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无人机技术应用

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随着无人机的迅速发展,无人机行业应用越来越丰富,如何实现无人机行业内高效的运营一直是我们关注的重点。当今无人机具有的优势很多,例如:携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、自主飞行,极力推动了无人机发展;同时无人机行业应用也有很多缺点,例如:旋翼无人机飞行时间短、载荷重量低、飞行稳定度低、应变能力差以及数据精度低等也阻碍了其发展。

现阶段无人机制作发展迅速,但无人机行业应用服务还处在初步阶段,因此我们公司主要是针对无人机行业运营所展开服务。通过打造无人机运营团队,来提供无人机实地飞行、实时数据处理和后续数据处理等功能,从而推动无人机在行业的应用。

现阶段无人机的技术服务包括:目标跟踪、图像拼接、电力巡线、海岛监测、海岸线巡查、灾后监测以及河流汛期监测等。 

1、无人机视频图像目标跟踪服务

应用背景:

无人机视觉跟踪技术是无人机监测的重要手段,是众多应用的基础,视觉技术实现定位目标跟踪,环境监测,以及指导无人机自主飞行等。对于海洋舰船目标跟踪、电力巡线故障目标锁定、防汛重点区域进行监视以及无人机侦察、监控服务等都是必不可少的。

 技术特点:

1)根据不同的兴趣目标,选择需要跟踪的目标,然后对其进行跟踪,获取其实时的动态。

2)依据机器学习算法实现多目标的自动识别与跟踪技术,实现真正意义上的目标检测跟踪,根据对目标的感兴趣程度,选择性跟踪目标,提高跟踪目标的价值。

飞行实例:通过实地飞行,对无人机拍摄的1080P视频图像进行实时处理,选定跟踪目标进行跟踪,跟踪效果好,见下图 

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2、海岸线巡查服务

应用背景:

随着人类对海域活动的加强,人为垃圾、人为填海等对海域资源造成了严重破坏,为了有效地巡查海岸线,加强海岸线监管力度,及时发现并制止破坏海域资源、非法用海等行为,实时的海岸线监测是十分必要的。

技术特点:

1)高清图传,实时监测;

2)多角度拍摄,可是全方位监测海岸线状况;

3)飞行高度要求高。

飞行实例:

下图无人机可以清晰的观测到该海岸的环境状态,能够实现海岸线的实时监测。 

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3、海岛监测服务

    应用背景:

卫星拍摄由于距离过远图像精度无法得到满足。遥感技术以其精度高、更灵活、低成本等优势在海岛自然资源开发、环境监测等方面的应用已趋常态化。通过无人机监测海岛环境能够充分获取海岛实时状态,有助于海岛管理和开发。

技术特点:

1)高清图传,实时监测;

2)多角度拍摄,可是全方位监测海岛状况;

飞行实例:

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4、灾后监测

行业背景:

林业是全国生态建设的主体,在保持经济和社会发展中有着不可或缺的作用,在生物的进化过程中起着巨大的作用。我国拥有森林面积1.75亿公顷,森林蓄积量为124.56亿立方米,森林覆盖率为18.21%,既是森林资源大国,又是森林火灾多发国家。国家林业局防火办提供的资料表明,1950年-2007年,我国平均每年发生森林火灾22566次,年均受害森林面积近97.75万公顷。为扑救林火耗费了大量人力、物力和财力, 森林火灾对森林资源和生态环境的破坏所造成的损失难以估量。

发展优势:

无人机中低空监测系统具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点,具有对地快速实时巡察监测能力,是一种新型的中低空实时可见光成像和红外成像快速获取系统能客观直白地记录灾情现状,有利于快速制定科学合理的救灾计划。在对车、人无法到达地带的资源环境监测、森林火灾监测及救援指挥等方面具有其独特的优势。另外还能实时监督救灾进程,监视突发状况。

飞行实例:

下图是实际飞行的灾害监测图像,能够清晰的获得灾害范围情况等。

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5、防汛抗旱监测

    行业背景:

无人机在日常防汛检查和遇到洪水险情时,可克服交通等不利因素, 快速赶到出险空域, 根据机上所载装备, 实时传递影像等信息, 监视险情发展, 为防洪决策提供准确的信息, 同时最大限度地规避了风险。由于无人机的使用, 防汛抢险中的人身安全得到进一步的保障。为了保障政府和其他应急力量在洪涝灾害或旱情来临的时候,可以快速、及时、准确地收集到应急信息,通过多种方式进行高效地沟通、为领导提供科学的辅助决策信息。

