說到無人機，人們可能(néng)并不陌生，經(jīng)常在電視或者網絡上看到歐美等發(fā)達國(guó)家運用無人機執行軍事(shì)偵察、監視、通信、反潛、電子幹擾等任務，在地震救災、考古、水利、農業、電力等民用方面(miàn)也能(néng)看到無人機所發(fā)揮的巨大作用。然而，人們可能(néng)并不一定知道(dào)，其實在海洋領域，無人機也正發(fā)揮著(zhe)無可替代的作用。
高空拍照能(néng)手
走進(jìn)國(guó)家海洋局第三海洋研究所(以下簡稱海洋三所)海洋聲學(xué)與遙感實驗室，一個白色半球四周伸出4個帶有機翼支架的設備引起(qǐ)了記者的注意，它就(jiù)是四旋翼無人機。據科研人員介紹，這(zhè)個外形有點像蜘蛛的四旋翼無人機是高空拍照能(néng)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(miàn)的地理測繪、海洋遙感等方面(miàn)的現狀信息。它不僅可以到達地面(miàn)調查人員無法到達的地方，而且可在較短時(shí)間内完成(chéng)調查工作，大大節省了人力物力，提高了調查效率。
海洋三所海洋聲學(xué)與遙感實驗室主任楊燕明博士給記者講述了開(kāi)展無人機運用的一段曆史。2009年，正當我國(guó)全面(miàn)開(kāi)展“908專項”調查之際，陸續有地面(miàn)調查人員找到海洋三所聲學(xué)與遙感實驗室，希望能(néng)提供時(shí)效性好(hǎo)而且清晰度高的遙感影像數據，并且最好(hǎo)有高潮位、低潮位等特殊時(shí)段的遙感影像數據，以滿足相關調查研究工作的需要。這(zhè)可給實驗室出了一個很大的難題，因爲衛星繞地球周期性飛行，所拍攝的影像數據都(dōu)是固定時(shí)段的，即便特定時(shí)段衛星剛好(hǎo)飛行到預定區域上空，由于受雲層遮蓋等多種(zhǒng)天氣因素影響，所獲取的影像數據也不一定能(néng)滿足海島海岸帶調查需求。
楊燕明博士從事(shì)海洋遙感科研工作多年，對(duì)遙感領域的新技術一直持續關注。他敏銳地意識到，既然衛星遙感不能(néng)滿足需要，何不嘗試應用新型無人機拍攝海島海岸帶現狀影像呢。他認爲随著(zhe)空間技術的進(jìn)步，無人機的操控性和安全性已大大提高，完全可以將(jiāng)其運用到海洋領域。無人機能(néng)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(miàn)調查人員的特定要求獲取滿意的影像數據成(chéng)爲可能(néng)。
開(kāi)發(fā)圖像後(hòu)處理軟件
然而，無人機運用在海島海岸帶方面(miàn)的調查研究畢竟是新課題，沒(méi)有足夠的成(chéng)功經(jīng)驗可以借鑒，而且缺少相應的技術規程，最初的運用并不順利。
選用哪種(zhǒng)類型的無人機作爲遙測平台，就(jiù)是他們遇到的第一個難題。其實早在20世紀90年代，無人機就(jiù)被(bèi)試圖運用到海洋領域，但由于當時(shí)的無人機采用固定翼模式，其操控性較低、安全性較差以及缺乏相應鏈路支持等，曾造成(chéng)較嚴重的安全隐患，無人機在海洋領域方面(miàn)的運用一直停滞不前。随著(zhe)空間科技的進(jìn)步，無人機也有了很大發(fā)展，形成(chéng)了固定翼無人機、傳統無人直升機、無人飛艇、四旋翼無人機等多種(zhǒng)類型，而每一種(zhǒng)又各有優缺點。經(jīng)過(guò)慎重比較，海洋三所聲學(xué)與遙感實驗室最終選擇四旋翼無人機作爲遙測平台。
四旋翼無人機依靠電力驅動，抗風能(néng)力強，對(duì)起(qǐ)降場地要求低，安全性好(hǎo)，即使出現故障，也不會(huì)對(duì)人員和财産造成(chéng)傷害。與其他類型的無人機相比，同等條件下，四旋翼無人機機動性好(hǎo)，操作簡便，能(néng)在1000米高度以内懸停或飛行，可廣泛運用于海島海岸帶調查、海域使用監測以及災害應急監測等領域。
從國(guó)外買來了四旋翼無人機，卻不能(néng)立即投入使用。因爲國(guó)外廠商隻提供無人機飛行器系統，而缺乏相應的影像後(hòu)處理軟件加以支持，這(zhè)等于一台電腦沒(méi)有安裝相應的程序一樣(yàng)，根本無法實現用戶的遙測目的。比如如何實現對(duì)無人機所拍攝的海量照片進(jìn)行無縫拼接，從航拍影像走向(xiàng)遙感目标，最後(hòu)獲取包含大量地理信息的測繪數據。同時(shí)，要求獲取的測繪數據不僅要有經(jīng)緯度，而且在高程方向(xiàng)也要有相應的信息，這(zhè)都(dōu)是楊燕明和他的同事(shì)們需要解決的一個個難題。
