论文部分内容阅读
摘 要：在进行城市测量过程中，由于受到起飞场地的限制，固定翼飞机的起飞及回收的安全性不能得到保证，所以无法大面积采用。而旋翼无人机由于自身构造特点能够满足城市测量的应用。文章首先介绍了无人机在测量中的优势和应用，随后重点介绍了六旋翼无人机的功能和特点，分析了其关键技术，为我国无人机测量技术积累相关经验。
关键词：六旋翼无人机；城市测量；信息获取
目前城市测量的主要方式有：传统测绘、卫星遥感、定点摄像、车载式信息采集、小型无人飞机。城市测量过程中将面临复杂的作业环境，传统的测量方式已经不能适应时代的发展。随着无人机技术的发展，采用无人机对城市进行测量已经成为一种趋势。低空无人机技术现今已经充分应用于定点监控、武警消防、空中检测、地理勘察等领域。而且随着各种相关技术的日益完善，低空无人机逐步发展为小范围、高精度、实时、快速城市测量的重要平台。
一、无人机航测技术的发展
科学技术的发展，尤其是21世纪以来，数字化技术、计算机智能技术的发展，以及无人航空器在微型化方面的突破，使得无人机航测技术成为了现实。无人机是依靠无线遥控技术或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。无人机最早出现在20世纪20年代，最初是用作训练用的靶机，其广泛发展应用是在海湾战争之后。
近年来，随着GPS定位技术的快速发展，自主导航设备愈发的微型化和低廉化，以及无人机制造工艺的日趋成熟，其在民用领域已经逐步推广。数字摄像技术的发展使得航测告别了胶卷时代，并且在成像技术的发展使得无人机航测越发的流行。目前，主流的5000万像素级别的专业数码相机的主机重量已经下降到1千克以下，普通民用无人机的重量也达到了50千克以下，二者结合，使得原本需要军方或者专业航测部门驾驶的有人飞机来进行的情景，从而使有关单位可以实时利用航测资料。
二、六旋翼无人机在城市测量中的运用特点
无人机现今主要分为固定翼式无人机和旋翼式无人机。旋翼式无人机能够垂直起降和空中悬停，能够适应各种场地环境，更有利于获取准确清晰的影像资料。
六旋翼无人机系统主要包括：无人机遥控及接收系统、飞行控制系统、六旋翼无人机平台和机载摄影测量系统等。六旋翼式无人机是旋翼式无人机的一种，它同样具备旋翼式无人机在城市测量的优势，而与其他类型的旋翼式无人机相比时，六旋翼无人机有具有以下优势：
（一）六旋翼无人机整体尺寸，与四旋翼或者八旋翼无人机相比，更加适合城市测量的要求；并且现今的六旋翼无人机机体的结构空间能够搭载高精度的机载摄像机和传感设备，具有极高的性价比优势。
（二）六旋翼无人机的自身重量适中，通过增加旋翼没有显著的增加自身重量，并且通过旋翼提升的动力使得整个无人机显著地提高了退比重，控制系统在系统推力余量较大时可以更好地克服城市复杂环境的干扰。
（三）六旋翼无人机的各个旋翼并非是必不可少的，从理论上的角度来说，其中两个旋翼发生故障时，六旋翼无人机仍然能够保持自身姿态稳定，此时只要通过控制系统对无人机的状态进行调整就能够避免失控的情形出现，极大地提高了整个无人机系统的安全性和可靠性。
三、六旋翼无人机在城市测量中运用的关键技术分析
六旋翼无人机在城市测量中运用的功能模型是：地面站系统对测量地区信息进行航迹规划，随后利用机载摄影测量系统采集信息，采集得到的信息可以存储在机载大容量存储器内或者通过无线传输设备将信息传输到数据节点或者终端。该功能模型的核心结构是六旋翼无人机机体、飞行控制模块、无线数据传输模块和机载摄影测量系统，在模型运行过程中所涉及的关键技术主要有：无人机飞行控制技术、无线数据传输技术、机载摄影测量技术和无人机航迹规划技术等。
