航空遥感系统（共5篇）
航空遥感系统 篇1
0 引 言
无人机技术作为人类早期航空的重要组成部分,已有一百多年的历史,在军事领域得到了广泛的应用,主要西方国家都将其当作未来空军最具优势和前景的发展方向[1]。近年来,无人机的应用范围已经由最初的军事领域拓展至民用领域和科研领域[2]。我国无人机工业起步虽晚,但发展迅速,已步入世界前列[3]。现代社会中,遥感技术已成为人类获取地理环境及其变化信息的重要手段。随着信息科学与相关产业的发展,各国对遥感数据的需求急剧增长,然而对于许多发展中和不发达国家而言发展耗资巨大的航天遥感系统目前存在技术上和资金上的困难。将无人机作为航空摄影和对地观测的遥感平台为解决这种困难提供了一种新的技术途径,为遥感应用注入了新鲜血液[4]。
无人机相比较卫星和载人航空飞机遥感平台而言,具有成本低、灵活性高的特点。然而,传统的无人机并不是为遥感目的而设计的,同样,许多遥感设备也不是专门为无人机设计的,其结果是导致了他们之间的集成困难[5],为了满足遥感科学实验、定标遥感与真实性检验、遥感传感器试验等遥感实验巨大需求,无人机航空遥感实验平台是一个很好的解决方案。无人机航空遥感平台机载作业控制系统能够协调无人机航空遥感平台中电子吊舱的多组件的工作,实时对遥感影像传感器进行姿态控制,对于获得良好有效的遥感数据起到至关重要的作用。
1 系统功能及结构
系统的目标是满足无人机航空遥感作业需求。该系统控制无人机按照预定的作业计划任务或者接受人工遥控执行遥感作业,协调电子吊舱中多组件的工作,与数传电台、自动驾驶仪、稳定云台、航姿系统以及CCD/相机相连。
系统功能包括:
(1) 接收数传电台命令,将命令分流到稳定云台和CCD/相机;
(2) 接收航姿系统和自动驾驶仪的时间、经度、纬度、高度、俯仰、滚动、航向等参数,将其存储在控制系统中并由数传电台回传至地面飞行控制站;
(3) 根据航姿系统参数生成电机驱动参数,驱动稳定云台,保持稳定云台处于稳定水平(或垂直)状态;
(4) 数据存储,存储作业任务及航姿系统和自动驾驶仪的相关参数,并能够通过USB接口导入地面飞行控制站。
无人机航空遥感平台机载作业控制系统原理框图如图1虚线内部分所示,系统由MCU(微控制器)、电源、数据存储器、RAM扩展、4路串口扩展、1路USB扩展、步进电机驱动、CCD/相机驱动及电源共8个子模块组成。MCU是整个系统的核心部分,负责与其数据存储器、4路串口扩展、1路USB扩展及RAM扩展模块间的通信,并根据作业计划产生CCD/相机和步进电机的控制信号,控制相应的驱动模块。电源模块负责给各子模块供电。核心器件选用美国ATMEL公司开发的一款采用CMOS工艺低功耗、高性能的8位微处理器AT89S52[6]。该芯片片内集成8 KB ISP(In System Programmable)可重复擦写高密度非易失性Flash。全面兼容Intel 80C51的输出引脚及指令系统。从而不需要额外扩展程序存储器,同时也能快速的处理数据处理任务。
2 系统硬件实现
2.1 4路串口扩展电路
4路串口扩展电路由TL16C554A芯片实现。TL16C554A是一个整合4个通道即TL16C550C的增强型异步通信组件(ACE)。它的每个通道能从外围设备或MODEM接收数据,实现串-并转换;同时,它也可以从CPU端接收数据,实现并-串转换。CPU可以在工作时随时查询每一个通道的完整状态,监视各种命令的执行及任何发生的错误[7]。
TL16C554A四通道异步通信组件可以置于交替于交替FIFO模式,该模式激活内部FIFO以使16个字节(加上接收FIFO中每个字节的3位误差数据)可以同时存储在接收与发送模式中。FIFO工作模式具有自动流控特点,可以极大地降低软件开销,并且可以通过
串口扩展电路原理图如图2所示,主控芯片AT89S52的高3位地址A15,A14,A13经译码器译码后可获得8路选择地址,其中74LS138输出
TL16C554A的4路串行数据中断信号接至输入或非门输入端,或非门输出端接入单片机外部中断0输入端,入图2中/INT0。当串口有数据输入时TL16C554A能够产生中断信号输出以通知单片机外部数据输入而进行中断处理。为区分产生中断时具体是哪一路中断,将TL16C554的INTA-INTD分别与单片机的P1.0~P1.3相连,在读取串口的中断数据前先读取P1.0~P1.3的状态以明确数据的输入源。
2.2 USB接口扩展电路
USB口扩展由CH375芯片实现。CH375是南京沁恒有限公司生产的USB总线的通用接口芯片。它的主要特点是价格便宜、接口方便、可靠性高。支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式。CH375的USB主机方式支持常用的USB全速设备,外部单片机需要编写固件程序按照相应的USB协议与USB设备通信。但是对于常用的USB存储设备,CH375的内置固件可以自动处理Mass-Storage海量存储设备的专用通信协议,通常情况下,外部单片机不需要编写固件程序,就可以直接读写USB存储设备中的数据。CH375和单片机的通信有2种方式:并行方式和串行方式[8,9]。USB扩展电路原理图如图3所示,CH375芯片设置为内置固件模式,使用12 MHz晶体。单片机P0口与CH375的D0~D7相连作为数据总线,译码器输出
