無(wú)人機(jī)在高原山地環(huán)境下航攝軌跡的規(guī)劃分析

韋桂洪

【摘 要】不同拍攝條件以及拍攝目標(biāo)下，無(wú)人機(jī)實(shí)際航攝過程中的軌跡規(guī)劃是截然不同的。尤其是在高原山地環(huán)境中，因?yàn)榈匦纹鸱鄬?duì)比較大，意味著環(huán)境對(duì)于航攝軌跡的影響會(huì)更大一些。在進(jìn)行實(shí)際航攝軌跡規(guī)劃的過程中，相關(guān)人員需要對(duì)整體航攝線路進(jìn)行綜合考量，同時(shí)還需要分析每一段航線中所存在的可能障礙物，通過相關(guān)的計(jì)算與分析不斷進(jìn)行航攝軌跡的優(yōu)化，從而最終獲得對(duì)航攝最為有利的線路軌跡。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī);航攝軌跡;航攝軌跡規(guī)劃

引言

相比較于傳統(tǒng)的航空攝影方式，無(wú)人機(jī)攝影會(huì)更加方便一些，不需要考慮太多天氣以及航空管制的問題，并且進(jìn)行一次無(wú)人機(jī)攝影所需要消耗的成本相比于傳統(tǒng)航空攝影方式也要低很多。因而近些年來(lái)無(wú)人機(jī)攝影的發(fā)展速度是極為迅猛的，其在我國(guó)的工，農(nóng)，交通，資源等領(lǐng)域都有著極為廣泛的應(yīng)用。甚至于很多個(gè)人在閑暇之余也會(huì)借助于無(wú)人機(jī)來(lái)進(jìn)行一些照片的拍攝。在更規(guī)范化的無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)中，其航跡的規(guī)劃是一項(xiàng)需要慎重對(duì)待的工作，尤其面對(duì)高原山地這樣較為復(fù)雜的地形環(huán)境，更是需要對(duì)航攝的目標(biāo)以及現(xiàn)有環(huán)境條件進(jìn)行多角度綜合分析，才能確保最終獲得更好的航攝效果。

一、無(wú)人機(jī)航攝軌跡規(guī)劃的限制條件

（一）來(lái)自于地形的限制

地形對(duì)于航攝軌跡規(guī)劃的設(shè)計(jì)是毋庸置疑的，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，進(jìn)行某一山脈拍攝的過程中，無(wú)人機(jī)在自動(dòng)飛行過程中必須越過最高點(diǎn)，否則就會(huì)與山脈的最高點(diǎn)相撞，造成無(wú)人機(jī)墜毀的事故。故而在實(shí)際航攝軌跡規(guī)劃的過程中最先要考慮到的就是來(lái)自于地形的限制[1]。可以利用X，Y，Z所代表建立的空間立體幾何模型來(lái)解析實(shí)際拍攝現(xiàn)場(chǎng)的具體地形狀況，借助于相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型將地形地貌的特征更真實(shí)，直觀地反應(yīng)出來(lái)，以便于在進(jìn)行航跡規(guī)劃時(shí)可以將相應(yīng)的地形威脅妥善避開。

（二）大氣環(huán)境帶來(lái)的限制

無(wú)人機(jī)飛行過程中的大氣環(huán)境也會(huì)對(duì)其航跡規(guī)劃產(chǎn)生一定的影響。無(wú)人機(jī)本身的重量是比較小的，一旦飛行過程中遇到比較強(qiáng)的風(fēng)阻，其原本設(shè)計(jì)好的航跡就很可能出現(xiàn)偏移。因此航線規(guī)劃過程中需要預(yù)先就考慮到風(fēng)速以及風(fēng)阻可能會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)航線所造成的影響，并通過相應(yīng)的措施將這種偏移抵消掉。再者無(wú)人機(jī)在空中航行階段，拍攝地點(diǎn)的天氣可能會(huì)發(fā)生變化，比如說(shuō)密集的云層可能會(huì)造成無(wú)人機(jī)表面溫度急劇下降，甚至出現(xiàn)結(jié)冰問題，再者云層中的雷電還可能會(huì)影響到無(wú)人機(jī)上的一些電子設(shè)備及元件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這些在無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃的過程中都是需要著重考慮的問題。

