使用性质变化(huà)、地块轮(lún)廓变化、地(dì)籍权属(shǔ)关(guān)系(xì)变化(huà)等许多内容,借助GIS技术可以高(gāo)效、高质量地完成这些工作。
生态、环境管理与模(mó)拟(nǐ)(Environmental Management and Modeling)
区域生态规划(huá)、环境现状评价、环境影响评价、污染(rǎn)物削减分配的决策(cè)支持、环境与区(qū)域可持(chí)续发展的(de)决策支持、环保设施的管理、环境规划等。
应急响(xiǎng)应(Emergency Response)
解决在发生洪水、战争(zhēng)、核事故等重大自然或人为灾害(hài)时,如何安排最(zuì)佳(jiā)的(de)人员(yuán)撤离路线、并配备相应的(de)运输和保(bǎo)障设施的问(wèn)题。
地学研(yán)究与应用(Application in GeoScience)
地形分析(xī)、流(liú)域分析、土地利用研究、经济地(dì)理(lǐ)研究、空(kōng)间决策支持、空间统计 分析、制图等都可以借(jiè)助地理信息(xī)系统(tǒng)工具完成。ArcInfo系统就是一个很好的(de)地(dì)学分(fèn)析应用软(ruǎn)件系统。
商(shāng)业与(yǔ)市场(Business and Marketing)
商业设施(shī)的建(jiàn)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(fèn)布、待建区周围居民区的(de)分布和(hé)人数,建(jiàn)成之后就(jiù)可能无(wú)法达(dá)到预期的(de)市(shì)场和服(fú)务面。有时甚至商(shāng)场销售的品种(zhǒng)和市场定位都必须(xū)与(yǔ)待(dài)建区的人口结构(年 龄构成(chéng)、性别构成(chéng)、文化水平)、消费(fèi)水平等结合起来考虑。地理信息(xī)系统(tǒng)的空(kōng) 间分析和数据库功能可以解决这些问题。房(fáng)地产开发和销售过程中也可以利用(yòng)GIS功能进行决策和分析。
基(jī)础设施(shī)管理(Facilities Management)
城市的地上地(dì)下(xià)基础设施(电(diàn)信、自来水(shuǐ)、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(de)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(yǐ)大大(dà)提高工作效率(lǜ)。
选址分析(xī)(Site Selecting Analysis)
根据区域地理环境的(de)特点,综合(hé)考虑(lǜ)资源配(pèi)置、市场潜力、交通(tōng)条件(jiàn)、地(dì)形特征、 环境(jìng)影响等因(yīn)素,在(zài)区域(yù)范(fàn)围内选择最佳位(wèi)置,是GIS的一个典型(xíng)应用(yòng)领域,充分体现了GIS的空间(jiān)分析功能。
网(wǎng)络分析(Newwork System Analysis)
建(jiàn)立交通网络、地下管线网络等(děng)的计算机模型,研究交通(tōng)流量、进(jìn)行交通规则、 处理地下管(guǎn)线(xiàn)突发事(shì)件(jiàn)(爆管、断路)等应急处理(lǐ)。警务和医疗救护的路径(jìng)优(yōu)选、车辆导航等(děng)也(yě)是GIS网络分析(xī)应用的实例。
可视化(huà)应用(yòng)(Visualization Application)
以数字地形模型为基(jī)础(chǔ),建立(lì)城市、区域、或(huò)大型(xíng)建筑(zhù)工程、著名风景(jǐng)名胜区的 三维可视化模(mó)型,实现(xiàn)多角度浏览,可广泛应(yīng)用(yòng)于宣传、城市(shì)和(hé)区域规划(huá)、大型 工程管(guǎn)理(lǐ)和仿真、旅(lǚ)游等(děng)领域。
分布式地理(lǐ)信息应用(yòng)(Distributed Geographic Information Application)
随(suí)着网(wǎng)络和Internet技术的发展,运行于(yú)Intranet或Internet环(huán)境(jìng)下的地理(lǐ)信息 系(xì)统应用类型,其目标(biāo)是实现地理信息(xī)的分布式存储和信息共享,以及远(yuǎn)程空间导航等。
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