地理信息技术应用下的无人机云端管理系统发展

日益增长的无人机飞行需求与有限的低空空域之间的矛盾愈发激烈,世界各国都在推进无人机管控政策和技术手段研究,即便在最自由的美国G类非管制空域,管理当局也在制定更为严格的无人机管控措施。无人机云端管理系统作为一种新型的数字化监管手段,其系统建设框架和技术路线得到了国内外学者和监管部门的广泛关注与研究。地理信息技术作为云端管理系统的应用技术之一,具体体现在以下几方面:利用全球导航卫星系统(GNSS)实现无人机精准空间定位;通过遥感技术(RS)获取影响无人机飞行安全的地理约束要素信息;基于地理信息系统(GIS)对低空地理空间数据进行组织管理以及构建低空虚拟地理环境等。论文结合团队在无人机低空应用上的研究进展,指出地理信息技术可以在云端管理和航路规划方面为无人机运行管理提供解决方案。     

地理学研究与无人机应用相互借力发展——“地理科学进展与无人机应用”专辑序言

无人机是高新技术领域技术含量高、多学科融合度密集、技术更新换代迅速和应用普及度高的典型代表.当代地理学的发展借助无人机的应用得到很大拓展,在自然地理过程的空间视角拓展与全景动态展现、高清对地遥感数据应用、农林植保辅助作业、旅游资源利用与开发,以及低空空域资源开发与低空航路网规划等方面显得尤为突出.     

地理信息产业五大重点领域发展将提速

<正>国务院办公厅近日发布《关于促进地理信息产业发展的意见》,提出推动地理信息产业五大重点领域快速发展。具体包括:提升遥感数据获取和处理能力;振兴地理信息装备制造;提高地理信息软件研发、产业化水平;发展地理信息与导航定位融合服务;促进地理信息深层次应用。提升遥感数据获取和处理能力发展测绘应用卫星、高中空航摄飞机、低空无人机、地面遥感等遥感系统,加快建设航空航天对地观测数据获取设施,形成光学、雷达、激光等遥感数据获取体系,显著提     

无人机低空飞行障碍物环境风险评估方法研究——以京津新城为例

无人机应用日益广泛,但随着城市环境建设的不断推进,无人机在城市中安全运行的问题也日益突出,因此无人机低空障碍物环境风险评估成为无人机领域研究的关键问题之一。论文按照不同类型无人机及运行高度将低空空域划分为微型、轻型和小型无人机风险评估区域,在充分考虑无人机自身形状大小、运动约束以及障碍物约束等条件的基础上,提出一种近似点扩张算法,基于障碍物原始边界生成扩张边界,并将其作为低空飞行环境中高风险与低风险之间的风险过渡区。以京津新城为例,分别提取不同风险评估区内的障碍物要素,并基于风险评估技术生成面向微型、轻型和小型无人机多高度层的低空飞行障碍物环境风险地图,按其对无人机威胁程度分为高风险区、高风险过渡区、中风险区和低风险区。实验结果表明:研究区内微型、轻型、小型无人机风险评估区内的风险过渡区分别占10.9%、7.3%、9.0%,该方法可以在考虑无人机与障碍物相互影响的基础上,计算飞行区域内无人机潜在碰撞风险区域,实现对低空障碍物环境风险的科学有效评估,为不同机型的无人机在飞行区域内的可航行性提供科学参考。     