（三）無(wú)人機(jī)本身參數(shù)的限制

實(shí)際進(jìn)行高原山地環(huán)境拍攝的無(wú)人機(jī)可能存在著型號(hào)，大小，制造廠商等多個(gè)方面的不同，這意味著無(wú)人機(jī)的性能也是存在著較大差異的。不同性能的無(wú)人機(jī)即使拍攝目標(biāo)一致，其航攝軌跡在規(guī)劃時(shí)也會(huì)存在較大的差別。比如說(shuō)無(wú)人機(jī)本身的最大拐角，能夠與地面保持的最大距離，能夠維持的最大航跡長(zhǎng)度等，這些都會(huì)因?yàn)闊o(wú)人機(jī)性能的不同還存在差異，而與此同時(shí)，這些參數(shù)也都會(huì)影響到其實(shí)際的航跡規(guī)劃。

二、無(wú)人機(jī)航攝軌跡規(guī)劃方法

（一）確定航拍目標(biāo)

所謂的航拍目標(biāo)指的是無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍作業(yè)所想要獲得的最終成品效果，比如說(shuō)想要拍攝高山上的一棵巨樹，想要拍攝山腳下的某個(gè)村落等等。按照相關(guān)的地圖學(xué)的原理，可以對(duì)航拍的目標(biāo)進(jìn)行分類，類似于一棵巨樹這種僅僅需要一張照片就能結(jié)束拍攝的獨(dú)立存在，我們將其稱之為點(diǎn)狀目標(biāo)。與之相應(yīng)的還有線狀目標(biāo)，比如說(shuō)公路，河流等。再者還有面狀目標(biāo)，一片森林，一汪湖泊，人類的居住群落等。在實(shí)際航跡規(guī)劃過程中需要先確定好航拍目標(biāo)，才能開始進(jìn)行相應(yīng)的航跡規(guī)劃。

（二）進(jìn)行全局航跡規(guī)劃

實(shí)際無(wú)人機(jī)航拍作業(yè)中，一次航拍任務(wù)可能存在多個(gè)航拍目標(biāo)，比如說(shuō)需要拍攝A堤壩，B河流，C村落以及D房屋。但這些目標(biāo)在實(shí)際空間上的分布并不是一條簡(jiǎn)單的直線[2]。因此需要對(duì)無(wú)人機(jī)的航線進(jìn)行全局規(guī)劃，通過空間軌跡的合理設(shè)計(jì)來(lái)幫助無(wú)人機(jī)可以在最短的線路軌道中完成一系列的航拍任務(wù)。實(shí)際無(wú)人機(jī)全局航跡規(guī)劃中一般采取“蟻群算法”這一航跡規(guī)劃模型來(lái)進(jìn)行路徑總長(zhǎng)度的測(cè)算優(yōu)化，通過信息的不斷反饋以及測(cè)算優(yōu)化來(lái)獲得最佳路徑。

（三）進(jìn)行局部航跡規(guī)劃

無(wú)人機(jī)在復(fù)雜的高原山地環(huán)境下進(jìn)行航攝任務(wù)，飛行過程中可能會(huì)遇到各種不同的障礙物，如山峰，高塔等，無(wú)人機(jī)需要及時(shí)繞過這些障礙物，其航攝任務(wù)才能順利進(jìn)行，這一過程就牽涉到了其航跡的局部規(guī)劃問題。無(wú)人機(jī)的局部航跡規(guī)劃可以借助于A?算法來(lái)進(jìn)行，在進(jìn)行路徑計(jì)算與選擇的過程中借助于相關(guān)的原理將航拍的環(huán)境以二維或者三維的形式融入到相應(yīng)的計(jì)算函數(shù)中，如此障礙物也就能被考慮在內(nèi)，方面路徑規(guī)劃在進(jìn)行時(shí)可以將其及時(shí)避開。

三、結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)在高原山地環(huán)境下的航攝軌跡規(guī)劃是復(fù)雜的，要考慮到地形，大氣環(huán)境以及無(wú)人機(jī)本身的性能等多重因素，還需要選擇合適的計(jì)算模型來(lái)進(jìn)行路徑的優(yōu)化計(jì)算。而只有對(duì)相關(guān)問題考慮得越細(xì)致，最終獲得的軌跡規(guī)劃方案才會(huì)更合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]田栢苓，李品品，魯瀚辰，等. 復(fù)雜環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡姿態(tài)協(xié)同控制[J]. 航空學(xué)報(bào)，2020，v.41（S2）：36-43.

[2]黃書捷. 無(wú)人機(jī)在高原山地環(huán)境下航攝軌跡的規(guī)劃[J]. 城市勘測(cè)，2016，No.150（01）：53-57.

[3]田栢苓，李品品，魯瀚辰，等. 復(fù)雜環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡姿態(tài)協(xié)同控制[J]. 航空學(xué)報(bào)，2020，v.41（S2）：36-43.