固定翼和多旋翼無人機航測技術對比和分析

趙旭

摘 要 在測繪行業中，無人機應用在航測領域越來越廣泛，航測無人機具有機動性較強、負載多樣性、對各類地形適應性強的優點，航測無人機可以由固定翼或者多旋翼做載機，它們在航測領域中有著不同的特點和技術優勢。

【關鍵詞】固定翼 多旋翼 無人機 航測

航空攝影測量技術指飛機攜帶攝影器材對地面進行拍攝，拍攝的照片要有一定重復率，根據攝影器材的傳感器尺寸，飛機飛行高度，照片重復率等參數，利用空中三角形計算將這些照片處理分析后，得到該區域的地形圖。早期對于地理信息進行測量，是通過通用航空測繪和衛星遙感應用，由于通用航空飛機很難做到高精度低空速的飛行，并且沒有專業控制的地面站，無法精確對信息采集點精確控制；而衛星遙感主要是大比例低分辨遙感測量，分辨率較低。隨著無人機技術的發展，無人機應用到航空測量越來越廣泛，通過專業的地面站分析規劃可以控制無人機非常精確的對測量區域進行測繪，制作出來的地形圖影像質量較高，甚至可以做到1厘米的分辨率，是衛星遙感等高空測量做不到的，所以在低空高精度測繪方面，從成本、精度、場地等方面考慮，無人機航測已經逐步取代通用航空飛機航測。

無人機航測技術是通過無線通信技術、飛行控制器和計算機對無人機進行遠程控制，一般由無線電遙控設備、飛行控制器、機載攝影設備、載機、地面站等構成，作業流程通常從作業區域衛星圖分析，地面站對作業區域進行航線規劃，設置機載攝影照片重復率（航線拍照距離間隔和拍照時間間隔），起飛控制和返航控制等幾個方面入手。在實際應用中，對于使用固定翼或者多旋翼作為載機的爭論一直沒有停止過，這兩種機型在都有明顯的優點和缺點，本文就這兩種機型在航測領域中應用的特點進行對比和分析。

1 固定翼航測無人機

固定翼無人機從結構部分來看有常規布局、飛翼布局、V尾布局等，目前固定翼航測無人機都使用常規布局固定翼無人機，這種布局的無人機制作、調試和控制都很簡單，但巡航穩定性和續航時間不如飛翼布局的無人機，早期飛翼布局的無人機的飛行控制器設計較為復雜，控制起來不如常規布局無人機簡單，隨著飛行控制器的不斷升級和發展，目前飛翼布局無人機應用在航測中也逐漸成為主力，比如常見的天行者X5、X8機型都是各大廠商航測機的載機類型之一。固定翼航測無人機的作業效率非常高，源于其無人機氣動效率較高；其續航時間較長，故飛行距離較遠，有些油動固定翼無人機甚至可以作業長達數小時；飛行速度較快，飛行高度較高，由于固定翼獲得升力來源于機翼上下空氣流動導致的壓差和氣流沖擊效應，所以固定翼航測無人機在高原空氣密度較低的環境中仍可以可靠應用。

但是固定翼無人機也有多缺點，如飛行過程中無法做過多機動性動作，無法懸停，對航測機載影像設備要求較高，需要空速傳感器，增加飛行控制器的設計難度，飛翼布局的航測無人機轉彎半徑過大容易失速，浪費過多續航時間和照片。以上是固定翼無人機本身的一些缺陷，而對于工作環境來講，固定翼無人機起飛需要跑道或者彈射架，飛機爬升一定高度需要一片空曠區域，不能做到垂直起降，飛機降落需要傘降或者滑跑降落，降落精度和安全性不高。

2 多旋翼航測無人機

多旋翼無人機是主要是利用氣流沖擊效應，螺旋槳向下沖擊空氣使得空氣對旋翼產生反作用力得到的升力，拿四旋翼無人機來講，X型布局的四旋翼獲得向前向后的推力是前后兩個電動機轉速不一致造成的，比如后面兩個電動機轉速較高，前面兩個電動機轉速較低，那么后面的旋翼獲得的升力比前面的旋翼獲得的升力大，使得無人機向前飛行。通過飛行控制器的輔助控制，改變每個旋翼的轉速可以精確的控制無人機姿態，如懸停、旋轉、翻滾等動作，多旋翼無人機在航測領域特別是城市三維建模中具有非常明顯的優勢，其飛行穩定、定位精確、動力充足、可攜帶記載設備較多，使得多旋翼無人機可掛載多個攝影設備，比如正攝影像和45°傾斜攝影等。由于其飛行較為穩定，可以垂直起降，所以在城市或者地形較為復雜區域應用較為廣泛，六旋翼以上機型在飛行控制器的支持下甚至可以做到一個旋翼出故障仍可以有效控制無人機返航，在無人機飛手訓練中可以明顯看出多旋翼無人機在飛行控制器和GPS定位的輔助控制下可以迅速上手，易于控制。

而相對于固定翼無人機而言，多旋翼無人機作為航測載機的缺點也是非常明顯的，其飛行效率較低，由于多旋翼是由多個電動機組成，造成其續航時間較短，航程也相應降低，由于動力設備較多，造成其成本較高。在高原空氣密度較低的環境中，旋翼獲得的推力明顯下降，效率和安全性大大降低。

3 總結

從以上的分析和對比來看，固定翼無人機和多旋翼無人機在航測中的應用領域不盡相同，固定翼航測無人機主要面向大面積長航時測繪使用，多旋翼航測無人機主要應用在城市三維建模、小面積高精度測繪使用。隨著科技的發展，有些公司開始研發固定翼垂直起降技術，如常規布局的固定翼加裝多旋翼裝置，使得固定翼可以垂直爬升到一定高度后切換到固定翼模式進行飛行；飛翼布局無人機通過加裝穩定性裝置垂直起飛后平穩過渡等可以彌補固定翼無人機的某些缺點，不過固定翼加裝多旋翼裝置仍無法長時間工作在多旋翼狀態，其目的是讓固定翼可以垂直起降適應更多場地，航測時工作狀態仍是以固定翼飛行為主，所以這兩種機型仍然在各自擅長的領域中發揮其優勢。

參考文獻

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作者單位

吉林化工學院 吉林省吉林市 132102endprint