京津冀地区无人机航路气象因子高分辨率模拟分析

京津冀地区低空环境复杂多变,低空飞行安全受到雷暴、风切变、能见度、温度和湿度等气象因子的影响,准确地模拟和预报无人机低空航路上的气象要素是一个难题。基于中尺度天气预报模式(WRF)及其先进的三维变分同化系统(3D-Var),论文以2016年华北“7·20”特大暴雨作为研究案例,对京津冀地区无人机低空航路上的温度场、湿度场和风场进行资料同化与数值模拟,对比地面观测资料和数值模拟结果,分析其结构及特征,以期为京津冀地区无人机航路飞行安全保障提供参考。结果表明：WRF模式能够较好地模拟出该地区近地面温度、湿度和风速的日变化趋势。平原站点(天津和密云)模拟值与观测值的均方根误差(RMSE)和偏差(Bias)较小,风速在山区的模拟值偏大,平原地区的模拟效果优于北部和西部山区。强降水发生时,平原地区和山区的温度相差15 ℃左右,相对湿度达95%以上,边界层高度低于500 m,强烈的温差、较高的湿度和较低的边界层都会影响无人机的飞行安全。900 hPa高空,沿117°E经线在河北省廊坊—衡水一线出现超过10 m·s^-1的风速值,形成强劲的东北风,区域北部(39°N~40.5°N)出现了明显的上升气流,1000 m高度处垂直风速也超过2 m·s^-1。强烈的上升气流极不利于无人机的飞行,会对无人机飞行姿态和飞行高度产生重大影响,造成安全隐患。     

面向无人机应用的低空空域资源研究探讨

相对于无人机技术及其应用的快速发展,承载无人机作业的低空空域资源的相关研究却相对滞后。本文从地理学的视角,对面向无人机应用的低空空域资源研究的相关关键问题进行了阐述。首先,从理论层面对低空空域的自然属性、社会属性和经济属性进行了界定,在国家自然资源开发利用体系中应加大关注;其次,分析了低空空域资源无人机应用的现状,对制约面向无人机应用的低空空域资源自然、社会两大方面的限制因素进行了归类分析,指出地理学的介入将加快其开发利用进程;最后,构建了由3大类9小类指标构成的低空空域资源量测度指标,提出了“资源非冲突、安全保障、效益优先、兼顾公平”的低空空域资源量测度4大基本原则,并由此形成了以国土范围（S）、真高（H）和时间（t）为基本三要素的低空空域资源量测度方法理论模型框架。从地理学的角度对低空空域资源研究进行的探索和思考,将在一定程度上促进地理学和航空学的交叉融合。     

轻小型无人机遥感及其行业应用进展

无人机是低空领域准确、灵活、高效获取多种类型高分辨率遥感数据的重要载体,无人机遥感技术在行业应用创新和管理部门科学决策之间构筑起信息沟通的关键桥梁。随着科技的进步、大数据时代的来临,无人机遥感系统的硬件设备、信息提取方法都取得了飞速的发展;同时其在国民经济主要行业领域的应用也面临着前所未有的机遇和挑战。论文首先介绍了无人机遥感系统的硬件研发进展,并指出轻小型、高精度、标准化与集成化是未来无人机遥感系统发展的总体趋势。其次,详细介绍了目前轻小型无人机遥感应用在农业、林草业、电力、测绘、大气探测和地质灾害等行业的应用现状,指出实现无人机多源遥感数据获取、融合、分析和提取的综合平台是未来轻小型无人机在民用领域行业应用创新的关键所在。最后,针对载荷与飞行平台的一体化集成应用、无人机组网作业、海量数据管理和信息自动化提取等发展趋势提出了几点思考。轻小型无人机遥感在国民经济各行业应用的普及化和标准化,将有助于国家和区域社会经济的健康发展。     

无人机遥感组网冗余容错的研究

针对无人机在遥感遥测领域组网过程中存在的随机故障,进而导致无人机在任务执行过程中任一约束的及时响应缺失,将会影响任务总体结果或导致整个任务部分及完全失败的问题,论文提出无人机遥感组网冗余容错方法。该方法采用领航—跟随的无人机编队飞行模式,多台组网无人机稳定可靠完成指定的飞行任务,验证了冗余容错方法,解决了无人机遥感组网冗余容错技术中的有和无的问题。     

