趙旭

摘 要 在測繪行業(yè)中，無人機(jī)應(yīng)用在航測領(lǐng)域越來越廣泛，航測無人機(jī)具有機(jī)動性較強(qiáng)、負(fù)載多樣性、對各類地形適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點，航測無人機(jī)可以由固定翼或者多旋翼做載機(jī)，它們在航測領(lǐng)域中有著不同的特點和技術(shù)優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】固定翼 多旋翼 無人機(jī) 航測

航空攝影測量技術(shù)指飛機(jī)攜帶攝影器材對地面進(jìn)行拍攝，拍攝的照片要有一定重復(fù)率，根據(jù)攝影器材的傳感器尺寸，飛機(jī)飛行高度，照片重復(fù)率等參數(shù)，利用空中三角形計算將這些照片處理分析后，得到該區(qū)域的地形圖。早期對于地理信息進(jìn)行測量，是通過通用航空測繪和衛(wèi)星遙感應(yīng)用，由于通用航空飛機(jī)很難做到高精度低空速的飛行，并且沒有專業(yè)控制的地面站，無法精確對信息采集點精確控制；而衛(wèi)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(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)應(yīng)用到航空測量越來越廣泛，通過專業(yè)的地面站分析規(guī)劃可以控制無人機(jī)非常精確的對測量區(qū)域進(jìn)行測繪，制作出來的地形圖影像質(zhì)量較高，甚至可以做到1厘米的分辨率，是衛(wèi)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(jī)航測已經(jīng)逐步取代通用航空飛機(jī)航測。

無人機(jī)航測技術(shù)是通過無線通信技術(shù)、飛行控制器和計算機(jī)對無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，一般由無線電遙控設(shè)備、飛行控制器、機(jī)載攝影設(shè)備、載機(jī)、地面站等構(gòu)成，作業(yè)流程通常從作業(yè)區(qū)域衛(wèi)星圖分析，地面站對作業(yè)區(qū)域進(jìn)行航線規(guī)劃，設(shè)置機(jī)載攝影照片重復(fù)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(yīng)用中，對于使用固定翼或者多旋翼作為載機(jī)的爭論一直沒有停止過，這兩種機(jī)型在都有明顯的優(yōu)點和缺點，本文就這兩種機(jī)型在航測領(lǐng)域中應(yīng)用的特點進(jìn)行對比和分析。

1 固定翼航測無人機(jī)

固定翼無人機(jī)從結(jié)構(gòu)部分來看有常規(guī)布局、飛翼布局、V尾布局等，目前固定翼航測無人機(jī)都使用常規(guī)布局固定翼無人機(jī)，這種布局的無人機(jī)制作、調(diào)試和控制都很簡單，但巡航穩(wěn)定性和續(xù)航時間不如飛翼布局的無人機(jī)，早期飛翼布局的無人機(jī)的飛行控制器設(shè)計較為復(fù)雜，控制起來不如常規(guī)布局無人機(jī)簡單，隨著飛行控制器的不斷升級和發(fā)展，目前飛翼布局無人機(jī)應(yīng)用在航測中也逐漸成為主力，比如常見的天行者X5、X8機(jī)型都是各大廠商航測機(jī)的載機(jī)類型之一。固定翼航測無人機(jī)的作業(yè)效率非常高，源于其無人機(jī)氣動效率較高；其續(xù)航時間較長，故飛行距離較遠(yuǎn)，有些油動固定翼無人機(jī)甚至可以作業(yè)長達(dá)數(shù)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(jī)翼上下空氣流動導(dǎo)致的壓差和氣流沖擊效應(yīng)，所以固定翼航測無人機(jī)在高原空氣密度較低的環(huán)境中仍可以可靠應(yīng)用。

但是固定翼無人機(jī)也有多缺點，如飛行過程中無法做過多機(jī)動性動作，無法懸停，對航測機(jī)載影像設(shè)備要求較高，需要空速傳感器，增加飛行控制器的設(shè)計難度，飛翼布局的航測無人機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑過大容易失速，浪費過多續(xù)航時間和照片。以上是固定翼無人機(jī)本身的一些缺陷，而對于工作環(huán)境來講，固定翼無人機(jī)起飛需要跑道或者彈射架，飛機(jī)爬升一定高度需要一片空曠區(qū)域，不能做到垂直起降，飛機(jī)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(jī)

多旋翼無人機(jī)是主要是利用氣流沖擊效應(yīng)，螺旋槳向下沖擊空氣使得空氣對旋翼產(chǎn)生反作用力得到的升力，拿四旋翼無人機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速不一致造成的，比如后面兩個電動機(jī)轉(zhuǎn)速較高，前面兩個電動機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)向前飛行。通過飛行控制器的輔助控制，改變每個旋翼的轉(zhuǎn)速可以精確的控制無人機(jī)姿態(tài)，如懸停、旋轉(zhuǎn)、翻滾等動作，多旋翼無人機(jī)在航測領(lǐng)域特別是城市三維建模中具有非常明顯的優(yōu)勢，其飛行穩(wěn)定、定位精確、動力充足、可攜帶記載設(shè)備較多，使得多旋翼無人機(jī)可掛載多個攝影設(shè)備，比如正攝影像和45°傾斜攝影等。由于其飛行較為穩(wěn)定，可以垂直起降，所以在城市或者地形較為復(fù)雜區(qū)域應(yīng)用較為廣泛，六旋翼以上機(jī)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(jī)返航，在無人機(jī)飛手訓(xùn)練中可以明顯看出多旋翼無人機(jī)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(jī)而言，多旋翼無人機(jī)作為航測載機(jī)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(jī)組成，造成其續(xù)航時間較短，航程也相應(yīng)降低，由于動力設(shè)備較多，造成其成本較高。在高原空氣密度較低的環(huán)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(jié)

從以上的分析和對比來看，固定翼無人機(jī)和多旋翼無人機(jī)在航測中的應(yīng)用領(lǐng)域不盡相同，固定翼航測無人機(jī)主要面向大面積長航時測繪使用，多旋翼航測無人機(jī)主要應(yīng)用在城市三維建模、小面積高精度測繪使用。隨著科技的發(fā)展，有些公司開始研發(fā)固定翼垂直起降技術(shù)，如常規(guī)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(jìn)行飛行；飛翼布局無人機(jī)通過加裝穩(wěn)定性裝置垂直起飛后平穩(wěn)過渡等可以彌補固定翼無人機(jī)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(tài)，其目的是讓固定翼可以垂直起降適應(yīng)更多場地，航測時工作狀態(tài)仍是以固定翼飛行為主，所以這兩種機(jī)型仍然在各自擅長的領(lǐng)域中發(fā)揮其優(yōu)勢。

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作者單位

吉林化工學(xué)院 吉林省吉林市 132102endprint