无人直升机在航空测绘领域应用分析范文

摘要:航空测绘是以大气层内飞行器作为载体的对地测绘手段。航空测绘获得的数据主要用于国家基础测绘及应急救援测绘等方面，是测绘领域的重要组成部分。近年来，由于航空测绘任务的激增，传统的低空航测飞行平台劣势凸显，随着无人化技术的兴起，无人直升机以其高性能、高智能、高效费比等优势开始在航空测绘领域应用，有效地弥补了传统低空航测飞行平台的不足，更好地满足了航空测绘应用需求。

关键词:无人直升机；航空测绘；应用

1引言

航空测绘是以大气层内飞行器作为载体的对地测绘手段，其获得的数据主要用于国家基础测绘及应急救援测绘等方面。航空测绘是测绘领域的重要组成部分，与其他测绘技术相比，它具有以下优点：

（1）空间分辨率高、信息容量大；

（2）灵活高效，可以根据用户的需求，灵活设计航空测绘的飞行方案和路线等；

（3）信息获取方便，受到的限制少，可以随时随地对需要侦察或普查的地区进行测绘。航空测绘飞行平台主要分为高空平台（10~20km）、中空平台（5~10km）及低空平台（＜5km）。中、高空平台一般使用升限较高的固定翼飞机进行航空测绘，低空平台一般采用系留气球、有人直升机等进行航空测绘。在多年低空平台的航空测绘中发现，系留气球由于位置相对固定，导致测绘区域受限，不能灵活使用；有人直升机由于受到载人条件的限制（生理因素），导致其续航时间及机动性都大大受限，不能满足长时间、繁琐无味的测绘任务要求，并且使用有人直升机进行航空测绘效费比较低。近年来，随着无人化技术的兴起，无人直升机以其高性能、高智能、高效费比等优势开始在低空航空测绘领域应用，有效地弥补了传统飞行平台的不足，更好地满足低空航空测绘应用需求，在未来有较好的发展前景和应用空间。

2国内外发展现状

国外在航空测绘方面的技术发展已相当成熟，特别是在欧美国家已经形成了高、中、低空三位一体的航空测绘体系。不仅如此，由于国外对无人直升机在航空测绘领域应用的研究开始较早，无人直升机在国外已经有相当规模的应用，比较著名的无人直升机测绘平台有英国的MD4多旋翼无人机和瑞典的Mongoose无人直升机，如图1所示。图1MD4多旋翼无人机和Mongoose无人直升机国内经过几十年的发展也已经初步建成了高、中、低空三位一体的航空测绘体系。我国无人直升机在航空测绘领域应用方面的起步虽然较晚，但发展迅速，国内比较著名的无人直升机测绘平台有大疆公司的航拍测绘无人机筋斗云S1000+和中国直升机设计研究所的AV500无人直升机，如图2所示。

3无人直升机的特点及其在测绘领域的优势

3.1我国航空测绘任务的特点及需求分析

我国航空测绘任务主要集中在国家基础测绘和应急救援测绘两方面。其中，国家基础测绘任务主要是测制和更新国家基本比例尺地形图等，建立、更新基础地理信息系统。而我国地理面积广阔，面积达到9.6×106km2，其基础测绘任务繁重，且由于我国西部地区多为山区，地理环境复杂、海拔高，使得基础测绘任务实施困难。应急救援测绘任务主要是为高效有序地应对突发自然灾害和事故灾难提供地图、基础地理信息等。我国是自然灾害频发的国家，且正处于城镇化大发展阶段，测绘地理信息服务对防灾减灾和灾害应对至关重要。根据我国应急测绘工作流程可知，当发生重大灾情后，必须迅速执行测绘任务，提供有效的地理信息保障，这就要求应急测绘任务必须有快速响应的能力，并且灾区地理环境复杂、天气恶劣，这对飞行平台提出了很高的机动性和抗风性的要求，不但如此，由于地理环境复杂，可以安全起降的平台较少，这对飞机的起降能力提出了很高的要求。根据航空测绘的任务特点可知，航空测绘飞行平台的使用需求有以下5个方面要求：

（1）飞行平台需具有较好的机动性，以满足沿地形起伏飞行（地形跟随或匹配飞行）的航空测绘要求；

（2）飞行平台需具有较长的续航时间，以满足长时间的航空测绘任务要求，保证测绘效率；

（3）飞行平台需具有严格执行按任务规划航线进行飞行的能力，特别是在复杂航迹下的精确飞行能力，以满足高精度航空测绘的要求；

（4）飞行平台需具有较强的环境适应性，能够在复杂环境（温差较大环境、盐雾环境、雨雪环境、沙尘环境）下起降和使用，同时需具有较强抗风能力，在有风条件下仍能严格执行按规划航线进行飞行的能力；

