基于遥感技术微小型无人机信息处理的关键技术探讨

摘要：微小型无人机结合遥感技术获取关键信息具備成本低、能力强、成效快、数据反馈准等显著优点，因此被广泛应用在各领域中，成为关键信息采集的重要手段，随着科技的进步和发展，微小型无人机融合通讯、遥感等技术也被作为科研难题进行研究与攻克。本文首先对微小型无人机的技术发展等进行概述，然后分析微小型无人机在信息获取与通讯方面的发展现状、最后论述目前微小型无人机在信息处理与解析方面关键技术的研究现状，以期推动微小型无人机在更多领域的应用。

关键词：微小型无人机;遥感信息;关键技术

近年来，随着科学技术的发展，遥感、地理信息系统、全球卫星定位系统、通信等技术也获得长足进步，随之“微小型无人机+遥感”、“微小型无人机+通信”等技术的融合也逐渐应用在各领域，因此微小型无人机也成为各领域重要信息获取的手段，例如微小型无人机的出现填补了航天遥感和地面遥感之间的空白。因此，通过微小型无人机结合遥感技术获取关键信息，具有重要的现实意义和研究价值。

1.微小型无人机技术概述

微小型无人机目前主要分为两类：1.固定翼飞机，2.旋翼直升飞机。相比固定翼飞机，旋翼直升飞机不仅具备固定翼飞机的优点，而且还具备垂直起降、定点悬停、中慢速巡航等优点。因此，在获取关键信息的运用中，旋翼直升飞机成为人们的首要选择[1]。其结构形式如图1所示。

随着微小型无人机的关键技术、科研难题被攻克，微小型无人机逐渐被运用在更多的领域。首先在动力方面，微小型无人机需要搭载遥感设备，重量的增加会导致无人机动能不足，因此，需要为微小型无人机加装动力性能更强且自重更轻的发动机。其次在飞行控制方面，微小型无人机重量较轻，因而会受到诸如大风、降雨等自然天气的影响，从而导致飞行过程非常不稳定，因此，需要在无人机上安装飞行控制系统解决此类问题，借助飞控系统，操作人员只需在地面站发出命令，无人机就能接收信息从而保持设定的航线飞行。最后在通信系统方面，早期微小型无人机是运用微波进行通信，因此通信过程只能保持在操作人员的视距之内。现阶段，则是通过增强微小型无人机的通信系统，实现微小型无人机的跨距飞行。

2.微小型无人机遥感信息关键技术的获取与传输

2.1遥感信息获取系统

遥感信息获取系统主要依托微小型无人机为基础，然后通过机身搭载的高分辨率遥感传感器对周围的环境进行感知和监控，其传输过程如图2所示。

现阶段，微小型无人机使用的遥感传感器种类较多，除较常使用的数码相机外，还有多光谱相机、侧视雷达、红外扫描仪等设备。由于微小型无人机的负重有限，因此只有数码相机和多光谱相机能够得到广泛应用。国内外，微小型无人机的机型种类以及遥感传感器设备选择较多，因此确保微小型无人机飞行的稳定性和安全性为首要任务。唯有确保上述两点，微小型无人机的遥感信息技术才能得到有效发挥[2]。在国外，Saari等为微小型无人机设计了一种基于假彩色成像仪和高光谱图像的多光谱图像系统，其相机的波长被扩充到500至900nm，而且分辨率依然能保持在7至11nm。其中，这套系统最重要的特点在于它的重量仅有400g，非常符合微小型无人机进行搭载。Merino等设计了一款具备红外、可见光、火灾探测器等多重功能的微小型无人机遥感系统。除上述基础功能外，在这套系统中还拥有目标定位、图像处理等功能，能够帮助微小型无人机通过遥感信息快速、准确获取关键技术。Suzuki等开发出了一款由GPS、惯性传感器、光谱图像传感器组成的遥感系统。这套遥感系统能够对光谱图像进行放大，进而清晰捕捉地面的植被指数。Suzuki曾在日本多地对这套遥感系统进行试验，试验结果表明搭载该系统的微小型无人机，能够真正应用于地面植被的研究当中。在国内，微小型无人机的研究和应用范围也在不断扩大。赵鹏等将微小型无人机上常用的CCD相机更改为CMOS图像传感器，CMOS图像传感器重量约为20g，功耗为2W，其特有的数据压缩和图像增强功能，不仅能够减轻微小型无人机的重量负担，还能有效获取关键技术。黄克明等设计了一种小型实时多源图像融合系统，这种系统能够在可见光、紫外线。红外线等多种模式中来回切换，从而满足了多种条件下关键技术的获取。

