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摘要:航空測繪是以大氣層內(nèi)飛行器作為載體的對地測繪手段。航空測繪獲得的數(shù)據(jù)主要用于國家基礎(chǔ)測繪及應(yīng)急救援測繪等方面，是測繪領(lǐng)域的重要組成部分。近年來，由于航空測繪任務(wù)的激增，傳統(tǒng)的低空航測飛行平臺劣勢凸顯，隨著無人化技術(shù)的興起，無人直升機以其高性能、高智能、高效費比等優(yōu)勢開始在航空測繪領(lǐng)域應(yīng)用，有效地彌補了傳統(tǒng)低空航測飛行平臺的不足，更好地滿足了航空測繪應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞:無人直升機；航空測繪；應(yīng)用

1引言

航空測繪是以大氣層內(nèi)飛行器作為載體的對地測繪手段，其獲得的數(shù)據(jù)主要用于國家基礎(chǔ)測繪及應(yīng)急救援測繪等方面。航空測繪是測繪領(lǐng)域的重要組成部分，與其他測繪技術(shù)相比，它具有以下優(yōu)點：

（1）空間分辨率高、信息容量大；

（2）靈活高效，可以根據(jù)用戶的需求，靈活設(shè)計航空測繪的飛行方案和路線等；

（3）信息獲取方便，受到的限制少，可以隨時隨地對需要偵察或普查的地區(qū)進行測繪。航空測繪飛行平臺主要分為高空平臺（10~20km）、中空平臺（5~10km）及低空平臺（＜5km）。中、高空平臺一般使用升限較高的固定翼飛機進行航空測繪，低空平臺一般采用系留氣球、有人直升機等進行航空測繪。在多年低空平臺的航空測繪中發(fā)現(xiàn)，系留氣球由于位置相對固定，導(dǎo)致測繪區(qū)域受限，不能靈活使用；有人直升機由于受到載人條件的限制（生理因素），導(dǎo)致其續(xù)航時間及機動性都大大受限，不能滿足長時間、繁瑣無味的測繪任務(wù)要求，并且使用有人直升機進行航空測繪效費比較低。近年來，隨著無人化技術(shù)的興起，無人直升機以其高性能、高智能、高效費比等優(yōu)勢開始在低空航空測繪領(lǐng)域應(yīng)用，有效地彌補了傳統(tǒng)飛行平臺的不足，更好地滿足低空航空測繪應(yīng)用需求，在未來有較好的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。

2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國外在航空測繪方面的技術(shù)發(fā)展已相當成熟，特別是在歐美國家已經(jīng)形成了高、中、低空三位一體的航空測繪體系。不僅如此，由于國外對無人直升機在航空測繪領(lǐng)域應(yīng)用的研究開始較早，無人直升機在國外已經(jīng)有相當規(guī)模的應(yīng)用，比較著名的無人直升機測繪平臺有英國的MD4多旋翼無人機和瑞典的Mongoose無人直升機，如圖1所示。圖1MD4多旋翼無人機和Mongoose無人直升機國內(nèi)經(jīng)過幾十年的發(fā)展也已經(jīng)初步建成了高、中、低空三位一體的航空測繪體系。我國無人直升機在航空測繪領(lǐng)域應(yīng)用方面的起步雖然較晚，但發(fā)展迅速，國內(nèi)比較著名的無人直升機測繪平臺有大疆公司的航拍測繪無人機筋斗云S1000+和中國直升機設(shè)計研究所的AV500無人直升機，如圖2所示。