2.3 步进电机驱动电路
稳定云台控制即为三自由度步进电机控制,即控制遥感传感器的俯仰角、横滚角和航向角使稳定云台保持水平(或垂直)状态。步进电机驱动由THB6128芯片实现,单片机只需输出步进电机运行方向和脉冲信号即可达到控制步进电机的目的。
THB6128是高细分两相混合式步进电机驱动专用芯片,通过单片机输出控制信号,即可设计出高性能、多细分的驱动电路[10]。其特点为双全桥MOSFET驱动,低导通电阻Ron=0.55 Ω,最高耐压36 V,大电流2.2 A(峰值),多种细分可选,最高可达128细分,具有自动半流锁定功能,快衰、慢衰、混合式衰减3种衰减方式可选,内置温度保护及过流保护。图4为航向角步进电机驱动电路,俯仰角、横滚角步进电机驱动与之相同。图中CP1与U/D分别为单片机给出的驱动脉冲与电机运行方向控制信号。M1,M2,M3为电机驱动细分数选择信号输入,由拨码开关人为控制。FDT1与VREG1分别为衰减模式选择电压与电流控制电压输入端。当3.5 V<FDT1<5 V时为慢衰减模式;当1.1 V<FDT1<3.1 V时为混合衰减模式;当FDT1<0.8 V时为快衰减模式。调整VREG1端电压即可设定步进电机驱动电流值。电流值:Iout=(VREF/5)×(1/Rs)式中Rs为NFA(B)外接检测电阻。本系统中Rs固定为0.25 Ω,FDT1与VREF1均可调。
2.4 CCD/相机驱动电路
CCD/相机驱动由单稳态触发器74LS221和光耦合器P521实现。74LS221既可以下降沿触发也可上升沿触发,且都可以禁止输出。其输出的脉宽通过内部补偿获得而不受外部电压和稳定影响,在大多数应用中,脉宽只由外接的时控元件决定。脉宽tw(out):tw(out)=CextRextln 2≈0.7CextRextCCD/相机驱动电路如图5所示。图示参数的单稳态触发器高电平持续时间约为33 ms,可根据相机的实际曝光时间的需要,改变电路的充电时间常数RC来调节稳态时间的长短。图中Camera为单片机P3.5口,当其为下降沿时,触发单稳态触发器输出高电平,此高电平作用于光耦合器P521的二极管端,从而触发三极管端导通,进而触发相机快门。P521的输出端串接一个10 kΩ的电阻,防止导通时电流过大而损坏相机。
2.5 其他模块电路
数据存储模块由AT24C512实现,单片机P3.0,P3.1口分别与AT24C512的SCL、SDL端口相连,并接入上拉电阻,模拟I2C总线扩展64 KB E2PROM数据存储器。SRAM扩展由IDT6116SA芯片实现,扩展2 KB用于缓存单片机计算过程中的临时数据。系统输入电压为12 V直流电,电源模块采用7805与7805两片三端稳压器串接,降低单片稳压器两端的压降,获得平稳的+5 V电压。
3 系统软件设计
系统主程序流程图如图6所示。
系统上电后进行系统及各器件初始化,包括单片机内部地址及数据初始化、TL16C554A芯片波特率及FIFO模式设定及CH375工作模式的设定。初始化后检查系统外围器件的工作状态,将其状态信息发送至地面站。系统通过自动驾驶仪不断获取当前的位置信息,判断是否到达作业任务起始点,若到达则根据预设的拍摄方式进行拍摄控制,拍摄方式包含等时间间隔拍摄和等距离拍摄。系统从航姿系统中获取当前相机的姿态参数,然后将当前照片信息数据打包通过数传电台发送至地面监控站,然后系统根据姿态参数计算出步进电机运行的脉冲数及方向,控制步进电机驱动模块调整相机姿态。当无人机到达作业任务结束点后,主程序结束。系统允许地面遥控操作。
4 结 语
通过实验证明本系统可以较好的满足无人机航空遥感平台机载作业控制的要求,可以协调电子吊舱的各个组件工作,控制相机的姿态,实时下传机载作业数据,使用的I/O口较少,USB接口的扩展解决了当前许多笔记本电脑不具备COM口的问题,在野外实验时亦可及时的处理作业系统中的照片信息数据。单片机仍还有较多的资源可以利用,可方便系统的升级,但同时也受到微处理器数据处理能力的限制。
摘要：无人机相比较卫星和载人航空飞机遥感平台而言,具有成本低、灵活性高的特点。为了满足科学遥感实验、完成遥感作业任务、协调无人机电子吊舱中多组件工作、控制遥感影像传感器姿态,系统以AT89S52为主控芯片,扩展多路串口及USB接口以实现系统与外围设备的通信,同时设计了相机驱动模块及三自由度步进电机驱动模块。通过无人机航空遥感实验证明该系统能够满足遥感实验要求。
关键词：无人机,遥感,AT89S52,姿态控制
参考文献
[1]勾志阳,赵红颖,晏磊.无人机航空摄影质量评价[J].遥感与航空摄影,2007(2):49-52.