无人机飞行控制技术。在利用无人机进行城市测量时，我们首先要保证无人机的安全性、稳定性和可靠性。作为一种微型飞行器，六旋翼无人机系统是一个非线性、多变量、高度耦合的欠驱动系统，其在飞行过程中不仅易受由自身物理特性限制的影响，还非常容易受到气流等外部环境的干扰，尤其是在城市这个高度复杂的环境中。因此，飞行控制技术对保证无人机稳定性、安全性至关重要。六旋翼无人机的飞行控制系统包括三大部分，分别为姿态控制、位置控制和高度控制。首先，利用加速度计和陀螺仪等设备，可以根据飞机运行的角速度和加速度等信息完成对飞机飞行姿态的评估。在此基础上，可以计算出飞机三个姿态的控制参量，从而通过控制电机转速变化实现对无人机姿态的控制。其次，利用光流传感器和GPS，可以获得无人机的速度信息和位置信息，从而实现对无人机的位置控制。此外，利用加速度计、GPS和测距传感器等设备，可以获得无人机的高度反馈信息。而根据信息完成控制掺量的计算，就可以通过控制旋翼转速实现对无人机高度的控制。
无线传输技术。在城市测量中，无人机需要将采集到的数据通过无线传输技术传送到控制平台。对于实时性要求不高的数据，可以先行存储在大容量存储器内，但是一些时效性数据必须通过无线传输数据快速传递出来，主要包括无人机飞行姿态信息、航拍影像及各类传感器的采集信息等，以上数据必须及时传输，以便对无人机进行调节控制。现阶段，在城市测量中，无人机测量系统无线传输技术还面临着诸多问题。第一，无人机无线传输所面临的作业环境中存在大量的电磁干扰，对数据传输的安全产生威胁；第二，传输速率相对较低，暂时无法实现远距离、高效率的实时传输；第三，六旋翼无人机属于微型无人机，其荷载能力有限，一般只能够承载1～2块高性能锂电池，然而为了提高无人机的空中续航时间，提高作业效率，还需要解决无线传输设备的功耗问题。
机载摄影测量技术。由于利用无线传输技术暂时无法完成远距离、高效、实时传输，需要在无人机上搭载摄影测量设备，所以需要采用机载摄影技术。就目前来说，无人机搭载的摄影测量设备往往是传统的微单或者单反相机，其成像质量往往直接决定了城市测量的精确度，是无人机城市测量系统的最为关键的技术。此外，在拍摄的过程中，想要获得高精度的影像信息，还要进行多维度数据和多传感器的融合技术的应用，以便使测量精度得到提高。而利用低空摄影测量，则能够完成对城市重点区域的多角度拍摄，从而获得高分辨率的遥感影像。
无人机航迹规划技术。在城市测量中，不同城市测量任务对像片航向和旁向重叠度有着不同的拍摄测量要求，所以需要无人机按照一定的航迹规划实现多任务跨区域拍摄测量。航迹规划就是指根据一定约束条件，寻找从起始点到目标点并满足某种性能指标的最优飞行轨迹。航迹规划可以说是无人机自主控制飞行最重要的功能特征。主要是按照作业任务要求，根据无人机特性和续航时间进行航线设计，控制无人机的飞行高度、飞行距离和转弯半径等，以满足不同城市测量任务对像片航向、旁向重叠度的要求，并进一步实现多任务跨区域的航迹规划。
四、结语
在城市测量中，六旋翼无人机可以利用飞行控制技术、无线传输技术、机载摄影测量技术、航迹规划技术保证城市测量对安全性、精确度等的眼球。并且随着相关技术的进一步成熟，利用六旋翼无人机不仅能够完成城市测量的任务，还可以承担城市建筑、道路、桥梁等竣工测量任务。
参考文献
[1] 王宗华.浅析无人机在城市规划测量中的运用[J].中华民居（下月刊），2015（01）：259-260.
