近年來，搭載照相設(shè)備等任務(wù)載荷、由飛手遙控或利用飛控系統(tǒng)自主控制飛行的無人機平臺，在測繪、減災(zāi)應(yīng)急等遙感應(yīng)用領(lǐng)域日益發(fā)揮重要作用，成為遙感家族的新成員。無人機因其小巧機動、低空飛行、時空分辨率高、載荷配置多樣靈活等特點，被稱為遙感家族的“小精靈”。但，這個“小精靈”卻有大用處！

　　1 百年研發(fā)史，應(yīng)用如火如荼

　　無人機，通常引用的英文名稱為Unmanned Aerial Vehicle（UAV）。一般是指由動力驅(qū)動、不搭載操作人員的一種空中飛行器，采用空氣動力為飛行器提供所需的升力，能夠自主或遙控飛行，既能一次性使用也能進(jìn)行回收，能夠攜帶殺傷性或非殺傷性任務(wù)載荷，如拍照、撒播藥物、播放聲音等。

　　無人機不是一個新鮮事物，其發(fā)展已歷經(jīng)百年。1917年，英國皇家航空研究院初步將空氣動力學(xué)、輕型發(fā)動機和無線電三者結(jié)合起來，研制出了世界上第一架無人駕駛飛機。同年12月，美國發(fā)明家埃爾默·斯佩使用自己發(fā)明的陀螺儀和美國西部電氣公司開發(fā)的無線電控制系統(tǒng)完成了“空中魚雷”的首飛。一開始，無人機主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著現(xiàn)代電子、精密機械、導(dǎo)航定位和遙感器等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機在民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，并形成產(chǎn)業(yè)。

　　無人機可以按使用功能、氣動布局、動力類型、大小重量、飛行速度、活動半徑、飛行高度等方法進(jìn)行分類。

　　按使用功能劃分，無人機可分為軍用無人機、民用無人機和消費無人機。軍用無人機又可分為偵察無人機、電子對抗無人機、通信中繼無人機、攻擊無人機及無人靶機等類型；民用無人機可分為各種用途的巡查、監(jiān)視、測繪和探測無人機以及農(nóng)用無人機等；消費無人機主要用于個人航拍、游戲等休閑用途。

　　按氣動布局劃分，無人機可分為固定翼類無人機、旋翼類無人機、撲翼無人機和復(fù)合式布局等類型。固定翼類無人機飛行時靠動力裝置產(chǎn)生前進(jìn)的推力或者拉力，產(chǎn)生升力的主翼面相對于機身固定不變，主要有常規(guī)布局、鴨式布局、無尾或飛翼布局、三翼面等形式；旋翼類無人機產(chǎn)生升力的旋翼槳葉在飛行時相對于機身是旋轉(zhuǎn)運動的，又可分為無人直升機、多旋翼無人機和無人旋翼機，前兩種形式的無人機旋翼由動力裝置直接驅(qū)動，可垂直起降和懸停，無人旋翼機的旋翼則是無動力驅(qū)動；撲翼類無人機靠機翼像小鳥的翅膀一樣上下?lián)鋭觼慝@取升力和動力，適合于小型和微型的無人機；復(fù)合式布局無人機由基本類型組合而成，主要包括傾轉(zhuǎn)旋翼無人機和旋翼/固定翼無人機等。

　　按照動力類型，無人機主要分為油動力無人機和電動力無人機兩種，近幾年也有以太陽能和氫燃料電池作為核心動力的無人機不斷被研發(fā)出來。

　　按大小重量劃分，無人機可分為微型無人機、輕小型無人機、小型無人機、中型無人機和大型無人機。微型無人機重量一般小于1千克，尺寸在15厘米以內(nèi)。輕小型無人機重量一般在1～7千克之間，小型重量一般在1～200千克之間，中型無人機重量一般在200～500千克。

　　現(xiàn)在，無人機也成了很多小朋友、大朋友的玩具“新寵”——消費級無人機一般采用成本較低的多旋翼平臺，主要用于航拍、游戲等休閑用途。國內(nèi)消費級無人機市場的爆發(fā)在2012年左右。在此之前，無人機主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，消費級市場主要是一些航模愛好者、發(fā)燒友等。目前，我國無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)“井噴”態(tài)勢，除航空、航天相關(guān)的科研機構(gòu)和高校外，眾多民營企業(yè)紛紛加入研發(fā)行列中，民用無人機的研發(fā)和應(yīng)用可謂如火如荼，我國無人機在消費娛樂等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)走在世界前列。

　　2 遙感新平臺，盡顯獨特優(yōu)勢

　　發(fā)展迅速的無人機目前已成為一種新興的遙感平臺，在搭載各種遙感器后，被廣泛應(yīng)用于國土航測、農(nóng)林植保、大氣探測、災(zāi)害救援、國防安全等領(lǐng)域。

　　無人機遙感具備超高分辨率、高頻次獲取能力，可以與衛(wèi)星遙感形成能力互補。相比于有人機遙感，又具有較高的性價比和機動性。無人機遙感具備的實時觀測能力，是目前衛(wèi)星遙感觀測平臺很難實現(xiàn)的。

　　衛(wèi)星遙感可以提供亞米級別的影像，但是分辨率越高，衛(wèi)星重訪周期越大。無人機影像可以很容易地提供厘米甚至更高分辨率的地面信息，且不存在高空間分辨率和時間分辨率的矛盾，在低成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了空間和時間的辯證統(tǒng)一?？梢哉f，無人機遙感的出現(xiàn)及快速發(fā)展，使遙感科學(xué)研究從宏觀向微觀前進(jìn)了一大步。相較于衛(wèi)星平臺的高成本和集中管理，無人機平臺讓遙感數(shù)據(jù)獲取進(jìn)入大眾化時代，真正實現(xiàn)to C （使用者）的遙感應(yīng)用。