[2]赵宏亮.小型涵道式无人机控制系统设计实现[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2009.
[3]刘杨俊.无人机数字航摄相机控制电路设计[D].北京:北京邮电大学,2008.
[4]吴正鹏.无人机载双相机低空遥感系统应用初探[J].城市勘探,2011(1):76-77.
[5]金伟,葛宏立,杜华强,等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息,2009(1):88-92.
[6]张强.低空无人机直升机航空摄影系统的设计与实现[D].郑州:解放军信息工程大学,2007.
[7]吴俊伟,金春竹,王小旭,等.基于DSP的串口扩展及多协议异步串口设计[J].测控技术,2008,27(11):49-51.
[8]任云丽.一种基于USB接口的移动存储器设计[J].太原师范学院学报,2008,7(4):88-90.
[9]刁志刚.基于ARM单片机的USB数据传输的设计与应用[J].信息技术,2010(8):180-183.
[10]田强,姬长英.单片机和THB6128构成的步进电机控制设计[J].江西农业学报,2010,22(5):98-100.
航空遥感系统 篇2
1 无人机 (UAV) 系统
1.1 UAV系统构成
无人机系统主要包括飞机机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等。飞控系统是无人机系统的“心脏”, 主要实现对无人机的飞行前后的控制, 主要包括任务设置、飞行中紧急情况控制、降落及数据传输等, 决定无人机飞行的稳定性、数据传输的可靠性和精确度。数据链系统主要是传输遥控指令, 以及无人机接收、发送信息等, 以保证及时有效的反馈信息。发射回收系统保证无人机顺利升空以达到安全的高度, 并在执行完任务后从天空安全回落到地面, 目前主要有手抛式、弹射架、地面滑跑等起飞方式和伞降、机腹着陆、拦截网等回收方式。微型无人机主要采用弹射发射, 而大型无人机则采用起落架或发射车进行发射。
1.2 Trimble UXS无人机
Trimble UXS无人机飞控系统性能良好, Trimble Acces操作软件自动化程度高, 便捷直观的界面让操作更加简洁高效, 人工判断和干预指令少, 缩短飞行前的准备时间。Trimble UXS航测系统采用数码微单相机, 在阴天或多云的天气条件下, 通过调节光圈和曝光时间, 也可以获取到色彩饱满、细节丰富的航摄相片, 确保影像质量和摄影测量精度。Trimbl Access软件可以完成任务设计、飞行计划、准备情况检查、飞行状态监测、紧急控制、飞行数据检查等功能。在野外操作人员只需按照软件自动给出的提示一步步进行相应操作即可, 对UXS的许多检查工作由软件自动完成, 而无须操作员的人工干预。
在飞行方面, Trimble UXS爬升角度大, 降低了发射净空要求;在降落过程中, 采用引擎反转技术, 降低了降落所需的净空范围, 可以在30m×50m的场地范围内完成着陆。Trimble UXS的飞控系统设计, 使得它可以在大多数天气条件下进行作业, 出色完成航测任务。Trimble UXS从起飞到降落的整个过程, 都由飞机按照预先设定的飞行计划自动完成, 中间无须操作人员进行任何干预。这不仅可以保证操作人员的安全, 而且将由于操作人员自身因素或操作不当而造成飞行任务失败的可能性降低了。在遇到突发事件或者紧急情况时, 操作人员可以通过Trimble Access软件对飞机发出紧急控制指令, 以避免危险的发生。如图1和表1所示。
2 微型无人机航空遥感系统
2.1 系统结构
微型无人机遥感系统所采用的无人机是按照有人机的标准设计, 并且其研制的目的主要是作为遥感平台, 主要性能指标有:作业高度5km, 巡航速度170km/h, 最大续航时间30h, 导航精度50m, 有效载荷100kg等。在该型无人机上预定装载的遥感设备包括机载可更换SAR系列/红外/可见光CCD成像设备。
2.2 关键技术
微型无人机遥感平台:
微型无人机遥感平台的性能和成本会直接对系统运行的稳定性和运行的效率产生重大的影响, 所以在微型无人机航空遥感技术发展的过程中, 不断提高微型无人机遥感平台的性价比是非常关键的一个要素, 另外系统运行过程中所需要的成本对整个系统也有着十分关键的作用与影响, 所以应该在工作中努力的研制性价比更高的系统平台, 这样才能更好的体现出系统运行的经济性。在研究的过程中, 应该将重点放在以下几个方面:
(1) 在现有的微型无人机的基础上, 根据航空遥感系统运行的相关要求对其进行更加有效的改进和优化, 在设备的选择和系统平台的建设方面也应该保持在一个相对较为合理的范围之内。 (2) 在现有的导航系统基础上要不断对导航的方式进行优化, 最好要使用组合式的导航方式, 这样对提高导航的准确性有着十分重要的影响。 (3) 对下一代设备进行研制, 在研制的过程中要对成本进行严格的控制, 通常成本增加的数额不应该超过原系统总成本数额的15%, 在这样的资金条件下, 最高的高度应该上升到18m, 作业的高度也应该到达16m, 载荷能力也应该在100kg以上, 运行时间上也应该有所提高, 正常运行的时间最好要超过30h。 (4) 在现有的自动起降设各基础上, 在更高的范围和更高的精度上实现起降功能。
3 影像处理
3.1 微型无人机遥感设备集成与接口
在遥感设备的选择方面应该充分的考虑到整个系统的应用需求和具体特点, 同时还要使用标准的设备接口, 这对于提高安装调试的效率有着不容忽视的作用, 在该项内容的研究上主要包含以下几个方面: (1) 设备应用在不同领域的时候, 应该对其性价比进行仔细的研究, 之后选择综合效益相对较高的遥感设备。 (2) 在完成遥感数据的获取和平台设备之间应该设计一出完全相适应的接口形式, 这样对于不同型号的SAR和不同的设备都能实现顺利快捷的更换。 (3) 应该重视微型无人机遥感设备的安装和调试工作。
3.2 遥感数据实时处理与下传
微型无人机航空遥感系统可以有效的对遥感的数据进行处理和下传, 但是以往的系统中, 数据的精度存在着明显的不足, 同时在其他方面也有着自身的问题, 所以研究的重点就应该是在减少消耗的基础之上, 改善图像的成图质量, 具体说来, 主要包含以下几项内容:
(1) 要能够高效的将遥感的图像数据和定位数据以及无人飞行过程中的运行状态和航拍过程中的数据信息进行有效的融合, 这样就可以生成更加生动、清晰和具体的图像。 (2) 提高现有的景象匹配算法的实际作用, 它也可以有效的为无人机组合导航系统的数据处理和修正提供更好的条件, 从而使得无人飞行过程中的控制精度也有了非常明显的提升。 (3) 提高所有景象匹配算法的时效性, 这样也为整个无人机导航系统位置的确定创造非常坚实的基础。 (4) 采用小波变换的技术, 让数据压缩过程中的能源消耗不断减少。
3.3 DOM影像图制作
微型无人机起飞和降落状态良好, 在规划时间和区域内安全着陆, 获取有效航片552张, 影像清晰度高, 分辨率优于8cm。经检查飞行质量和影像质量满足要求。
影像处理软件UAS maste:具有DOM, DEM和DSM等航空摄影常规产品制作功能, DOM数据处理流程如图2所示。
第一个架次经过6h处理完毕, 生成的DOM影像数据清晰度高, 获得部分影像图如图3所示。
4 结束语
由于微型无人机体积小、重量轻, 空中姿态变化大, 而飞行高度与影像分辨率有直接关系, 故优化飞行路线、选择适宜的飞行高度和影像重叠率可以获得高质量的正射影像图和三维模型。结合影像三维建模软件可以快速获取三维模型, 代表未来测绘领域三维建模发展的方向, 在数字城市建设中具有广阔的应用前景和明显的优势。
摘要：随着我国的微型无人机遥感技术日渐成熟, 同时其也使用到了更为广阔的领域当中, 在发展的过程中, 如果要让其关键技术能够进一步的提升, 就必须要加大科研的力度, 只有这样, 才能推动技术的创新和发展, 同时也为该系统在更广的范围内得以应用奠定坚实的基础, 促进我国科技水平的不断发展和提升。因此, 本文就对当前我国微型无人机航空遥感系统进行了简要分析, 并对其在影响处理中常见的几个问题做了深入探讨。
关键词：无人机,航空遥感系统,问题
参考文献
[1]王俊伟.无人机载红外载荷在应急测绘保障中的应用现状分析[J].红外, 2015, 02:1~7.
[2]彭向阳.无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J].遥感信息, 2015, 01:51~57.
中国航空高分遥感网初步建成 篇3
为改变高分辨遥感数据主要为国外卫星产品主导的局面, 科技部航空遥感数据获取与服务技术创新联盟已初步建成中国航空高分遥感网, 这是“2013’三维空间信息产业自主创新论坛”传出的消息。通过组建中国航空高分遥感网, 将航空遥感产业的主要的资源——飞行平台 (遥感飞机) 进行网状布局, 实现了资源的高效利用, 可以大大提高我国航空高分遥感数据采集能力和服务水平。该联盟专家吴秋华表示:在北京国遥新天地公司等航空遥感龙头企业的支持下, 今年我们自行引进了一架空中国王C90高性能遥感飞机, 并与联盟内多家企业共同努力组建了10多架遥感飞机的“中国航空高分遥感网”, 不仅实现了遥感飞机的整合, 而且实现了数据成果、航摄资源、数据处理资源等的全方位整合, 对航空遥感产业资源优化配置作用显著。未来, 将引进更多的高性能遥感飞机, 实现三小时抵达全国任何地点的航空高分遥感采集能力, 满足灾害应急响应监测、高精度地表测量、矿产资源探测、智慧城市、地理国情监测等领域对航空高分遥感的巨大需求。
