全自动化微型测绘无人机的研发与应用

王娟 吕兆峰

摘 要 文章在对国内外无人机的研究现状做了透彻分析之后，结合其在测绘领域中应用的实际情况，提出了了全自动化微型测绘无人机的研发，并具体介绍了该系统具体的研发内容，创新点以及在测绘领域的应用价值。

关键词 无人机；全自动化；微型；测绘

1.概述

1.1 国内外研发现状

无人机技术含量高、使用效能好、发展前景广阔，最初应用于军事领域，伴随高科技的发展，无人机在商用和民用领域的市场也十分巨大。在美国、日本、德国等发达国家无人机已逐步投入应用，主要用于环境监测、农用、摄像等领域，而应用于测绘领域的无人机技术却寥寥无几。

我们国家基于无人机技术的研究起步较晚，始于上世纪50年代后期，到60年代中后期才投入具体研制。以西北工业大学、北京航空航天大学为代表的研发机构所研制的无人机也仅是提供军方应用。此外，国内无人机因起步较晚，民用领域只有屈指可数的几家机构从事研究。

要扩大无人机在测绘领域的应用，就要做“用得起的傻瓜式装备”。即成本低、全自动化，能够实现全自动弹射起飞与降伞，操作简便易用，从而降低对人的依赖，用户经过短期培训，便具备一定的操作经验。为此，我们着手于全自动化微型测绘无人机的研发。

1.2 研究的目的与意义

顾及到当前多数测绘单位都处于有“测量”无“摄影”的状态，这种航空摄影与影像测量长期分离的状态，势必造成成图周期长、生产成本高问题。面对上述诸多问题，我们研发的全自动化微型测绘无人机在很大程度上减轻了测绘的劳动强度、降低了生产成本，提高了劳动效率，改善了测绘单位的生存环境。

该无人机集多种前沿学科、尖端技术为一体。这为制作DSM、DEM、DOM、DLG等数字产品奠定了坚实、经济、可靠的基础。同时在很大程度上降低了无人机技术的成本，满足了大众化消费的需求，且有助于实现产品的产业化推广应用。

2.全自动化微型测绘无人机的研发

该无人机具有运行成本低、轻小便捷、起降和操作全部自动化、安全性能高、飞行条件要求低、执行任务灵活性高等优点，将逐渐成为航空摄影测量系统获取空间数据的有力工具之一。其主要由飞行器分系统与地面分系统构成，其系统的构成贯穿了整个研发内容的始终。

2.1 飞行器分系统的研究

飞行器分系统由飞行平台、导航飞控、机载传感器3个子系统组成。该分系统采用GPS导航，具有较高的导航定位精度，确保无人机安全可靠飞行，并可承载传感器设备，进行空中实时作业。此外，无人机采用弹射起飞和伞降着陆。

2.1.1 飞行平台子系统 飞行器采用后推式翼身融合三角翼布局平台，动力体系后置，推进式螺旋桨。我们突破了常规布局，采用体积小、重量轻的飞翼外型。

以下为无人机的主要硬件参数：

2.1.2 导航飞控子系统 该子系统主要由GPS接收机、任务管理和导航微处理机、飞行控制微处理机、气压高度计、各种飞行控制传感器（主要包含空速传感器以及X、Y、Z轴加速度传感器----俯仰、偏航、滚转速率陀螺）等构成。用于无人机的导航、定位和自主飞行控制。

2.1.3 任务子系统 该子系统主要用于航摄影像的获取与存储，主要由CCD面阵数码相机和减震平台等构成。

2.2 地面子系统的研究

地面分系统对无人机具有遥控、遥测、信息传输、弹射发射机体的功能。

2.2.1 测控子系统 测控子系统由地面和机载两大部分组成。均包括数传电台、天线和数传接口等。用于地面监控站与飞行控制系统以及其他机载设备之间的数据和控制指令的传输。

2.2.2 地面站子系统 地面站子系统由主控计算机、地面站软件、指挥控制台等硬件和相关软件组成。

其在无人机飞行前进行任务航路的规划,在无人机飞行过程中显示飞行区域的电子地图、航迹、飞行参数、姿态及航向参数。飞行中所有飞行参数和导航数据可实时下传并记录。操作者可通过航迹规划和路径调整进行各种任务的控制执行。地面控制系统的人机界面让操作者可方便的修改航路点、目标航向并监视飞行状态。

2.2.3 发射和回收子系统 无人机采用弹射起飞，在发射时，将无人机放到助推架上，助推架通过橡筋的拉力，将无人机发射出去，其弹射装置见图2-2。无人机采用开伞降落，其到达指定高度和预设坐标点时，装置采用高精度伺服机控制伞舱盖开启，依靠伞自身的重量抛出打开。

3.系统研发价值

3.1 创新点

该无人机在适时满足客户的更高需求的同时，在技术性能和成本造价上都显现出较强的优势，并表现出一定的创新性：

1）飞行平台的创新设计：我们采用“后推式”且体积小、重量轻的飞翼外型，并采用了外倾翼尖小翼，大大提高了飞行的自安定性。

2）先进的动力体系装置：动力装置采用后置式电力发动机，彻底消除了空中停车事故，并免去了维修工序，整个机体在执行任务过程中安全性更高。

3）有效解决了如何保持飞行姿态

4）微型化程度大大提高：无人机飞行平台、控制系统、相机全部实现微型化。

5）全自动化水平大大提高：无人机采用弹射自动起飞、程控超视距智能飞行、按预编程序自动开伞降落

3.2 应用价值

测绘无人机的具体应用价值主要体现在以下领域：

土地利用调查、矿产资源勘探、海洋环境监测、水资源开发、国家生态环境保护、精准农业领域、森林病虫害防护与监测、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、公共安全等等。

以下是用全自动化微型测绘无人机所获航拍影像，依据影像数据加工处理流程，制作的部分数字产品：

4.结语

我们基于全自动化测绘无人机的研发，主要任务是能更大程度满足测绘用户需求，并总结一套面向产业化的完整的无人机数据获取、处理的工作流程和生产规范，为该产品的产业化发展铺平道路。

参考文献：

[1] 秦博，王蕾. 无人机发展综述. 飞航导弹，2002（8）.

[2] 尹泽勇，李上福. 无人机动力装置的现状与发展. 航空发动机，2007（33）.