無人機航跡規劃方法與實現

鄧黎江

摘 要：隨著我國科學技術不斷發展，無人機設備的應用也愈加廣泛。采用無人機進行拍攝不僅效果好、生產周期短，并且運行成本更低，具有很強的操作性。航跡規劃工作效果直接影響到無人機的拍攝質量。本文重點對航拍無人機的航跡規劃方法進行了探究。

關鍵詞：無人機；航跡規劃；方法；拍攝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.139

1 無人機航跡規劃設計

在正式開展無人機航拍工作前，需要分析航拍任務、規劃航拍任務（包括準備作業）、飛行作業、數據處理等工作。做好任務規劃工作能有效縮短無人機的滯空時間，不僅可以降低燃料浪費量，還可以保證航拍任務順利完成，起降更加安全等。通過預選設定好的無人機航跡路線完成拍攝任務，獲取目標對象的影像信息，再通過后期處理軟件展示航拍成果，完成整個拍攝任務。

2 區域影像測量的航線設計

（1）明確航帶方向。結合任務區域形狀來明確航線航行方向，取較長邊作為航帶方向，最大程度上降低轉彎次數，保證航拍質量。此外還需要充分考慮風場等各項因素，若風場控制不當容易造成無人機偏航，無法保障影像信息的完整。

（2）航帶間距。事先確定飛行方向有多少個像元l，旁向像元h，旁向重疊度P，地面分辨率R，則可計算航帶間距L：

（3）坐標轉換。航測無人機的飛行控制計算機采用WGS-84坐標下大地坐標（B，L，H），在任務規劃中的坐標采用空間直角坐標（X，Y，Z）。因此可將大地坐標與空間直角坐標進行轉換：

若任務區域采用大地坐標作為頂角點坐標，則可利用上述公式將大地坐標（B，L）的轉化成為空間直角坐標（X，Y）。將航測圖形中所設定的平面坐標轉化成為WGS-84坐標系統即可。

（4）生成航線。為了保證無人機在航拍中獲取完整的目標對象影像，需在原有設計基礎上增加一定量的進入航帶、離開航帶的航線，這樣每條航帶會包含四大部分，包括進入航帶、航程點攝影、停止攝影、離開航帶。

若所拍攝的區域天氣狀況較差，可通過增加航線過渡點的方法，保證無人機正確進入到航線中，避免產生偏航。即通常采用以下兩種航線設計方法：

1）順序航帶法。在航拍任務空間內，將距離地面控制站最近的點作為航線起始點，第一條航帶航程點流程為：進入航帶→開始攝影→停止拍攝→離開航帶，其中，在開始攝影與停止攝影環節需要設置多個航程點，這樣可以提高無人機飛行的穩定性，保持直線飛行。其余航帶也按照此順序進行，從而完成航拍任務。

2）間隔航帶法。結合航帶間距公式進行計算，通常計算出的航帶間距要小于無人機實際飛行的轉彎半徑，故此情況采用順序航帶法無法保證無人機順利進入到下一個航帶，其最終結果出現漏拍、影響重疊度不足等問題。所以為確保整體拍攝質量，可采用間隔航帶方法，也就是在航帶1拍攝完成后直接進入到航帶3，航帶3拍攝完成后進入到航帶5，在無人機達到邊界時同樣采用該方法拍攝完成剩余的航帶。

3 航跡規劃方法選擇

（1）選擇方法。通過實踐調查，在航高為150m時，航帶間距會低于最小轉彎半徑，無人機可從正航帶方向直線進入航帶，但若轉彎半徑過小，則會在航帶過渡段產生較大偏移，即在入帶拍攝內容中產生漏拍、重疊度不足等情況，同時無人機的能源損耗量也會快速增加，無法保證無人機正常運行。故針對此類型的區域特點，采用間隔航帶航拍方法可以盡量保證航拍質量；若測量目標區域空間廣闊，需重點考慮航程點數量及總航線位移，則選擇順序法航帶設計，保證航拍質量處于最佳狀態。

（2）具體選擇方法。通過對比分析得出順序航帶、間隔航帶軌跡圖（如圖1、圖2），從圖中可見兩種航帶方法優劣。

通過圖1圖2可見，在無人機沿著航帶飛行中，由于無人機內部設置了導航控制模塊，因此可實現精準導航定位以及自動駕駛，除在轉彎中產生一定的位移，飛行路線大致可保持一致，因此該無人機可滿足兩種航帶方法的飛行要求。由圖1知，無人機雖能直接進入航帶且保持直線飛行，但由于彎道過小，航帶過渡較劇烈，剛入航帶時會產生重疊度不夠、拍攝遺漏等問題，還會提高能源損耗量，無法保證無人機正常運行。所以間隔航帶法更加適合此次拍攝。

4 結束語

順序航帶設計具有航程點少、航程短的優勢，但在行距較小時會影響拍攝質量；間隔航帶設計法能夠避免影響遺漏、重疊度小等問題，但在拍攝空間大時需要設置多個航程點，總體位移更大，拍攝周期長，對無人機續航有著較高標準，還需要后期調整影響順序，提高工作量。

參考文獻：

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