通航航空遥感项目过程管理分析 篇4
I M U/D G P S (简称为P O S) 技术辅助航空遥感技术开始于2 0世纪9 0年代, 成熟于2 0 0 0年左右。机载P O S系统是由G P S接收机和惯性测量装置组合而成的高精度定位定向系统, 它集差分G P S (D i f fer e nt i a l GP S) 技术和惯性导航 (Inertial Navig ition System, INS) 技术于一体, 可用于获取移动物体在选定坐标系中的空间位置和姿态, 广泛应用于汽车、轮船、飞机、导弹等得导航定位中。直接获取航空遥感影像的外方位元素, 无需大量的野外控制测量, 实现了航空遥感后直接进入内业成图工序, 没有或极少地面控制工作, 缩短了工期[5]。现在此项新技术已经大范围的应用于我国通航航空遥感业务领域, 促使现有测绘项目大大降低了生产成本, 缩短成图周期, 促进测绘事业的更快发展。
通航航空遥感项目的管理要从项目技术目标、实施影响因素分析到实施方案设计、过程管理、质量安全控制以及成果检查和移交等方面全流程来分析。在其执行过程前制定合理、有效、可行的实施方案是非常重要的环节, 国内很多通航航空遥感项目由于在制定实施方案时对技术方案没有考虑周全, 仅从测绘专业技术角度来考虑项目的问题, 没有考虑到实施过程中其它因素的影响, 致使航空遥感项目不能得到有效、快速的实施, 甚至使项目无法执行。实施方案的制定不仅要考虑到行业、国家的技术规范和客户的特定技术要求, 还要考虑到项目方案的可行性, 尤其在国内空域管理复杂的情况下, 需要把在执行项目的过程中可能遇到的影响因素如空域划分、空中走廊、气象条件、地理条件等都要考虑在内, 优化处理, 这样才可以制定出最优的方案[4], 这样可以尽快的完成航空遥感项目, 提高航空遥感项目客户的满意度。
以下就从通航航空遥感项目的全流程各环节采用闭合式管理系统的思维来分解项目合同谈判、项目可行性分析、项目实施和项目成果质检和移交等环节应该注意的事项。
1 项目合同谈判
通航航空遥感项目合同谈判因为涉及的技术因素较多, 所以在谈判过程中:第一, 尤其要注意客户的最终成果用途, 依据成果的用途不同采用不同的实施方案, 则后续执行过程中的各项工作就会完全不同;第二, 要明确合同中的技术要求, 对于模糊不清的条款, 尽可能的采用双方都可以理解的文字来确认, 笔者就曾遇到因合同甲方技术要求前后矛盾, 按照实施方案获取的最终项目成果不合格, 导致项目失败、补测的后果;第三, 合同谈判中尽量多考虑实施项目中可能遇到的问题, 如天气和空域的问题, 考虑好之后就可以项目的可行性有一个初步的判断。把握了以上三点后就可以初步确认合同的标的、执行期限和成果移交标准等主要合同文本事项。
2 项目可行性分析
通航航空遥感项目的实施可行性分析可以从项目执行要素人、机、料、法、环、技等几个方面来分析。“人”的因素主要考虑飞行、导航、遥感和基站人员的合理配置, 考虑各个专业人员是否能够达到项目的预定要求, 那些人员的要求可以略微放松, 那些必须严格要求;“机”即机器和设备, 在航空遥感项目中的“机”指的是飞机平台、航空遥感仪器、地面基站仪器以及其它辅助设备的选择、性能是否满足要求, 在这个方面最重要的是飞机、航摄仪及其辅助设备, 尤其是特殊技术要求的航空遥感项目, 选择好了这些硬件设备可以事半功倍, 并确保项目成果质量;“料”指的是项目中可能用到的各种原料, 传统航空遥感项目的感光材料用的是航空胶卷和相纸, 现在采用数字技术后主要的耗材是硬盘和感光相纸, 硬盘也已经由机械硬盘向固态硬盘转变, 要尽可能选择安全的材料, 在材料的使用、储存和运输中确保其安全;“法”即法律、法规和技术规程等, 在航空遥感项目实施中既要考虑到航空飞行中的航空类法规也要考虑到国家国土测绘部门颁布的各项专业技术、行政管理、成果保密等测绘类法规, 尽量规避执行过程中可能导致的严重法律后果;“环”指的是环境, 航空遥感中的环境考虑的不仅仅是航空作业机舱内环境也要考虑到空域管制和大气条件的人为或客观环境因素, 经过对历史气象数据的统计和预测分析以及空域管制环境的调查, 可以最大限度的避开不理想的作业期限和作业方式。“技”即技术, 要把项目管理、专业高新技术和质量管理的技术结合使用, 以利于提高效率, 降低成本, 缩短周期。
通过对以上要素的分析, 就可以制定合理的实施方案。
3 项目实施
