說(shuō)到無(wú)人機(jī)，人們可能并不陌生，經(jīng)常在電視或者網(wǎng)絡(luò)上看到歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家運(yùn)用無(wú)人機(jī)執(zhí)行軍事偵察、監(jiān)視、通信、反潛、電子干擾等任務(wù)，在地震救災(zāi)、考古、水利、農(nóng)業(yè)、電力等民用方面也能看到無(wú)人機(jī)所發(fā)揮的巨大作用。

　　高空拍照能手

　　走進(jìn)國(guó)家海洋局第三海洋研究所(以下簡(jiǎn)稱海洋三所)海洋聲學(xué)與遙感實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)白色半球四周伸出4個(gè)帶有機(jī)翼支架的設(shè)備引起了記者的注意，它就是四旋翼無(wú)人機(jī)。據(jù)科研人員介紹，這個(gè)外形有點(diǎn)像蜘蛛的四旋翼無(wú)人機(jī)是高空拍照能手，它可在1000米以下的任意高度懸停和飛行，并從空中對(duì)海島、海岸帶等進(jìn)行立體“掃描”，幫助科研人員獲取全面的地理測(cè)繪、海洋遙感等方面的現(xiàn)狀信息。它不僅可以到達(dá)地面調(diào)查人員無(wú)法到達(dá)的地方，而且可在較短時(shí)間內(nèi)完成調(diào)查工作，大大節(jié)省了人力物力，提高了調(diào)查效率。

　　海洋三所海洋聲學(xué)與遙感實(shí)驗(yàn)室主任楊燕明博士給記者講述了開展無(wú)人機(jī)運(yùn)用的一段歷史。2009年，正當(dāng)我國(guó)全面開展“908專項(xiàng)”調(diào)查之際，陸續(xù)有地面調(diào)查人員找到海洋三所聲學(xué)與遙感實(shí)驗(yàn)室，希望能提供時(shí)效性好而且清晰度高的遙感影像數(shù)據(jù)，并且最好有高潮位、低潮位等特殊時(shí)段的遙感影像數(shù)據(jù)，以滿足相關(guān)調(diào)查研究工作的需要。這可給實(shí)驗(yàn)室出了一個(gè)很大的難題，因?yàn)樾l(wèi)星繞地球周期性飛行，所拍攝的影像數(shù)據(jù)都是固定時(shí)段的，即便特定時(shí)段衛(wèi)星剛好飛行到預(yù)定區(qū)域上空，由于受云層遮蓋等多種天氣因素影響，所獲取的影像數(shù)據(jù)也不一定能滿足海島海岸帶調(diào)查需求。

　　楊燕明博士從事海洋遙感科研工作多年，對(duì)遙感領(lǐng)域的新技術(shù)一直持續(xù)關(guān)注。他敏銳地意識(shí)到，既然衛(wèi)星遙感不能滿足需要，何不嘗試應(yīng)用新型無(wú)人機(jī)拍攝海島海岸帶現(xiàn)狀影像呢。他認(rèn)為隨著空間技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)的操控性和安全性已大大提高，完全可以將其運(yùn)用到海洋領(lǐng)域。無(wú)人機(jī)能夠低空飛行，突破了時(shí)間、空間、天氣，甚至空管等因素的限制，按照地面調(diào)查人員的特定要求獲取滿意的影像數(shù)據(jù)成為可能。

　　開發(fā)圖像后處理軟件

　　然而，無(wú)人機(jī)運(yùn)用在海島海岸帶方面的調(diào)查研究畢竟是新課題，沒有足夠的成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，而且缺少相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，最初的運(yùn)用并不順利。

　　選用哪種類型的無(wú)人機(jī)作為遙測(cè)平臺(tái)，就是他們遇到的第一個(gè)難題。其實(shí)早在20世紀(jì)90年代，無(wú)人機(jī)就被試圖運(yùn)用到海洋領(lǐng)域，但由于當(dāng)時(shí)的無(wú)人機(jī)采用固定翼模式，其操控性較低、安全性較差以及缺乏相應(yīng)鏈路支持等，曾造成較嚴(yán)重的安全隱患，無(wú)人機(jī)在海洋領(lǐng)域方面的運(yùn)用一直停滯不前。隨著空間科技的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)也有了很大發(fā)展，形成了固定翼無(wú)人機(jī)、傳統(tǒng)無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人飛艇、四旋翼無(wú)人機(jī)等多種類型，而每一種又各有優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)慎重比較，海洋三所聲學(xué)與遙感實(shí)驗(yàn)室最終選擇四旋翼無(wú)人機(jī)作為遙測(cè)平臺(tái)。