内蒙古启用无人机低空航摄系统强化国土资源管理

日前,由国土资源部首批配备给内蒙古自治区土地调查规划院的无人机,在鄂尔多斯市科研基地顺利升空和降落,并航摄发回土地利用基础数据和图像资料,试飞取得圆满成功. 据了解,执行本次试飞任务的zc-5型无人机机长2.1米、翼展2.6米,可以抵抗五级左右大风,飞行范围一般在2000平方公里以内.机上还搭载卫星定位系统、相机和存储系统等,用于捕捉和存储地面信息.承担国家土地利用重点实验室职能的内蒙古土地调查规划院,将运用该项无人机新技术在内蒙古自治区土地变更调查、规划、土地整治、国土资源执法监察、数字城市、科研基地技术应用、地理研究等领域发挥重要作用,并通过与现有土地利用监管技术手段的有机结合,进一步丰富和完善内蒙古国土资源动态管理系统,提升自治区国土资源部门服务保障水平.     

基于两种无人机航拍影像的林窗和林冠提取分析

森林冠层和林窗的结构及其时空变化是理解森林生态系统格局、动态变化过程的重要基础。在当前生物多样性监测倍受关注的契机下，如何以合适的手段准确描述林窗面积、分布等特征，并与森林固定样地监测数据有效地结合，更好地回答群落构建的理论问题，使森林群落物种多样性维持机制得到更全面的认识，是目前亟待解决的问题。以鼎湖山南亚热带常绿阔叶林20 hm2固定监测样地为研究对象，基于不同遥感影像提取方法对其林窗和林冠表层数据进行提取分析。结果表明：基于监督分类的提取方法适合RGB波段航片林窗的提取，在林窗分类中，应首先确定林窗高度、边界木与最小面积，不同分类方法差异主要表现在林冠分类中，林窗分类生产者精度和用户精度表现都较为一致。无人机航拍识别率受地形因素影响较大，在地形复杂林地应按坡度分区域进行飞行以降低误差。相对于地面调查，MD4-1000无人机航片的林窗识别率为98.7%；大疆Phantom4无人机航片的林窗识别率为72.3%，影像后期处理数据量小，同样适用于森林林窗定量研究，符合生态学、林业等从业人员对大型样地林窗长期监测的要求。无人机航拍南亚热带森林物种识别难度较大，基于MD4-1000无人机搭载的高分辨率相机，在地势平缓区域优选的4 hm2样地中可识别林冠表层物种数17种，共2 706个个体。搭载高分辨率无人机在降低飞行高度的基础上可进行部分物种识别。应用无人机近地面遥感对森林固定样地进行林冠监测，可为后期群落构建研究提供数据基础，有望从新的研究角度探讨森林群落物种多样性维持机制。     

Small unmanned aerial vehicles for aeromagnetic surveys and their flights in the South Shetland Islands,Antarctica

We developed small computer-controlled unmanned aerial vehicles (UAVs, Ant-Plane) using parts and technology designed for model airplanes. These UAVs have a maximum flight range of 300–500 km. We planned aeromagnetic and aerial photographic surveys using the UAVs around Bransfield Basin, Antarctica, beginning from King George Island. However, we were unable to complete these flights due to unsuitable weather conditions and flight restrictions. Successful flights were subsequently conducted from Livingston Island to Deception Island in December 2011. This flight covered 302.4 km in 3:07:08, providing aeromagnetic and aerial photographic data from an altitude of 780 m over an area of 9 × 18 km around the northern region of Deception Island. The resulting magnetic anomaly map of Deception Island displayed higher resolution than the marine anomaly maps published already. The flight to South Bay in Livingston Island successfully captured aerial photographs that could be used for assessment of glacial and sea-ice conditions. It is unclear whether the cost-effectiveness of the airborne survey by UAV is superior to that of manned flight. Nonetheless, Ant-Plane 6-3 proved to be highly cost-effective for the Deception Island flight, considering the long downtime of the airplane in the Antarctic storm zone.     