通航航空遥感项目的实施可以分为方案制定及前期准备、现场实施和后期整理移交三部分, 其中方案制定分为技术方案和实施方案两个部分。
技术方案要以合同技术要求为准, 综合考虑技术方案的可行性, 在条件允许时, 准备多套技术方案, 以便在实施过程中灵活使用, 从技术上提高效率, 缩短工期。需要说明的一点是, 该技术方案必须获得甲方审核认可。实施方案项目实施的预定方案, 其中要考虑到计划制定、进度控制、质量控制与反馈、项目协调与实施以及突发情况处置等方面, 不可控因素越少越好。实施方案制定的好坏直接影响到项目执行过程是否顺利, 需要既满足专业要求, 又考虑到克服实际困难的备案措施, 即对项目实施的风险有全面的分析;这样的话, 在实施过程中遇到的问题往往是偶发的小问题, 只需要随机处置即可。
项目实际实施过程中, 按照既定方案执行时往往沟通会比较重要。因为按照技术要求, 实际可升空作业的机会非常少, 满足升空条件时, 空域限制也会很多, 这种条件下, 以备选方案与飞行管制和指挥的军民航有效沟通往往会有机会完成作业。举个例子, 如果某个项目设计飞行最高高度为4000 m, 那么我们飞行方案可以在作业量增加不大的情况下, 多增加3700 m, 3400 m飞行高度的备选方案。这样的话, 如果按照历史气象资料, 作业期间云底高平均为390 0 m时, 我们还可以有2套备选方案可供与飞行管制和指挥方协调, 便于双方制定和调整整个飞行计划。
除以上作业预案外, 还可以采用灵活申请作业区、变更作业时间段以及改变装备的方法来综合考虑并处置。总之, 在项目实施时, 是考验前期工作和实施团队是否得力的时候, 也是各种因素相互发生作用, 使困难矛盾突出的时候, 要以预案为基础, 灵活处置。
4 项目成果质检和移交
通航航空遥感项目的质量控制实际上涵盖在项目全部流程中的, 每个环节都对成果质量有很大的影响, 必须按照质量体系的要求在每个环节重视起质量控制, 把产品品质的观念灌输到具体工作中。
首先, 项目合同谈判中协商确定的技术方法、路线、精度要求, 使用的飞行平台、设备, 作业期限和时间等都是从开始时就对项目最终成果质量有了总体的框架设定;所以负责合同谈判的团队必须有对整个作业流程熟悉且对合同涉及的具体项目收集了详尽的气象、空域管制、地理和作业资源资料, 否则很容易有大的纰漏, 在项目的制定实施方案时或进场作业时凸显出来, 需要和甲方再沟通协商, 这样容易导致甲方对公司整个执行能力的质疑。
其次, 在项目实施阶段, 前期制定技术方案和实施方案过程中, 会把项目执行的技术文件和作业文件编写出来, 其中技术文件是项目执行的纲领性文件, 必须是考虑了所有影响因素后的最优方案, 是考虑了项目的效率、成本和周期的综合性方案。不同的项目有不同的特点, 制定的质量保证措施也由所不同, 在实施过程中, 项目执行人员必须严格控制又要灵活把握, 明白客户对成果的质量要求才能把项目高效的执行下来, 仅靠项目后期的成果整理是不能保证项目的质量的。项目质量控制人员自检时必须与项目实施过程中现场执行人员提交的飞行成果有效反馈和沟通, 既要反馈质量问题同时要提出对出现问题的预防措施。
最后, 在后期成果整理和移交环节可以有较多的时间对影像反复调校和处理, 达到很好的效果;其次, 对同时移交的定位定姿成果数据要采取不同的测算方案, 提交客户的结果必须是各种方案的最优成果, 且在项目技术总结中阐述清楚。最后在制作移交文件时完整、清晰、条理, 与验收代表对质量问题有良好的沟通。
5 结论
总之, 近年来国内通用航空遥感项目的执行已经呈现出来一些与以往不同的特点, 这对航空遥感项目的管理也提出一些新的要求, 需要在管理上对其特点详细研究和分析, 制定有针对性的综合解决方案。本文从通航数字航空遥感项目的特点和项目谈判、可行性分析、项目实施和成果质量控制与移交等执行环节谈起, 详细阐述了项目全流程管理的一些思路和方法, 也对以往出现的问题提出了改正措施建议, 这都在实际工作中有很好的借鉴作用, 希望对国内同行有一定的参考价值。
参考文献
[1]郭大海, 吴立新, 王建超, 等.机载POS系统对地定位方法初探[J].国土资源遥感, 2004, 60 (2) :26-31.
[2]李学友.IMU/DPGS辅助航空摄影测量原理、方法及实践[D].中国人民解放军信息工程大学, 2005.
[3]郭大海, 吴立新, 王建超, 等.IMU/DGPS辅助航空摄影新技术的应用[J].国土资源遥感, 2006, 3 (1) :52-54.
[4]于海斌.航空摄影技术设计优化初探[J], 飞行试验, 2006 (3) .
[5]董绪荣, 张守信, 华仲春.GPS/INS组合导航定位及其应用[M].长沙.国防科技大学出版社, 1998.