爲把無人機運用起(qǐ)來，科研人員隻能(néng)自己開(kāi)發(fā)相應的圖像後(hòu)處理軟件，結合已有的計算機處理技術和海洋領域的工作特點，一點一點地摸索，邊開(kāi)發(fā)邊實踐，逐步建立起(qǐ)四旋翼無人機航空遙測後(hòu)處理平台。經(jīng)過(guò)科研團隊一年多的探索實踐，他們成(chéng)功攻克了鏡頭畸變校正、姿态正射校正、勻色勻光、薄雲去除、影像配準及鑲嵌等技術難題，自動化程序處理可讓400多張原始圖像處理在幾小時(shí)内完成(chéng)，完全滿足海洋災害應急監測的需求。在三維數字高程模型反演和三維實景數據處理方面(miàn)，實現空間分辨率高達2厘米、數字高程精度在7厘米以内，目前處于國(guó)内領先水平。
海島調查效率高
2009年底，科研人員們把無人機運用于廈門白兔嶼海島調查首獲成(chéng)功，獲取了第一張海島無人機遙測影像圖，也成(chéng)爲第一家將(jiāng)無人機用于“908專項”調查資料獲取的單位。
第一次獲得成(chéng)功以後(hòu)，無人機在海島調查領域的優勢逐漸被(bèi)海洋三所科研人員認識和挖掘出來。由于有些海島(特别是無居民海島)位置偏遠，并且海上風大，登島調查條件非常差，無法讓調查人員獲得一張全景的海島影像。四旋翼無人機可以在船舶上直接起(qǐ)降，無需滑行跑道(dào)，從而到達調查人員無法到達的地方，并從空中充分獲取海島地理測繪，植被(bèi)覆蓋，海島、海岸帶滑坡、崩塌，岸灘侵蝕程度等詳細現狀信息，評估出地質災害程度，爲後(hòu)續生态修複治理提供準确可靠的定量數據。無人機的調查效率也高于人員登島調查，它可在較短時(shí)間内完成(chéng)調查工作，省去大量人力物力。
由于四旋翼無人機具有機動性強、成(chéng)本低、效率高等優點，楊燕明和他的同事(shì)們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，使四旋翼無人機遙感技術實現業務化運行。隻要有工作需要，就(jiù)可以立即配合開(kāi)展無人機遙測作業，及時(shí)提供分辨率高、信息量大、地理位置坐标準确的遙感影像資料。爲此，國(guó)内很多合作單位也慕名而來，紛紛邀請楊燕明帶領的科研團隊把該項技術運用到他們承擔的項目中。今年4月，應國(guó)家海洋局東海分局預報中心的請求，海洋三所遙感實驗室派出技術人員開(kāi)展上海崇明島岸灘侵蝕監測，快速、高效地獲取了相關地質災害監測地理信息數據，爲我國(guó)典型海島地質災害監測與預警示範研究公益性專項工作的開(kāi)展提供了強有力的遙感影像數據支撐。
開(kāi)展數百架次飛行作業
近年來，科研人員先後(hòu)將(jiāng)四旋翼無人機遙感技術成(chéng)功運用到十多個項目的地理信息獲取工作中，從大連長(cháng)興島，河北打網崗、北戴河，煙台長(cháng)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(dōu)留下了海洋三所無人機團隊工作的足迹。他們開(kāi)展了數百架次的飛行作業，獲取的原始圖像就(jiù)有1萬多張，數據量高達40吉字節。這(zhè)些優良的影像數據大大促進(jìn)了相關方面(miàn)的調查研究工作順利開(kāi)展。
在海洋三所地質實驗室承擔的廈門觀音山沙灘修複工程中，四旋翼無人機遙感技術就(jiù)發(fā)揮了重要作用。在沙灘修複工程實施前，科研人員通過(guò)無人機遙測爲工程量計算提供高分辨率的遙感影像數據。沙灘修複以後(hòu)，又通過(guò)無人機遙測評估沙灘修複效果，針對(duì)發(fā)現的問題及時(shí)調整修複方案，保證達到理想的修複效果。
廈門下潭尾濱海濕地生态公園建設過(guò)程中，通過(guò)無人機從空中對(duì)人工種(zhǒng)植的紅樹林存活率進(jìn)行遙測評估，實現了對(duì)人較難到達的灘塗區域進(jìn)行監測，這(zhè)不僅提高了評估的準确率和效率，而且還(hái)大大減少了人力物力投入，爲後(hòu)期科學(xué)合理地補種(zhǒng)紅樹植物提供了重要的科學(xué)依據。
目前，海洋三所海洋聲學(xué)與遙感實驗室已成(chéng)功將(jiāng)無人機運用于海島、海岸帶的生态修複，地質災害監測，警戒潮位核定，區域用海等多個領域。今年，海洋三所將(jiāng)無人機示範應用于海岸帶巡查和海島行政執法上。今後(hòu)，實驗室還(hái)準備將(jiāng)綠、紅、近紅外三波段遙感相機，熱紅外遙感相機和高光譜遙感相機陸續集成(chéng)于無人機載荷平台上，以實現紅樹林、互花米草等生态環境參數遙感，電廠熱擴散監測，近海水質監測等，進(jìn)一步拓展無人機在海島、海岸帶上的業務化應用，爲海洋業務化監測、海洋環境管理決策提供重要依據。