[page]　　四旋翼無(wú)人機(jī)依靠電力驅(qū)動(dòng)，抗風(fēng)能力強(qiáng)，對(duì)起降場(chǎng)地要求低，安全性好，即使出現(xiàn)故障，也不會(huì)對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成傷害。與其他類型的無(wú)人機(jī)相比，同等條件下，四旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)性好，操作簡(jiǎn)便，能在1000米高度以內(nèi)懸?；蝻w行，可廣泛運(yùn)用于海島海岸帶調(diào)查、海域使用監(jiān)測(cè)以及災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

　　從國(guó)外買來(lái)了四旋翼無(wú)人機(jī)，卻不能立即投入使用。因?yàn)閲?guó)外廠商只提供無(wú)人機(jī)飛行器系統(tǒng)，而缺乏相應(yīng)的影像后處理軟件加以支持，這等于一臺(tái)電腦沒有安裝相應(yīng)的程序一樣，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)用戶的遙測(cè)目的。比如如何實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)所拍攝的海量照片進(jìn)行無(wú)縫拼接，從航拍影像走向遙感目標(biāo)，最后獲取包含大量地理信息的測(cè)繪數(shù)據(jù)。同時(shí)，要求獲取的測(cè)繪數(shù)據(jù)不僅要有經(jīng)緯度，而且在高程方向也要有相應(yīng)的信息，這都是楊燕明和他的同事們需要解決的一個(gè)個(gè)難題。

　　為把無(wú)人機(jī)運(yùn)用起來(lái)，科研人員只能自己開發(fā)相應(yīng)的圖像后處理軟件，結(jié)合已有的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和海洋領(lǐng)域的工作特點(diǎn)，一點(diǎn)一點(diǎn)地摸索，邊開發(fā)邊實(shí)踐，逐步建立起四旋翼無(wú)人機(jī)航空遙測(cè)后處理平臺(tái)。經(jīng)過(guò)科研團(tuán)隊(duì)一年多的探索實(shí)踐，他們成功攻克了鏡頭畸變校正、姿態(tài)正射校正、勻色勻光、薄云去除、影像配準(zhǔn)及鑲嵌等技術(shù)難題，自動(dòng)化程序處理可讓400多張?jiān)紙D像處理在幾小時(shí)內(nèi)完成，完全滿足海洋災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)的需求。在三維數(shù)字高程模型反演和三維實(shí)景數(shù)據(jù)處理方面，實(shí)現(xiàn)空間分辨率高達(dá)2厘米、數(shù)字高程精度在7厘米以內(nèi)，目前處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

　　海島調(diào)查效率高

　　2009年底，科研人員們把無(wú)人機(jī)運(yùn)用于廈門白兔嶼海島調(diào)查首獲成功，獲取了第一張海島無(wú)人機(jī)遙測(cè)影像圖，也成為第一家將無(wú)人機(jī)用于“908專項(xiàng)”調(diào)查資料獲取的單位。

　　第一次獲得成功以后，無(wú)人機(jī)在海島調(diào)查領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)逐漸被海洋三所科研人員認(rèn)識(shí)和挖掘出來(lái)。由于有些海島(特別是無(wú)居民海島)位置偏遠(yuǎn)，并且海上風(fēng)大，登島調(diào)查條件非常差，無(wú)法讓調(diào)查人員獲得一張全景的海島影像。四旋翼無(wú)人機(jī)可以在船舶上直接起降，無(wú)需滑行跑道，從而到達(dá)調(diào)查人員無(wú)法到達(dá)的地方，并從空中充分獲取海島地理測(cè)繪，植被覆蓋，海島、海岸帶滑坡、崩塌，岸灘侵蝕程度等詳細(xì)現(xiàn)狀信息，評(píng)估出地質(zhì)災(zāi)害程度，為后續(xù)生態(tài)修復(fù)治理提供準(zhǔn)確可靠的定量數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)的調(diào)查效率也高于人員登島調(diào)查，它可在較短時(shí)間內(nèi)完成調(diào)查工作，省去大量人力物力。

