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(jī)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(jī)因其小巧機(jī)動(dòng)、低空飛行、時(shí)空分辨率高、載荷配置多樣靈活等特點(diǎn)，被稱為遙感家族的“小精靈”。但，這個(gè)“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(jī)，通常引用的英文名稱為Unmanned Aerial Vehicle（UAV）。一般是指由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、不搭載操作人員的一種空中飛行器，采用空氣動(dòng)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(jī)不是一個(gè)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(dòng)力學(xué)、輕型發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)。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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)可以按使用功能、氣動(dòng)布局、動(dòng)力類型、大小重量、飛行速度、活動(dòng)半徑、飛行高度等方法進(jìn)行分類。

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

　　按氣動(dòng)布局劃分，無人機(jī)可分為固定翼類無人機(jī)、旋翼類無人機(jī)、撲翼無人機(jī)和復(fù)合式布局等類型。固定翼類無人機(jī)飛行時(shí)靠動(dòng)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(jī)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(jī)產(chǎn)生升力的旋翼槳葉在飛行時(shí)相對于機(jī)身是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，又可分為無人直升機(jī)、多旋翼無人機(jī)和無人旋翼機(jī)，前兩種形式的無人機(jī)旋翼由動(dòng)力裝置直接驅(qū)動(dòng)，可垂直起降和懸停，無人旋翼機(jī)的旋翼則是無動(dòng)力驅(qū)動(dòng)；撲翼類無人機(jī)靠機(jī)翼像小鳥的翅膀一樣上下?lián)鋭?dòng)來獲取升力和動(dòng)力，適合于小型和微型的無人機(jī)；復(fù)合式布局無人機(jī)由基本類型組合而成，主要包括傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)和旋翼/固定翼無人機(jī)等。

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

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

　　現(xiàn)在，無人機(jī)也成了很多小朋友、大朋友的玩具“新寵”——消費(fèi)級無人機(jī)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(fèi)級無人機(jī)市場的爆發(fā)在2012年左右。在此之前，無人機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，消費(fèi)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(jī)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(jī)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(jī)的研發(fā)和應(yīng)用可謂如火如荼，我國無人機(jī)在消費(fèi)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(dú)特優(yōu)勢

　　發(fā)展迅速的無人機(jī)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(jī)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(bǔ)。相比于有人機(jī)遙感，又具有較高的性價(jià)比和機(jī)動(dòng)性。無人機(jī)遙感具備的實(shí)時(shí)觀測能力，是目前衛(wèi)星遙感觀測平臺很難實(shí)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(jī)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(shí)間分辨率的矛盾，在低成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了空間和時(shí)間的辯證統(tǒng)一。可以說，無人機(jī)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(jī)平臺讓遙感數(shù)據(jù)獲取進(jìn)入大眾化時(shí)代，真正實(shí)現(xiàn)to C （使用者）的遙感應(yīng)用。

　　由于無人機(jī)遙感的獨(dú)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(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域，目前都可以利用無人機(jī)遙感手段很好地實(shí)施。例如，利用無人機(jī)高光譜遙感可以進(jìn)行地表物種分類和識別，通過無人機(jī)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(jī)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(gè)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(shí)無人機(jī)“全球鷹”（GlobalHawk）對大西洋5個(gè)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(tuán)隊(duì)曾利用安裝相機(jī)和其他傳感器的無人機(jī)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(dòng)態(tài)過程進(jìn)行建模。

　　特別值得一說的是，無人機(jī)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(jī)的身影：2008年汶川地震災(zāi)后救援中，無人機(jī)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(jī)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(jī)巡檢已實(shí)現(xiàn)常態(tài)化。在一些政府部門，無人機(jī)正被逐步納入業(yè)務(wù)體系，如環(huán)保部門利用無人機(jī)開展河流排污口排查整治。高頻次、迅捷響應(yīng)的無人機(jī)平臺和厘米級的無人機(jī)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?；\(yùn)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(jī)創(chuàng)新活躍度也很高，發(fā)展迅猛。無人機(jī)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(jī)的“遙感＋”應(yīng)用。例如，在“遙感＋數(shù)據(jù)”的實(shí)時(shí)傳輸方面，無人機(jī)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(dòng)依靠無人機(jī)遙感與實(shí)時(shí)傳輸提供及時(shí)信息以進(jìn)行決策。

　　在“遙感＋即時(shí)定位與地圖構(gòu)建技術(shù)（SLAM）”方面，無人機(jī)與SLAM的結(jié)合使得無人機(jī)的導(dǎo)航和避障得到增強(qiáng)，在無人機(jī)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(shí)現(xiàn)“無人機(jī)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(jī)遙感可以實(shí)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(shí)時(shí)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(jī)多樣化應(yīng)用需求主要在低空，“低、慢、小”無人機(jī)絕大部分集中在低于500米的近地面空域，而這個(gè)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(jī)低空公共航路，需要精細(xì)化規(guī)劃。通過傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)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(dòng)態(tài)無人機(jī)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(jī)遙感能力很強(qiáng)、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(jī)遙感的需求，必須通過無人機(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)力牽引和新技術(shù)發(fā)展的有力支持下，無人機(jī)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）