航空遥感系统 篇5
2008年5月30日, 中国海监B-3843飞机执行巡航任务时, 在黄海中部35°40.7′N, 121°57.6′E附近发现条带状绿色漂浮物——浒苔 (Enteromorpha proliferate) , 之后进行了跟踪监视。监视过程中, 浒苔不断向青岛沿岸飘移并迅速繁殖, 于2008年6月15日登陆青岛, 沿岸海面出现大面积浒苔, 对2008年青岛夏季奥帆赛的正常举办造成严重威胁。为此, 党中央、国务院高度重视, 国家海洋局组织山东省政府、青岛市政府及当地驻军成立了处置青岛奥帆赛海域浒苔海洋自然灾害事件应急指挥部, 实施多手段海上浒苔应急处理工作。在浒苔灾害实时监视、监测工作中, 航空遥感的技术优势得到充分发挥, 对应急指挥部迅速及时掌握最新的浒苔分布与漂移状况起到了重要作用, 保证了奥帆赛的如期举行。
1 加快航空遥感技术应用于海洋环境突发事件应急管理工作刻不容缓
当前, 我国正处于改革和发展关键时期, 从自然、社会和经济的不同角度分析, 海洋环境安全是我们始终要应对的问题。从自然条件看, 我国浅海和滩涂广阔, 沿海湾众多, 在带来优越的自然环境和资源条件的同时, 使我国成为世界上受海洋灾害影响最为严重的国家之一, 这种灾害有来自人为的, 也有来自自然的, 其中海洋环境突发事件的不断增多则是海洋海域利用和开发海洋经济过程中的衍生物。海洋环境突发事件具有分布广, 发生频率高, 影响范围大, 损失严重等特点。从社会经济发展角度来看, 目前海洋在我国国民经济和社会发展中具有重要的战略地位, “十五”期间, 我国海洋产业总产值累计总量达57488.48亿元, 比“九五”期间翻了一番多, 年均增长速度到11.1%, 2009年全国海洋生产总值占国内生产总值的9.53%。伴随着海洋产业总值的不断提高, 各类海洋环境突发事件对我国沿海省市造成的直接经济损失也呈上升的态势。我国沿海地区对全国的经济发展有着举足轻重的地位, 然而沿海的许多区域, 对海洋环境污染的应对能力却是相当脆弱和敏感。海洋环境污染已经成为制约我国海洋经济持续稳定发展的重要因素。另外, 从社会发展的角度分析, 我国目前正进入经济社会发展的关键时期, 既是关键发展期, 又是矛盾凸现期。涉及人民生命财产安全的海洋环境问题如果处理不当, 极易引发新的社会矛盾。同时, 我国海洋环境突发事件应急管理工作基础仍比较薄弱, 体制、机制、法制尚不健全, 预防和处置海洋环境突发事件的能力有待提高。因此, 加强海洋环境突发事件应急管理迫在眉睫。
我国的海洋环境航空遥感监视、监测始于二十世纪八十年代中期, 主要技术力量集中在国家海洋局。海洋环境航空遥感监视、监测经历了从简单到复杂、由目视到传感器、由单一海洋环境要素到多要素综合、从定性识别到定量分析的发展历程。计算机图像处理、GIS、神经网络等技术已经广泛应用到海洋环境应急监视、监测业务工作中, 海洋环境突发事件应急监视、监测能力与技术水平有了较大的发展。海洋航空遥感在海冰、赤潮、溢油等海洋环境应急监视、监测中, 其反应快速、机动性强、覆盖面广以及发现率高、数据信息获取准确、全面等特点, 成为预测、预报、监视海冰、赤潮、溢油等海洋灾害的重要手段, 对可能发生和可以预警的重大海洋灾害做到早发现、早报告、早预警, 为沿海省市主管部门在海洋环境突发事件应急管理的决策提供了有力的保障。
2 航空遥感技术在2008年浒苔灾害中应急管理创新做法及评价
青岛作为第29届奥林匹克运动会帆船比赛的举办地于2008年5月底突然爆发浒苔灾害, 对奥帆赛在青岛的顺利举行造成极大的威胁。中国海监北海航空支队根据国家海洋局的统一部署及山东省和青岛市浒苔前线指挥部的要求, 针对浒苔的特点, 充分发挥航空遥感灵活、机动、空间分辨率高的优势, 在2008年浒苔灾害应急管理中创造了一套行之有效的监视、监测方法, 为数值模拟和漂流预测及山东省、青岛市两级浒苔前线指挥部的科学决策提供了有效的依据, 为打赢2008年浒苔灾害做出了贡献。
在以往的海洋灾害应急管理中, 航空遥感作为一种监视、监测手段采用一种或单独几种机载设备进行应急飞行, 获取数据也各成独立的体系很少进行数据综合, 数据量少, 对海洋环境突发事件应急管理决策提供的支持薄弱。在2008年浒苔灾害中, 首次建立浒苔多源数据信息融合监测体系, 综合利用以机载多光谱扫描仪 (MMAS) 、高光谱成像仪、可见光成像仪、红外成像仪和GPS为主要传感器, 辅助以数码录像机和数码相机等手段对浒苔灾害进行航空遥感监测, 对各种监测手段进行优势互补, 提供可见光、高光谱、红外航空影像图、录像、数码相片、浒苔分布解译图及有关统计数据等监测或解译结果。充分发挥航空遥感设备的获取高精度数据的能力, 以及航空遥感目视解译的手段快速获取数据的能力, 不仅可以获取不同尺度要求的浒苔监视监测数据, 而且可以扬长避短、优势互补, 达到有效监视监测的目的, 为省市两级浒苔前线指挥部在奥帆赛场设置围油栏阻挡浒苔进入奥帆赛场和布置外围渔船打捞提供了快速可靠的决策依据。
3 航空遥感技术应用于海洋环境突发事件监视、监测中存在的不足