[2] 王洛飞.无人机低空摄影测量在城市测绘保障中的应用前景[J].测绘与空间地理信息，2014（02）：217-219，222.
[3] 张颖秋.无人机航空摄影测量在地形图测绘中的应用[J].中国分金属矿工业导刊，2015（05）：59-62.
[4] 姬江涛，扈菲菲，贺智涛等.四旋翼无人机在农田信息获取中的应用[J].农机化研究，2013，35（02）：1-4.
关键词：六旋翼无人机；城市测量；信息获取
目前城市测量的主要方式有：传统测绘、卫星遥感、定点摄像、车载式信息采集、小型无人飞机。城市测量过程中将面临复杂的作业环境，传统的测量方式已经不能适应时代的发展。随着无人机技术的发展，采用无人机对城市进行测量已经成为一种趋势。低空无人机技术现今已经充分应用于定点监控、武警消防、空中检测、地理勘察等领域。而且随着各种相关技术的日益完善，低空无人机逐步发展为小范围、高精度、实时、快速城市测量的重要平台。
一、无人机航测技术的发展
科学技术的发展，尤其是21世纪以来，数字化技术、计算机智能技术的发展，以及无人航空器在微型化方面的突破，使得无人机航测技术成为了现实。无人机是依靠无线遥控技术或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。无人机最早出现在20世纪20年代，最初是用作训练用的靶机，其广泛发展应用是在海湾战争之后。
近年来，随着GPS定位技术的快速发展，自主导航设备愈发的微型化和低廉化，以及无人机制造工艺的日趋成熟，其在民用领域已经逐步推广。数字摄像技术的发展使得航测告别了胶卷时代，并且在成像技术的发展使得无人机航测越发的流行。目前，主流的5000万像素级别的专业数码相机的主机重量已经下降到1千克以下，普通民用无人机的重量也达到了50千克以下，二者结合，使得原本需要军方或者专业航测部门驾驶的有人飞机来进行的情景，从而使有关单位可以实时利用航测资料。
二、六旋翼无人机在城市测量中的运用特点
无人机现今主要分为固定翼式无人机和旋翼式无人机。旋翼式无人机能够垂直起降和空中悬停，能够适应各种场地环境，更有利于获取准确清晰的影像资料。
六旋翼无人机系统主要包括：无人机遥控及接收系统、飞行控制系统、六旋翼无人机平台和机载摄影测量系统等。六旋翼式无人机是旋翼式无人机的一种，它同样具备旋翼式无人机在城市测量的优势，而与其他类型的旋翼式无人机相比时，六旋翼无人机有具有以下优势：
（一）六旋翼无人机整体尺寸，与四旋翼或者八旋翼无人机相比，更加适合城市测量的要求；并且现今的六旋翼无人机机体的结构空间能够搭载高精度的机载摄像机和传感设备，具有极高的性价比优势。
（二）六旋翼无人机的自身重量适中，通过增加旋翼没有显著的增加自身重量，并且通过旋翼提升的动力使得整个无人机显著地提高了退比重，控制系统在系统推力余量较大时可以更好地克服城市复杂环境的干扰。
（三）六旋翼无人机的各个旋翼并非是必不可少的，从理论上的角度来说，其中两个旋翼发生故障时，六旋翼无人机仍然能够保持自身姿态稳定，此时只要通过控制系统对无人机的状态进行调整就能够避免失控的情形出现，极大地提高了整个无人机系统的安全性和可靠性。
三、六旋翼无人机在城市测量中运用的关键技术分析
