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关于无人机和GIS你最应该知道的五件事

2014-10-11 19:48| 发布者: 大鹏vic| 查看: 2836| 评论: 0

无人机现今已经成为企业和媒体集中关注的对象。特约作者Bill McNeill利用这篇文章来向读者介绍无人机的基本情况并分析了其在未来巨大的市场潜力。  和以前传统意义上的“无人机”不同,现在的无人机更加准确的被形 ...

无人机现今已经成为企业和媒体集中关注的对象。特约作者Bill McNeill利用这篇文章来向读者介绍无人机的基本情况并分析了其在未来巨大的市场潜力。

  和以前传统意义上的“无人机”不同,现在的无人机更加准确的被形容为无人驾驶的飞行器(UAVs),它的特点是能利用收集到的数据解决应用问题。

  无人机的种类繁多,无论是从大小还是价格方面。从诺斯洛普的全球鹰无人机(2亿美元,续航能力32小时)到通过小型发电机发动的通电飞机(40美元,由智能手机的蓝牙操控)。作者在文中重点介绍了“产销合一”的无人机和收集远程遥感信息的小型飞机,这类飞机的价格一般都在5000美元以下,能为GIS应用提供数据。

  1. 技术

  过去的15年里,技术的融合创造出了无线电控制飞机, 从这种飞机演变到无人驾驶飞机花了十多年的时间。显然,无人机能独立飞行是因为获取GPS信号,而之前要控制无线电控制飞机,飞行员需要和飞机建立视觉联系。如果飞行不在视线范围内,就无法控制飞机,由于这种缺陷导致飞行范围只能在几百码之内。在无人机上增加GPS接收器,可以使飞行员自由控制飞机而不用看到整条飞行路径。

  在这之后,WiFi技术被应用在无人机上面,即第一人称主视角(FPV)。无人机上装有WiFi摄像机,例如GoPro相机和DJI,Parrot公司的集成相机,智能手机或者平板电脑上就会出现实时的飞行数据流,也就是说,即使飞机不在你的视线里,当它自主飞行的时候你还是能看到它“看到”的东西。这样操作人员就可以升高或者延长飞行路线,甚至可以建立下一段飞行目的地。

  2. 无人机的组成

  多机翼无人机一般都由这些部件组成:飞行器、固定架、负载或者是装在固定架上的小设备。没有这些部件是不能称作无人机的。

  固定架是衔接飞行器和装载物的,也起到固定的作用,它在很大程度上可以减轻震动,避免画面的“果冻效果”。图1是DJI公司生产的无人机,配备了ZenmuseH3-D3的平衡架和GoPro摄像机,还有支架和摄像机的图片。

  下面是3D Robotics的固定翼无人机和Lehmann Aviation的LA100摄像机。固定翼飞机在飞行过程中很稳定所以不需要固定架。

关于无人机和GIS你最应该知道的五件事

图1

  需要提到的是,虽然现在利用无人机收集数据已经稀松平常,但真正实现数据收集功能的却是无人机上搭载的各种有效载荷。只要安装应用程序,红外摄像机、高精度气压计、多光谱扫描仪、激光雷达或是高光谱传感器等均可以收集数据。

  无人机收集到的数据大多是需要处理的,各个开发商都有自己的数据处理软件,提供精准校正,影像镶嵌和地形提取等。由于软件也是无人机的一部分,因此很多业内人士呼吁应该将无人机(UAV)更名为无人机系统(UAS)。

  3. 无人机的应用

  无人机并非产生了新的GIS应用,但它相比于现有的数据获取方法来说,成本更低,因此可以迅速扩大现有的GIS应用市场。换句话说,同样是在林区上方低空飞行收集数据,无人机会比传统的飞行员驾驶飞机在很大程度上节约成本。

  有一部分行业可以用无人机替代:遥感、空气监测、石油天然气探测、输电线路监测、测量、电影制作、精准农业、地形提取、正射影像镶嵌、数字影像分析和3D地形图像分析。

  图2是Skycatch网站上的一些图,是用无人机来收集数据的案例。

关于无人机和GIS你最应该知道的五件事

  图2a 实时正射影像监测地图

关于无人机和GIS你最应该知道的五件事

  图2b 制作3D拓扑图/地形图

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  图2c 植被监测(NDVI)