通过2008年浒苔事件的应急管理实践, 我们发现我国海洋环境突发事件应急管理仍然存在问题。重大海洋环境突发事件通常是跨地区的, 特别重大突发事件, 往往涉及多个省市, 而且这类突发事件的破坏力大, 受灾程度深, 可恢复性小, 其突发性也很强, 救灾工作的难度大, 受灾范围广, 受灾人数多, 救灾的工作量大, 对海洋环境突发事件应急管理工作机制提出了更高的要求。目前航空遥感在多部门、多技术手段监视、监测海洋环境突发事件应急管理中存在如下不足:
(1) 缺乏统一协调:这是目前我国海洋环境突发事件应急管理体系的主要问题。海洋环境突发事件应急管理工作涉及多部门, 具体包括海洋部门、环保部门、渔业部门、海事部门、边防部门与交通部门等。国家海洋局与直属的三个分局建立了应急管理的各级预案, 但其无权协调其它部门的工作。在2008年浒苔突发海洋环境事件应急管理的参与主体涉及中央和地方政府、军队、国家海洋行政主管部门、交通运输部门、环境保护部门以及社会、公众等各方面, 他们之间的关系纷繁复杂, 包括国务院、山东省委省政府、国家海洋局、青岛奥帆委、青岛市委市政府、山东海事局、国家海洋局北海分局、国家海洋局北海环境监测中心、国家海洋局北海预报中心、北海舰队、青岛警备区、武警青岛支队及青岛市部分企事业单位。这些参与部门隶属于不同的行业和部门, 有时因为隶属关系和权力关系而造成冲突, 航空遥感也因此受到一些不必要的干扰, 对海洋环境突发事件应急监视、监测工作造成不利影响。
(2) 飞行平台和相关设备不足:在2008年浒苔应急监视、监测中, 为及时准确的预报和决策, 对航空遥感数据的需求很大, 有时达到一天5架飞机7个飞行架次的高密度飞行, 所以以目前中国海监北海航空支队3架飞机的规模无法满足海洋环境应急管理的需要, 只能从中国海监其它航空支队紧急抽调飞机进行支援, 而且缺乏飞机与地面实时通信技术支持和后期处理设备不足, 这既不利于海洋环境应急管理快速反应和长期监视、监测的需要, 也影响正常工作的进行。
(3) 后备保障不足:航空遥感采用多技术手段监视、监测给设备维护保障带来了很大挑战。目前航空遥感设备部分是国内生产、部分是从国外进口的, 海洋环境突发事件需要长时间、高密度的监视、监测, 设备长时间连续工作极易发生问题, 但应急监视的需要必须保障设备的应急响应, 保证提供及时、有效的数据, 需要机组人员、地勤人员、空乘人员及有关维护人员在有限的维护时间内保障设备的完好性, 这需要有关人员既要有过硬的技术又要有良好的心理素质和极强的责任心, 但目前中国海监既没有飞行基地和维修中心也没有自己的空勤人员和地勤人员。
4 解决我国航空遥感在海洋环境应急管理中的对策
我国海洋环境应急管理在长期实践中逐步形成了统一领导、分级负责、条块结合和属地管理的体制, 造成目前存在的主要问题:部门分割、条块分治、整合不够、信息不畅、责任不明等。海洋环境突发事件的解决, 涉及多方利益, 仅靠一个部门或各方力量的独立作战, 很难解决, 所以需要各部门、各方力量的通力协作, 以实现协调行动、资源共享。针对海洋环境灾害的特点, 着重加强监视、监测和预测、预警机制的完善, 对可能发生和可以预警的重大海洋环境灾害做到早发现、早报告、早预警、早处置, 建立精简、高效、完善、科学的海洋环境应急监测体系, 航空遥感在海洋环境应急监测体系中有着独有的、不可或缺的作用和优势。借鉴2008年浒苔事件应急管理的实践经验, 对促进我国航空遥感在海洋环境应急管理, 大力加强我国海洋航空遥感提出以下对策:
(1) 我国海洋环境应急管理体系的问题主要是缺乏统一协调, 必须建立全国性的、常设性的海洋环境应急管理机构, 国家海洋局承担着对全国海域进行监管的职能, 根据我国实际情况下并考虑到海洋环境应急管理的现状, 我国海洋环境应急管理工作由国家海洋局负责, 充分发挥国家海洋行政管理机构的职能, 建立健全完善的海洋环境管理体制。国务院常设海洋环境应急管理机构统一指挥, 由国家海洋局负责, 整合各部委的海洋管理职能机构起到中央和地方海洋管理机构之间的协调作用。航空遥感在统一的海洋环境应急管理机构指挥下进行海洋环境应急监视、监测, 既提高工作效率, 又能使处理后的有关数据迅速有效的传递到有关部门, 为海洋环境应急管理科学预测和决策提供保证。
(2) 积极配备适合海洋环境应急监视、监测的设备。这既包括飞机、传感器、处理设备和传输设备等硬件配备, 也包括各种数据处理流程和算法等软件。在硬件方面:在每个海区配备5架飞机, 包括一架续航力12小时以上的大型固定翼飞机、两架续航力6小时左右的中型固定翼飞机、一架续航力6小时以上的大型直升飞机和一架续航力3小时左右的中型直升飞机保证应急监视、监测以及日常工作的开展;传感器应积极配备国内外成熟的合成孔径雷达和微波辐射计设备保证应对各种海洋突发环境事件的监视、监测;处理设备配备高性能处理系统和大容量数据存储系统保障快速准确的处理数据并安全的存储;传输设备采用卫星通信、数据链、光纤网络和微波通信等设备保证飞机与地面数据处理中心, 飞机与海洋环境应急指挥中心, 地面数据处理中心与海洋环境应急指挥中心的双向大容量数据传输。在软件方面:每种海洋环境突发事件因其有各自不同的特点需要不同的数据处理流程和算法, 这需要预先针对不同海洋环境突发事件特征, 研究出不同的数据处理流程和算法, 以保证在处理各种海洋环境应急监视、监测的迅速高效。