面临问题:

经过数年的信息化建设,防汛信息采集传输系统已经形成。太空中有卫星专用转发器传递水情信息,地面上有移动通讯车、防汛无线专网、国家公网等信息采集传输手段。但是,在天空中使用航空器材开展防汛信息采集却是空白。以移动通讯车为例,它可以将采集到的信息实时发送到卫星上转发到防汛指挥中心,但它的图像采集却是用人工的办法,要人冒着生命危险去现场用摄像机拍摄采集,而一些人去不了的地方, 移动通讯车也就没办法了。通讯车虽然有一定的越野能力,但它下不了公路, 作用有限, 无法为后方的决策会商系统提供更多的信息支持。

发展优势:

1)方便、快捷无须经过专业培训,即可操作,可做到自动滑跑起飞、点哪飞哪、就地盘旋、视频切换、实时调高、飞行召唤。

2) 远视距飞行,可到灾害时人员无法到达的区域;高清晰图像传输,可清晰的看到受灾区域的情况。

3) 配合卫星通信系统将高清晰图像传输到指挥中心。针对小范围区域的监控使用便携式小型无人机,完成监控内容飞回后,"即可一键式回收"。

飞行实例: 

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6、电力巡线

行业背景:

我国目前已形成华北、东北、华东、华中、西北和南方电网共6个跨省区电网;110 kV以上输电线路已达到近51.4万km。根据相关数据表明,我国每年电力行业整体投资约为1000亿元,其中硬件设施为73%,说明输电设备在国家电网建设上比重越来越大,随着电网的日益扩大,巡线的工作量也日益加大,100km的巡线工作需要20个巡线人员工作一天才能完成。因此传统的巡线方式已经满足不了现代电力系统的广泛需求。

发展意义:

采用无人机在日常巡检工作中做好对输电线路的巡视和维护工作,具有非常重要的意义。1)有利于电力部门制定有针对性的维护措施,加大线路运维工作力度,确保重要输电线路安全运行;2) 有利于加大强降雨后重点区段的特巡力度,增加大负荷运行下设备检测次数;3)有利于定期对线路通道内树木、违章建筑等情况进行重点排查、清理,确保输电通道安全。

面临问题:

1.      输电设备面临严重的自然灾害

解决方案:首先: 无人机可利用固定翼快速做出应急反应,固定翼适用于自然灾害预警巡查飞行和事故应急飞行;其次:通过大范围飞行快速巡查,第一时间掌握事故隐患点。最后:通过航拍测绘掌握地面受灾程度,地面工作站根据实时航拍监控数据立即通知输电管理所以及抢修队伍展开抢修维护事宜

2.      夜间输电设备出现故障

解决方案:无人机通过挂接热成像设备,对巡检线路进行巡检,通过温度异常变化对比值,发现隐蔽性较强故障点,结合传统可见光巡线,热成像巡线将大大提高故障点 检测的准确性。无人机搭载热成像设备夜间巡检输电设备判断依据:导线(有无红色发热点)、线夹(有无接触点发热)、引流线(有无发热点)、绝缘子(有无击穿发热)、杆塔(有无击穿发热)、耐张管(有无发热)

飞行实例:

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7、无人机视频图像拼接

    应用背景:

无人机拍摄的图像分辨率高,获取飞行区域全景图像,获取全局的拼接图像使得我们能够获取高分辨率的图像。

无人机视频图像局部区域拼接:

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发展意义:

无人机视频图像局部区域拼接能够实时的获取无人机飞行区域的整合图像,能够充分了解当前飞行区域的飞行概况,对于指导无人机飞行有着很大帮助。同时无人机局部区域拼接能够指导无人机后续的整体图像拼接。

无人机图像拼接:

 

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面临问题:

    1)图像数据量大,消耗时间大

采用高性能计算机以及分布式处理和并行处理等方法提高图像处理速度。 

8、无人机倾斜摄影与建模技术

倾斜摄影优势:倾斜摄影测量技术以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景,通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性,为真实效果和测绘级精度提供保证。同时有效提升模型的生产效率,大大降低了三维模型数据采集的经济代价和时间代价。目前,国内外已广泛开展倾斜摄影测量技术的应用,倾斜摄影建模数据也逐渐成为智慧城市空间数据框架的重要内容。

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具体解决方案:任务确定→选择任务载荷→将目标情况、特征点和界限拍摄并且保存→数据管理中心进行数据后期处理→设定飞行路线、飞行高度、拍摄距离、降落地点→最终获得可以使用的地理信息图。

飞行实例:

 

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