3無人直升機的特點及其在測繪領(lǐng)域的優(yōu)勢

3.1我國航空測繪任務(wù)的特點及需求分析

我國航空測繪任務(wù)主要集中在國家基礎(chǔ)測繪和應(yīng)急救援測繪兩方面。其中，國家基礎(chǔ)測繪任務(wù)主要是測制和更新國家基本比例尺地形圖等，建立、更新基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)。而我國地理面積廣闊，面積達到9.6×106km2，其基礎(chǔ)測繪任務(wù)繁重，且由于我國西部地區(qū)多為山區(qū)，地理環(huán)境復(fù)雜、海拔高，使得基礎(chǔ)測繪任務(wù)實施困難。應(yīng)急救援測繪任務(wù)主要是為高效有序地應(yīng)對突發(fā)自然災(zāi)害和事故災(zāi)難提供地圖、基礎(chǔ)地理信息等。我國是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，且正處于城鎮(zhèn)化大發(fā)展階段，測繪地理信息服務(wù)對防災(zāi)減災(zāi)和災(zāi)害應(yīng)對至關(guān)重要。根據(jù)我國應(yīng)急測繪工作流程可知，當發(fā)生重大災(zāi)情后，必須迅速執(zhí)行測繪任務(wù)，提供有效的地理信息保障，這就要求應(yīng)急測繪任務(wù)必須有快速響應(yīng)的能力，并且災(zāi)區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜、天氣惡劣，這對飛行平臺提出了很高的機動性和抗風性的要求，不但如此，由于地理環(huán)境復(fù)雜，可以安全起降的平臺較少，這對飛機的起降能力提出了很高的要求。根據(jù)航空測繪的任務(wù)特點可知，航空測繪飛行平臺的使用需求有以下5個方面要求：

（1）飛行平臺需具有較好的機動性，以滿足沿地形起伏飛行（地形跟隨或匹配飛行）的航空測繪要求；

（2）飛行平臺需具有較長的續(xù)航時間，以滿足長時間的航空測繪任務(wù)要求，保證測繪效率；

（3）飛行平臺需具有嚴格執(zhí)行按任務(wù)規(guī)劃航線進行飛行的能力，特別是在復(fù)雜航跡下的精確飛行能力，以滿足高精度航空測繪的要求；

（4）飛行平臺需具有較強的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在復(fù)雜環(huán)境（溫差較大環(huán)境、鹽霧環(huán)境、雨雪環(huán)境、沙塵環(huán)境）下起降和使用，同時需具有較強抗風能力，在有風條件下仍能嚴格執(zhí)行按規(guī)劃航線進行飛行的能力；

（5）飛行平臺在滿足性能要求的情況下，應(yīng)保證其成本和維護成本足夠低。

3.2無人直升機的特點及優(yōu)勢分析

無人直升機具有獨特的飛行性能，這使得無人直升機在航空測繪領(lǐng)域有著無可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢，具體有以下5個方面：

（1）無人直升機沒有載人條件的限制，不需要考慮飛行員的生理需求和承受能力，其機動性和續(xù)航時間可以大大超過有人機，并且不需考慮人員傷亡風險。

（2）無人直升機安裝高集成、高智能的飛控系統(tǒng)后可實現(xiàn)高精度自動航線飛行、自主避障、自主規(guī)劃航線等能力。而對于大面積的航空測繪而言，任務(wù)性質(zhì)繁瑣無味，無人直升機的自主能力可以大大減輕操作人員的工作壓力，提高了航空測繪的效率。其次，無人直升機高精度航線飛行能力有效地減少了有人機航線飛行時因飛行員的人為操作失誤而導(dǎo)致的精度誤差問題，提高了航空測繪精度。

（3）無人直升機無駕駛艙和載人條件限制，可省去座艙、座椅、環(huán)控系統(tǒng)等與飛行員和乘員相關(guān)的設(shè)施，整機尺寸大幅度減小。這使得無人直升機的運輸相較于有人機而言更方便，一旦需要進行應(yīng)急測繪任務(wù)，能夠比有人機更快地響應(yīng)上級指示。

（4）無人直升機可垂直起降、空中懸停，朝任意方向飛行，可對需要進行詳細測繪的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)長時間近距離的拍攝測繪，并且無人直升機對著陸場地要求低，能夠在有人機不能起降的地區(qū)進行起降。