京广空中廊道系统延误弹性测算与航空流运行结构分析

文章构建了一个多层次系统延误弹性测算框架,应用京广空中廊道24 h全部848架次航班实际航迹点数据,测算了单个航班延误偏差、系统延误累积量和系统延误弹性系数,分析了其与航空流运行结构的关系。结果表明：1）该空中廊道航班飞行过程中以延误产生为主且在低流量时段表现出延误吸收能力;沿线枢纽机场起飞航班延误均值普遍高于抵达航班,随枢纽机场等级提高和承载流量增加出现更高的航班延误均值和峰值振幅;以延误偏差>15 min标准统计,各汇流航线的延误概率和均值都高于沿线枢纽机场间直航航线,在该空中廊道贡献了正延误。2）整体呈现出中心航迹延误累积–外围航迹延误恢复的动态过程,大密度流量汇聚成为延误叠加累积的主要原因;3）系统延误弹性具有空间异质性,随机场节点间流量分散程度增加而显著提高,多样性可选路径引发积极的延误吸收而使其具有较强的延误恢复能力。4）航空流运行结构对空中廊道系统延误弹性的影响是通过中心航迹–外围航迹和航迹簇流量汇聚2个关键要素实现的,延误恢复是1个多路径选择的过程,航线重构策略优于固定航线策略。     

基于多类型无人机数据的红树林遥感分类对比

使用固定翼无人机、消费级旋翼无人机和专业级旋翼无人机获取广东珠海淇澳岛红树林保护区多类型无人机遥感影像，使用基于面向对象分类的K-最近邻与随机森林分类器对研究区影像进行红树林树种精细分类和对比分析，并探讨了不同类型无人机平台在红树林资源调查应用中的优缺点。结果表明：1）固定翼无人机、消费级旋翼无人机和专业级旋翼无人机数据使用K-最近邻法的分类精度分别为：73.8%、72.8%和79.7%；使用随机森林法的分类精度分别为：81.1%、84.8%和89.3%。3种平台类型的无人机数据均适用于红树林精细分类研究，对于无人机红树林遥感数据，随机森林的分类方法优于K-最近邻方法。2）以拍摄面积与用时之比估算采集效率，固定翼无人机、消费级旋翼无人机和专业级旋翼无人机分别为0.036、0.013和0.003 km2/min。固定翼无人机的采集效率具有明显优势。3）固定翼无人机适合大范围红树林数据采集，要求较高；消费级旋翼无人机适于获取小范围精细数据，成本低且易学易用；专业级旋翼无人机适合搭载质量稍大的如成像光谱仪、LiDAR等专业传感器获取多源数据。最后给出了无人机在红树林遥感研究中的注意事项和建议。     

浅析低空智联网与无人机产业应用

无人机正处于技术快速突破与应用快速增长的重要时期,将成为低空经济发展的重要推手。低空智联网是无人机产业发展的基石,是在低空空域实现“人—机—物”三元融合万物智能互联的重要基础设施。低空智联网体系架构就是依托天空地海网络基础设施,实现传统互联网络向万物智能互联网络演进,形成适合低空业务数字化、智能化运营的实体网络空间,可为无人机产业发展提供一个网络化、数字化、智能化的运营环境,对促进低空经济发展具有重要意义。     

新冠疫情对中国国际航空网络连通性的影响及空间差异

航空运输在实现各国互联互通、推动全球经济发展中发挥着重要作用。突发公共卫生事件或恶劣天气等均易对航空网络的连通性造成影响。本研究以新冠疫情为例，从全球航空网络视角探讨新冠疫情对中国国际航空网络连通性的影响及地区差异。研究结果表明：疫情期间，中国境外通航城市、国际航班、国际航线数量均大幅缩减，航空网络连通效率显著降低，但其空间格局未发生根本性变化，东亚和东南亚仍是中国对外主要联系地区，经济联系与贸易仍然起着重要作用。航线停飞对中国与中亚、西亚和大洋洲航空网络的连通性影响最大，而航班缩减对中国与东亚、中亚和东南亚航空网络的连通性影响最大。在国内，北京、上海和广州仍然是中国对外联系的枢纽城市，且其聚集度在疫情期间得到提升。