　　由于四旋翼無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，楊燕明和他的同事們進(jìn)一步開發(fā)，使四旋翼無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行。只要有工作需要，就可以立即配合開展無(wú)人機(jī)遙測(cè)作業(yè)，及時(shí)提供分辨率高、信息量大、地理位置坐標(biāo)準(zhǔn)確的遙感影像資料。為此，國(guó)內(nèi)很多合作單位也慕名而來(lái)，紛紛邀請(qǐng)楊燕明帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)把該項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到他們承擔(dān)的項(xiàng)目中。今年4月，應(yīng)國(guó)家海洋局東海分局預(yù)報(bào)中心的請(qǐng)求，海洋三所遙感實(shí)驗(yàn)室派出技術(shù)人員開展上海崇明島岸灘侵蝕監(jiān)測(cè)，快速、高效地獲取了相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)地理信息數(shù)據(jù)，為我國(guó)典型海島地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警示范研究公益性專項(xiàng)工作的開展提供了強(qiáng)有力的遙感影像數(shù)據(jù)支撐。

　　開展數(shù)百架次飛行作業(yè)

　　近年來(lái)，科研人員先后將四旋翼無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)成功運(yùn)用到十多個(gè)項(xiàng)目的地理信息獲取工作中，從大連長(zhǎng)興島，河北打網(wǎng)崗、北戴河，煙臺(tái)長(zhǎng)山島，到上海崇明島，三亞鹿回頭，湛江東海島，福建城洲島，漳州海洋三所科技興海基地，都留下了海洋三所無(wú)人機(jī)團(tuán)隊(duì)工作的足跡。他們開展了數(shù)百架次的飛行作業(yè)，獲取的原始圖像就有1萬(wàn)多張，數(shù)據(jù)量高達(dá)40吉字節(jié)。這些優(yōu)良的影像數(shù)據(jù)大大促進(jìn)了相關(guān)方面的調(diào)查研究工作順利開展。

　　在海洋三所地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的廈門觀音山沙灘修復(fù)工程中，四旋翼無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)就發(fā)揮了重要作用。在沙灘修復(fù)工程實(shí)施前，科研人員通過(guò)無(wú)人機(jī)遙測(cè)為工程量計(jì)算提供高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)。沙灘修復(fù)以后，又通過(guò)無(wú)人機(jī)遙測(cè)評(píng)估沙灘修復(fù)效果，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)調(diào)整修復(fù)方案，保證達(dá)到理想的修復(fù)效果。

　　廈門下潭尾濱海濕地生態(tài)公園建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)無(wú)人機(jī)從空中對(duì)人工種植的紅樹林存活率進(jìn)行遙測(cè)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人較難到達(dá)的灘涂區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這不僅提高了評(píng)估的準(zhǔn)確率和效率，而且還大大減少了人力物力投入，為后期科學(xué)合理地補(bǔ)種紅樹植物提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

　　目前，海洋三所海洋聲學(xué)與遙感實(shí)驗(yàn)室已成功將無(wú)人機(jī)運(yùn)用于海島、海岸帶的生態(tài)修復(fù)，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，警戒潮位核定，區(qū)域用海等多個(gè)領(lǐng)域。今年，海洋三所將無(wú)人機(jī)示范應(yīng)用于海岸帶巡查和海島行政執(zhí)法上。今后，實(shí)驗(yàn)室還準(zhǔn)備將綠、紅、近紅外三波段遙感相機(jī)，熱紅外遙感相機(jī)和高光譜遙感相機(jī)陸續(xù)集成于無(wú)人機(jī)載荷平臺(tái)上，以實(shí)現(xiàn)紅樹林、互花米草等生態(tài)環(huán)境參數(shù)遙感，電廠熱擴(kuò)散監(jiān)測(cè)，近海水質(zhì)監(jiān)測(cè)等，進(jìn)一步拓展無(wú)人機(jī)在海島、海岸帶上的業(yè)務(wù)化應(yīng)用，為海洋業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)、海洋環(huán)境管理決策提供重要依據(jù)。(龍鄒霞)