2.2遥感信息获取与传输技术

对于微小型无人机而言，通过遥感技术获取信息后，还要通过数字或模拟方式进行数据实时传输。因此遥感信息的获取与传输，将成为研究的重点。在国外，Grasmeyer等通过研究美国的“黑寡妇”微小型无人机的图像传输系统，决定采用调频的方式研制出一款发射器，该发射器的发射频率为2.4GHz，有效传输距离为1.5km，重量仅有1.4g，根据试验最终传输回来的图像清晰度显示，这种发射器能够传输清晰的照片。Kinkaid等为微小型无人机遥感信息传输技术，提供了一种图像无线传输系统，该系统的摄像头重量为3.3g，发射器重量为1.6g，发射频率2.4GHz，功耗50MW，这套系统的作用是当微小型无人机飞行不稳定时，能够保证图像传输的稳定性。在国内，鲁恒等设计出了一种基于微小型无人机的空中控制子系统，当微小型无人机飞行时，空中控制子系统能够对无人机的航向、相机等进行预设，进而确保关键技术在传输过程中得到保存。高珍等提出用5/3提升小波改良图像压缩技术，以解决图像传输过程中的不稳定性。辛哲奎等设计出了一套基于李雅普诺夫稳定性理论的跟踪控制算法，借助这套算法，每当微小型无人机在飞行过程时，其系统中搭载的算法将根据无人机的飞行姿态调整摄像头的方位，从而使关键数据始终保持在摄像头范围内。冯震等基于Visaul C++6.0开发出了一款微小型无人机地面控制系统，基于此系统，操作者借助地面控制系统，能够执行调整微小型无人机的飞行轨迹、飞行方向、接收航拍图像等功能，借此克服了无人机的飞行视距。当前阶段，无论是国外还是国内的研究，都主要以遥感信息装置、系统的设计为主，这种情况极大限制了遥感信息技术的发展。而且，随着无线传输技术的发展，对于微小型无人机遥感信息技术提出新的要求。

3.微小型无人机遥感信息关键技术的處理与解析

3.1遥感信息预处理技术

微小型无人机的作用是可以进入人类难以到达的地域，收集和探索信息，因此综合权衡负载和灵巧性方面，需要牺牲部分无人机的负载能力，提升其安全性和灵巧型，因此部分精度较高的图像拍摄等系统将难以搭载，这也为遥感图像匹配与拼接，以及遥感图像的校正带来困难，遥感数据获取原理如图3所示。

在遥感图像的匹配与拼接方面，由于当下的微小型无人机在图像精度以及覆盖范围极其有限，因此需要采取匹配和拼接的方法加以完善。陈信华通过将SIFT影响匹配算法应用于遥感信息的影像定向中，并借助最小二乘法使影像能够自动匹配传输图像，根据试验数据证明，这种方法不仅稳定，而且能够快速对关键技术进行传输。王玉宏等借助图像匹配以及全景图拼接的方式，对Nikon D2X、Rollei P45、Kodak Pro SLR三款数码相机的低空遥感影像进行预处理，进而得出这种方法能够很好地对图像进行拼接。宫阿都等借助SIFT、最小二乘法等方法，使微小型无人机中的地面控制点能够和影像实现快速拼接。王斌则基于局部灰度匹配，为微小型无人机设计了一种拼接算法，这种算法主要以微小型无人机传输回来的飞行数据为基础，对所储存和拍摄的图像进行预处理，进而缩小关键技术的获取范围，通过这种算法，不仅能够降低图像的处理量，还能使每一张照片和微小型无人机飞过该地域的时间基本保持一致，由此实现了无人机的实时图像拍摄和处理功能[3]。而在遥感图像的校正方面，由于微小型无人机的飞行轨迹时常飘忽不定，进而导致所传输的图像也无规律可循，并存在严重的几何畸变。