（5）飞行平台在满足性能要求的情况下，应保证其成本和维护成本足够低。

3.2无人直升机的特点及优势分析

无人直升机具有独特的飞行性能，这使得无人直升机在航空测绘领域有着无可比拟的应用优势，具体有以下5个方面：

（1）无人直升机没有载人条件的限制，不需要考虑飞行员的生理需求和承受能力，其机动性和续航时间可以大大超过有人机，并且不需考虑人员伤亡风险。

（2）无人直升机安装高集成、高智能的飞控系统后可实现高精度自动航线飞行、自主避障、自主规划航线等能力。而对于大面积的航空测绘而言，任务性质繁琐无味，无人直升机的自主能力可以大大减轻操作人员的工作压力，提高了航空测绘的效率。其次，无人直升机高精度航线飞行能力有效地减少了有人机航线飞行时因飞行员的人为操作失误而导致的精度误差问题，提高了航空测绘精度。

（3）无人直升机无驾驶舱和载人条件限制，可省去座舱、座椅、环控系统等与飞行员和乘员相关的设施，整机尺寸大幅度减小。这使得无人直升机的运输相较于有人机而言更方便，一旦需要进行应急测绘任务，能够比有人机更快地响应上级指示。

（4）无人直升机可垂直起降、空中悬停，朝任意方向飞行，可对需要进行详细测绘的区域实现长时间近距离的拍摄测绘，并且无人直升机对着陆场地要求低，能够在有人机不能起降的地区进行起降。

（5）无人直升机与有人机相比，价格与维护费用更低，效费比与使用频率更高。

4航空测绘无人直升机应用分析

航空测绘无人直升机系统由无人直升机平台、测控系统、航空测绘任务设备及卫星通信系统等组成，具体组成如图3所示。航空测绘无人直升机系统的应用原理主要是通过无人直升机执行航空测绘任务时，将拍摄到的影像信息点对点发送至地面测控站，地面数据处理设备将影像信息进行处理得到所需测绘结果，地面测控站内的卫星通信分系统将测绘成果传送至通信卫星，卫星把接收到的数据分发给测绘中心或应急指挥中心基站。无人直升机平台的飞行控制由现场地面测控站机组人员执行，卫星通信分系统（异地）可以根据需要通过通信卫星共享测绘成果。工作过程包括：

（1）下达测绘任务，根据测绘任务的特点需要，选配相应的航空测绘任务设备；

（2）专用载车将无人直升机运送至测绘区域附近合适位置，进行起飞前的准备工作，由地面起飞，地面测控站发出控制指令引导无人直升机飞行至工作区域上空；

（3）无人直升机接收地面控制指令，执行航空测绘任务，并将测绘影像及自身状态信息发送给地面测控站，经地面数据处理，得到所需测绘结果；

（4）地面测控站通过光纤将航空测绘成果传送给卫星通信系统指挥中心基站；（5）卫星通信分系统通过指挥中心基站与通信卫星之间进行信息交互，实时将航空测绘成果通过通信卫星发送给测绘中心或应急指挥中心，并通过卫星电话接受指挥中心的任务指令，使用专用数据链路可保证高质量、高可靠的数据交互，其整个系统组成如图4所示。其中，航空测绘无人直升机的遥控遥测通过地面测控站完成，一旦无人直升机飞出测控站的操控范围，链路将断开，无人直升机无法得到有效控制，因此，无人直升机的测绘半径受限于测控站的测控范围。对于大面积的航空测绘任务，为最大化地提高无人直升机的测绘效率，以方形测绘地区为例，建议将测控车放置于方形测绘区域的中心，无人直升机以测控车为中心做环形测绘（如图5所示），这样可保证测绘区域的最大化，提高测绘效率。

5结束语

无人直升机起降简单、操作灵活，可以垂直起降、空中悬停，满足航空测绘灵活高效的需求；其次，无载人条件限制，续航时间及机动性都大大提升，满足在复杂环境下长时间进行航空测绘的需求；另外，无人直升机具有高精度航线飞行，以及自主进行大范围航空测绘的能力，不但提升了航空测绘的精度，而且十分适合航空测绘这种繁琐无味的任务性质；最后，无人直升机价格及维护费用相对更低，效费比更高。这些优势有效地弥补了传统低空航空测绘飞行平台的不足，更好地满足低空航空测绘应用需求，在未来有较好的发展前景和应用空间。

参考文献

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作者：贲亮亮 王鹏 单位：中航工业直升机设计研究所