全自動化微型測繪無人機的研發與應用

摘 要 文章在對國內外無人機的研究現狀做了透徹分析之后，結合其在測繪領域中應用的實際情況，提出了了全自動化微型測繪無人機的研發，并具體介紹了該系統具體的研發內容，創新點以及在測繪領域的應用價值。

關鍵詞 無人機；全自動化；微型；測繪

1.概述

1.1 國內外研發現狀

無人機技術含量高、使用效能好、發展前景廣闊，最初應用于軍事領域，伴隨高科技的發展，無人機在商用和民用領域的市場也十分巨大。在美國、日本、德國等發達國家無人機已逐步投入應用，主要用于環境監測、農用、攝像等領域，而應用于測繪領域的無人機技術卻寥寥無幾。

我們國家基于無人機技術的研究起步較晚，始于上世紀50年代后期，到60年代中后期才投入具體研制。以西北工業大學、北京航空航天大學為代表的研發機構所研制的無人機也僅是提供軍方應用。此外，國內無人機因起步較晚，民用領域只有屈指可數的幾家機構從事研究。

要擴大無人機在測繪領域的應用，就要做“用得起的傻瓜式裝備”。即成本低、全自動化，能夠實現全自動彈射起飛與降傘，操作簡便易用，從而降低對人的依賴，用戶經過短期培訓，便具備一定的操作經驗。為此，我們著手于全自動化微型測繪無人機的研發。

1.2 研究的目的與意義

顧及到當前多數測繪單位都處于有“測量”無“攝影”的狀態，這種航空攝影與影像測量長期分離的狀態，勢必造成成圖周期長、生產成本高問題。面對上述諸多問題，我們研發的全自動化微型測繪無人機在很大程度上減輕了測繪的勞動強度、降低了生產成本，提高了勞動效率，改善了測繪單位的生存環境。

該無人機集多種前沿學科、尖端技術為一體。這為制作DSM、DEM、DOM、DLG等數字產品奠定了堅實、經濟、可靠的基礎。同時在很大程度上降低了無人機技術的成本，滿足了大眾化消費的需求，且有助于實現產品的產業化推廣應用。

2.全自動化微型測繪無人機的研發

該無人機具有運行成本低、輕小便捷、起降和操作全部自動化、安全性能高、飛行條件要求低、執行任務靈活性高等優點，將逐漸成為航空攝影測量系統獲取空間數據的有力工具之一。其主要由飛行器分系統與地面分系統構成，其系統的構成貫穿了整個研發內容的始終。

2.1 飛行器分系統的研究

飛行器分系統由飛行平臺、導航飛控、機載傳感器3個子系統組成。該分系統采用GPS導航，具有較高的導航定位精度，確保無人機安全可靠飛行，并可承載傳感器設備，進行空中實時作業。此外，無人機采用彈射起飛和傘降著陸。

2.1.1 飛行平臺子系統 飛行器采用后推式翼身融合三角翼布局平臺，動力體系后置，推進式螺旋槳。我們突破了常規布局，采用體積小、重量輕的飛翼外型。

以下為無人機的主要硬件參數：

2.1.2 導航飛控子系統 該子系統主要由GPS接收機、任務管理和導航微處理機、飛行控制微處理機、氣壓高度計、各種飛行控制傳感器（主要包含空速傳感器以及X、Y、Z軸加速度傳感器----俯仰、偏航、滾轉速率陀螺）等構成。用于無人機的導航、定位和自主飛行控制。

2.1.3 任務子系統 該子系統主要用于航攝影像的獲取與存儲，主要由CCD面陣數碼相機和減震平臺等構成。

2.2 地面子系統的研究

地面分系統對無人機具有遙控、遙測、信息傳輸、彈射發射機體的功能。

2.2.1 測控子系統 測控子系統由地面和機載兩大部分組成。均包括數傳電臺、天線和數傳接口等。用于地面監控站與飛行控制系統以及其他機載設備之間的數據和控制指令的傳輸。

2.2.2 地面站子系統 地面站子系統由主控計算機、地面站軟件、指揮控制臺等硬件和相關軟件組成。

其在無人機飛行前進行任務航路的規劃，在無人機飛行過程中顯示飛行區域的電子地圖、航跡、飛行參數、姿態及航向參數。飛行中所有飛行參數和導航數據可實時下傳并記錄。操作者可通過航跡規劃和路徑調整進行各種任務的控制執行。地面控制系統的人機界面讓操作者可方便的修改航路點、目標航向并監視飛行狀態。

2.2.3 發射和回收子系統 無人機采用彈射起飛，在發射時，將無人機放到助推架上，助推架通過橡筋的拉力，將無人機發射出去，其彈射裝置見圖2-2。無人機采用開傘降落，其到達指定高度和預設坐標點時，裝置采用高精度伺服機控制傘艙蓋開啟，依靠傘自身的重量拋出打開。

3.系統研發價值

3.1 創新點

該無人機在適時滿足客戶的更高需求的同時，在技術性能和成本造價上都顯現出較強的優勢，并表現出一定的創新性：

1）飛行平臺的創新設計：我們采用“后推式”且體積小、重量輕的飛翼外型，并采用了外傾翼尖小翼，大大提高了飛行的自安定性。

2）先進的動力體系裝置：動力裝置采用后置式電力發動機，徹底消除了空中停車事故，并免去了維修工序，整個機體在執行任務過程中安全性更高。

3）有效解決了如何保持飛行姿態

4）微型化程度大大提高：無人機飛行平臺、控制系統、相機全部實現微型化。

5）全自動化水平大大提高：無人機采用彈射自動起飛、程控超視距智能飛行、按預編程序自動開傘降落

3.2 應用價值

測繪無人機的具體應用價值主要體現在以下領域：

土地利用調查、礦產資源勘探、海洋環境監測、水資源開發、國家生態環境保護、精準農業領域、森林病蟲害防護與監測、自然災害監測與評估、城市規劃與市政管理、公共安全等等。

以下是用全自動化微型測繪無人機所獲航拍影像，依據影像數據加工處理流程，制作的部分數字產品：

4.結語

我們基于全自動化測繪無人機的研發，主要任務是能更大程度滿足測繪用戶需求，并總結一套面向產業化的完整的無人機數據獲取、處理的工作流程和生產規范，為該產品的產業化發展鋪平道路。

參考文獻：

[1] 秦博，王蕾. 無人機發展綜述. 飛航導彈，2002（8）.

[2] 尹澤勇，李上福. 無人機動力裝置的現狀與發展. 航空發動機，2007（33）.