基于此，为了有效改善上述问题，可以通过共线方程法和多项式法。其中，共线方程法对于地形精度要求较大，难以在地形复杂的地域使用。而多项式法主要用于动态传感器的影像校正，能够很好地处理摄像头的几何畸变，因此多项式法较常运用于遥感图像的校正中。徐豪等认为，在为遥感图像进行校正时，应该采用差分GPS获取地面控制坐标点，然后将所得坐标点输入GIS中形成点状遥感图像，最后再采用多项式法分析遥感图像的点、线、面，从而获得校正之后的图像，根据试验结果表明，经过点、线、面三次纠正后，所得平均精度分别为92.43%、93.18%以及96.75%，由此可见，此方式能够较为精准地对关键技术进行获取。李炎根据微小型无人机的飞行高度、方位角、GPS参数等数据，设计出了一套不需要基于地面控制坐标点的图像校正模型，该模型通过Matlab软件的测算，确定其符合微小型无人机遥感信息的实时处理要求。

3.2遥感信息解析技术

遥感信息解析主要由信息识别、特征值提取、相关性分析、反演建模等几个方面组成，同时遥感信息解析也是实现关键信息获取的重要环节。当前阶段，用于遥感信息解析的软件包括MultiSpec、IDRISI、PCI、SUPERMAP等，我国也有许多基于遥感信息解析的相关研究[4]。朱航通过使用ERDAS软件，并结合最小二乘法提取了遥感多光谱的特征波段，同时朱航还将纵向叠加线性融合法与神经网络非线性融合法相结合，建立了相关的遥感信息模型。张园通过使用ArcMap软件，对微小型无人机的遥感功能模块进行编辑，从而准确得到关键技术。张银辉基于SAM设计出了一种人工交互修正法，通过修正法，能够快速提取微小型无人机遥感图像中的信息特征值，并在信息提取后，修正法中预先设置的比较法能对关键技术展开检测和分析。王斌基于均值转移，设计了一种能够自动对目标区域进行提取的算法，该算法能够对各种复杂地形实现快速勘定，然后对边界信息进行提取。根据试验结果证明，该算法具有较强的准确性。

综上所述，针对微小型无人机遥感信息解析的研究，研究者能够借助软件，对遥感信息解析进行算法编程或则模型搭建，从而使关键信息的获取更具全面性、准确性。

结语

通过上述研究可知，随着科技的发展，微小型无人机在各个领域得到广泛应用。微小型无人机借助遥感信息技术，能够为人们获取关键信息提供保障。基于此，为了进一步提升微小型无人机通过遥感技术获取关键信息的能力，需要政府、社会、相关学者通力合作，推动微小型无人机获得可持续发展。

参考文献

[1]张建学.微小型无人机遥感系统设计研究[J].信息与电脑（理论版），2019（04）：82-83.

[2]刘倩，梁志海，范慧芳.浅谈无人机遥感的发展及其行业应用[J].测绘与空间地理信息，2016，39（06）：167-169.

[3]任航.基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术研究[J].北京测绘，2016（06）：53-55.

[4]吕国策.基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术探讨[J].南方农机，2018，49（20）：107+126.

作者简介：刘林影（1974年11月），性别：女，民族：汉，湖南常德人，学历：本科，职称：副教授，单位：惠州城市职业学院，单位邮编：516000，研究方向：电子信息、无人机技术、智能制造。