（5）無人直升機與有人機相比，價格與維護費用更低，效費比與使用頻率更高。

4航空測繪無人直升機應(yīng)用分析

航空測繪無人直升機系統(tǒng)由無人直升機平臺、測控系統(tǒng)、航空測繪任務(wù)設(shè)備及衛(wèi)星通信系統(tǒng)等組成，具體組成如圖3所示。航空測繪無人直升機系統(tǒng)的應(yīng)用原理主要是通過無人直升機執(zhí)行航空測繪任務(wù)時，將拍攝到的影像信息點對點發(fā)送至地面測控站，地面數(shù)據(jù)處理設(shè)備將影像信息進行處理得到所需測繪結(jié)果，地面測控站內(nèi)的衛(wèi)星通信分系統(tǒng)將測繪成果傳送至通信衛(wèi)星，衛(wèi)星把接收到的數(shù)據(jù)分發(fā)給測繪中心或應(yīng)急指揮中心基站。無人直升機平臺的飛行控制由現(xiàn)場地面測控站機組人員執(zhí)行，衛(wèi)星通信分系統(tǒng)（異地）可以根據(jù)需要通過通信衛(wèi)星共享測繪成果。工作過程包括：

（1）下達測繪任務(wù)，根據(jù)測繪任務(wù)的特點需要，選配相應(yīng)的航空測繪任務(wù)設(shè)備；

（2）專用載車將無人直升機運送至測繪區(qū)域附近合適位置，進行起飛前的準備工作，由地面起飛，地面測控站發(fā)出控制指令引導(dǎo)無人直升機飛行至工作區(qū)域上空；

（3）無人直升機接收地面控制指令，執(zhí)行航空測繪任務(wù)，并將測繪影像及自身狀態(tài)信息發(fā)送給地面測控站，經(jīng)地面數(shù)據(jù)處理，得到所需測繪結(jié)果；

（4）地面測控站通過光纖將航空測繪成果傳送給衛(wèi)星通信系統(tǒng)指揮中心基站；（5）衛(wèi)星通信分系統(tǒng)通過指揮中心基站與通信衛(wèi)星之間進行信息交互，實時將航空測繪成果通過通信衛(wèi)星發(fā)送給測繪中心或應(yīng)急指揮中心，并通過衛(wèi)星電話接受指揮中心的任務(wù)指令，使用專用數(shù)據(jù)鏈路可保證高質(zhì)量、高可靠的數(shù)據(jù)交互，其整個系統(tǒng)組成如圖4所示。其中，航空測繪無人直升機的遙控遙測通過地面測控站完成，一旦無人直升機飛出測控站的操控范圍，鏈路將斷開，無人直升機無法得到有效控制，因此，無人直升機的測繪半徑受限于測控站的測控范圍。對于大面積的航空測繪任務(wù)，為最大化地提高無人直升機的測繪效率，以方形測繪地區(qū)為例，建議將測控車放置于方形測繪區(qū)域的中心，無人直升機以測控車為中心做環(huán)形測繪（如圖5所示），這樣可保證測繪區(qū)域的最大化，提高測繪效率。

5結(jié)束語

無人直升機起降簡單、操作靈活，可以垂直起降、空中懸停，滿足航空測繪靈活高效的需求；其次，無載人條件限制，續(xù)航時間及機動性都大大提升，滿足在復(fù)雜環(huán)境下長時間進行航空測繪的需求；另外，無人直升機具有高精度航線飛行，以及自主進行大范圍航空測繪的能力，不但提升了航空測繪的精度，而且十分適合航空測繪這種繁瑣無味的任務(wù)性質(zhì)；最后，無人直升機價格及維護費用相對更低，效費比更高。這些優(yōu)勢有效地彌補了傳統(tǒng)低空航空測繪飛行平臺的不足，更好地滿足低空航空測繪應(yīng)用需求，在未來有較好的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。

參考文獻

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作者：賁亮亮 王鵬 單位：中航工業(yè)直升機設(shè)計研究所