　　由于無人機遙感的獨特優(yōu)勢，過去很多基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用效果不佳或者無法實現(xiàn)的領(lǐng)域，目前都可以利用無人機遙感手段很好地實施。例如，利用無人機高光譜遙感可以進(jìn)行地表物種分類和識別，通過無人機高光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)并識別外來物種入侵等，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。又如，無人機遙感為極端環(huán)境采樣和數(shù)據(jù)獲取提供了便利條件，為很多研究提供了第一手的數(shù)據(jù)，助力多個新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。2010年以來，美國國家航空航天局使用高空長航時無人機“全球鷹”（GlobalHawk）對大西洋5個颶風(fēng)的路徑監(jiān)測取得成功后，協(xié)助構(gòu)建了臺風(fēng)精細(xì)結(jié)構(gòu)體系。2017年，多國研究團隊曾利用安裝相機和其他傳感器的無人機來拍攝危地馬拉火地島火山的噴發(fā)畫面，測量相關(guān)數(shù)據(jù)，并對動態(tài)過程進(jìn)行建模。

　　特別值得一說的是，無人機遙感在災(zāi)害遙感監(jiān)測中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在近些年的重大自然災(zāi)害應(yīng)急事件中，都能看到無人機的身影：2008年汶川地震災(zāi)后救援中，無人機遙感技術(shù)投入使用；之后的重大自然災(zāi)害，如四川茂縣滑坡、大連泄油事件、天津港重大?；繁ㄊ鹿实葢?yīng)急救災(zāi)中，無人機都發(fā)揮了重要作用。

　　在行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，油氣、輸電、光伏電場基礎(chǔ)設(shè)施的無人機巡檢已實現(xiàn)常態(tài)化。在一些政府部門，無人機正被逐步納入業(yè)務(wù)體系，如環(huán)保部門利用無人機開展河流排污口排查整治。高頻次、迅捷響應(yīng)的無人機平臺和厘米級的無人機圖像，有力支持了環(huán)保相關(guān)業(yè)務(wù)部門常規(guī)作業(yè)的日常化運行。

　　3 “遙感＋”應(yīng)用，拓展服務(wù)領(lǐng)域

　　由于方便靈活，大眾參與度高，無人機創(chuàng)新活躍度也很高，發(fā)展迅猛。無人機遙感和其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的深度結(jié)合，呈現(xiàn)出大量拓展性的應(yīng)用，被稱為無人機的“遙感＋”應(yīng)用。例如，在“遙感＋數(shù)據(jù)”的實時傳輸方面，無人機遙感對軍事、應(yīng)急減災(zāi)救援等非常重要，許多國土安全監(jiān)測與災(zāi)害救援行動依靠無人機遙感與實時傳輸提供及時信息以進(jìn)行決策。

　　在“遙感＋即時定位與地圖構(gòu)建技術(shù)（SLAM）”方面，無人機與SLAM的結(jié)合使得無人機的導(dǎo)航和避障得到增強，在無人機智能化數(shù)據(jù)獲取與自主飛行上具有重要應(yīng)用前景。

　　在“遙感＋決策和執(zhí)行技術(shù)”方面，實現(xiàn)“無人機遙感＋識別＋任務(wù)規(guī)劃＋執(zhí)行任務(wù)”一體化完成。例如，無人機遙感可以實現(xiàn)田野農(nóng)情遙感監(jiān)測，形成病蟲害處方圖，規(guī)劃合理航線，執(zhí)行精準(zhǔn)農(nóng)藥噴灑，將靜態(tài)遙感觀測與實時決策和執(zhí)行融為一體。

　　在“遙感＋低空航路規(guī)劃”方面，當(dāng)前無人機多樣化應(yīng)用需求主要在低空，“低、慢、小”無人機絕大部分集中在低于500米的近地面空域，而這個空域地表變化多樣、情況復(fù)雜，飛行安全和效率問題突出，故低空航路特別是城鎮(zhèn)化地區(qū)無人機低空公共航路，需要精細(xì)化規(guī)劃。通過傳統(tǒng)統(tǒng)計渠道獲取數(shù)據(jù)效率低下，而利用城鎮(zhèn)地區(qū)高清高動態(tài)無人機遙感數(shù)據(jù)服務(wù)低空航路規(guī)劃構(gòu)建成為研究前沿，我國在這方面已率先開展積極探索。

　　在“遙感＋區(qū)域組網(wǎng)”方面，盡管無人機遙感能力很強、空間分辨率高，但覆蓋區(qū)域小，難以滿足大區(qū)域應(yīng)用對無人機遙感的需求，必須通過無人機組網(wǎng)遙感的方式發(fā)揮聚合作用。比如，通過一定的組織模式和技術(shù)體系，把全國分布式的無人機遙感資源規(guī)劃部署起來，構(gòu)建大區(qū)域、高頻次、迅捷響應(yīng)的厘米分辨率及遙感監(jiān)測體系，從而完成大面積的測量任務(wù)。

　　總的說來，無人機的應(yīng)用與發(fā)展已經(jīng)形成了全領(lǐng)域應(yīng)用的態(tài)勢，在應(yīng)用需求的強力牽引和新技術(shù)發(fā)展的有力支持下，無人機的發(fā)展未來可期。

　　　?。ㄗ髡撸盒?青，系中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員）