关于无人机和GIS你最应该知道的五件事

  图2d 提取地形

关于无人机和GIS你最应该知道的五件事

  图2e 3D Robotics公司的3DR无人机获取的三维图像

4. 市场

  国际无人机系统协会(AUVSI)预测,如果相关法规颁布,无人机产业将极大促进美国经济,至少达到136亿美元,同时,未来三年将有7万个相关岗位虚位以待。另外,AUVSI还预测到2025年无人机将创造超过820亿美元的经济效益。

  据2014年5月11日的《华尔街日报》报道,3D Robotics每个月售出2000台自动驾驶仪(无人机)给无人机制造商或爱好者。

  以下是一些已经获得风险投资的美国企业(数据来自CrunchBase):

  Airware-4040万美元

  3D Robotics-3500万美元

  Skycatch-1970万美元

  Crescent无人机系统-25万美元

  以下是一些已经获得融资的美国企业(数据来自Kickstarter):

  Flexbot-50万美元(4670名出资人)

  Airdroids-92.9212万美元保证资金

  PowerUp-123万美元

  5. 面临的困难

  美国无人机产业面对的一个迫在眉睫的问题就是政府法规,更准确的说是“没有法规”。加拿大、澳大利亚、日本和许多欧洲国家的无人机都已经得到管理,也就是说这些国家的无人机管理组织对无人机的飞行地点,目的和时间都了然于胸。

  美国国家空管系统(NAS)由联邦航空管理局(FAA)管辖。在私人和商用飞机的管理规定中已经指出,非盈利性的无人驾驶飞行可以免税。尽管无人机也属于无人驾驶,但近年来FAA的管理范围越来越宽,FAA曾发出过警告甚至提起诉讼,还试图对商用飞机驾驶员处以一万美元的罚款。

  据2014年7月21日的《华尔街日报》报道:“尽管FAA禁止无人机飞行,近日在迪凯特市举办的贸易集会上,有1000多名农场主前去参观。中西部新闻调查中心发回报道称,无人机在农作物管理方面能起到识别病虫害的作用。但是对农场主们来说有一个坏消息,就是目前最先进的无人机还不能在美国投入使用,因为FAA有可能对无人机生产商提起诉讼。

  今年年底一些相关法规即将出台,剩余框架结构将在2015年补充完整。在法规正式实施之前,美国无人机产业可能都处于一个停滞模式。

  除了管理的问题,还有技术上的挑战。多机翼无人机飞行续航能力较差,多数只能飞行25-30分钟。固定翼飞机有较长的续航能力,但一般都需要弹射器或跑道。

  另一个让人头疼的问题就是基础建设,无人机可以自主收集数据但大多情况下还是需要操作人员监视飞行并操控起飞和降落,对固定翼飞机来说更是如此。那么,即使法规建立起来,续航问题也能得到解决,却没有足够符合要求的驾驶员来操控飞机。

  备注:自主飞行

  无人机收集数据成本高,操作熟练度要求高,如果把它变的很容易操作那就再好不过了。试想一下,那些想将无人机应用到农作物管理的农场主们,肯定不愿意花时间和精力学习怎样操控飞机、怎样看那些复杂的空中数字图像、怎样使用植被监测(NDVI)软件,或许还要咨询第三方农作物顾问。自主飞行解决了其中大部分问题,因为它让收集数据的过程自动化了。

  图3a和3b是Lehmann Aviation公司提供的图像,图中向我们展示了只需要在一个网页地图上点击几下即可设置无人机的飞行路线和数据收集点。一旦飞行结束,就可以定期自动获取数据。操作者要做的只是更换电池和下载数据,也就是说,整个过程并不需要由专业人员操作。

关于无人机和GIS你最应该知道的五件事

  图3a 飞行路线-无人机自主飞行

关于无人机和GIS你最应该知道的五件事

  图3b 无人机飞行路线和数据收集点示例

  小结

  综上所述,以上要说明的并不是无人机可以开拓新市场而是它将会成为一项爆炸性技术,它将极大地扩张现有市场。高品质的无人机,确切的说是无人机上携带的高价且先进的设备是数据收集,数据应用或是数据应用收集的关键。等到FAA颁布法规、自主飞行真正发挥作用的时候,我们就能看到无人机在数据收集和GIS应用上的快速发展。

  这种突破不仅会对现有的GIS数据收集手段产生影响,也会给连带产业带来变化。高价摄像机,传感器销售商和图像处理软件生产商都需要降低产品价格,同时也会有新的竞争者进入市场。

文章来源:http://www.directionsmag.com/articles/top-five-things-you-need-to-know-about-drones-and-gis/414810


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