六旋翼无人机在城市测量中运用的功能模型是：地面站系统对测量地区信息进行航迹规划，随后利用机载摄影测量系统采集信息，采集得到的信息可以存储在机载大容量存储器内或者通过无线传输设备将信息传输到数据节点或者终端。该功能模型的核心结构是六旋翼无人机机体、飞行控制模块、无线数据传输模块和机载摄影测量系统，在模型运行过程中所涉及的关键技术主要有：无人机飞行控制技术、无线数据传输技术、机载摄影测量技术和无人机航迹规划技术等。
无人机飞行控制技术。在利用无人机进行城市测量时，我们首先要保证无人机的安全性、稳定性和可靠性。作为一种微型飞行器，六旋翼无人机系统是一个非线性、多变量、高度耦合的欠驱动系统，其在飞行过程中不仅易受由自身物理特性限制的影响，还非常容易受到气流等外部环境的干扰，尤其是在城市这个高度复杂的环境中。因此，飞行控制技术对保证无人机稳定性、安全性至关重要。六旋翼无人机的飞行控制系统包括三大部分，分别为姿态控制、位置控制和高度控制。首先，利用加速度计和陀螺仪等设备，可以根据飞机运行的角速度和加速度等信息完成对飞机飞行姿态的评估。在此基础上，可以计算出飞机三个姿态的控制参量，从而通过控制电机转速变化实现对无人机姿态的控制。其次，利用光流传感器和GPS，可以获得无人机的速度信息和位置信息，从而实现对无人机的位置控制。此外，利用加速度计、GPS和测距传感器等设备，可以获得无人机的高度反馈信息。而根据信息完成控制掺量的计算，就可以通过控制旋翼转速实现对无人机高度的控制。
无线传输技术。在城市测量中，无人机需要将采集到的数据通过无线传输技术传送到控制平台。对于实时性要求不高的数据，可以先行存储在大容量存储器内，但是一些时效性数据必须通过无线传输数据快速传递出来，主要包括无人机飞行姿态信息、航拍影像及各类传感器的采集信息等，以上数据必须及时传输，以便对无人机进行调节控制。现阶段，在城市测量中，无人机测量系统无线传输技术还面临着诸多问题。第一，无人机无线传输所面临的作业环境中存在大量的电磁干扰，对数据传输的安全产生威胁；第二，传输速率相对较低，暂时无法实现远距离、高效率的实时传输；第三，六旋翼无人机属于微型无人机，其荷载能力有限，一般只能够承载1～2块高性能锂电池，然而为了提高无人机的空中续航时间，提高作业效率，还需要解决无线传输设备的功耗问题。
机载摄影测量技术。由于利用无线传输技术暂时无法完成远距离、高效、实时传输，需要在无人机上搭载摄影测量设备，所以需要采用机载摄影技术。就目前来说，无人机搭载的摄影测量设备往往是传统的微单或者单反相机，其成像质量往往直接决定了城市测量的精确度，是无人机城市测量系统的最为关键的技术。此外，在拍摄的过程中，想要获得高精度的影像信息，还要进行多维度数据和多传感器的融合技术的应用，以便使测量精度得到提高。而利用低空摄影测量，则能够完成对城市重点区域的多角度拍摄，从而获得高分辨率的遥感影像。
无人机航迹规划技术。在城市测量中，不同城市测量任务对像片航向和旁向重叠度有着不同的拍摄测量要求，所以需要无人机按照一定的航迹规划实现多任务跨区域拍摄测量。航迹规划就是指根据一定约束条件，寻找从起始点到目标点并满足某种性能指标的最优飞行轨迹。航迹规划可以说是无人机自主控制飞行最重要的功能特征。主要是按照作业任务要求，根据无人机特性和续航时间进行航线设计，控制无人机的飞行高度、飞行距离和转弯半径等，以满足不同城市测量任务对像片航向、旁向重叠度的要求，并进一步实现多任务跨区域的航迹规划。
四、结语
在城市测量中，六旋翼无人机可以利用飞行控制技术、无线传输技术、机载摄影测量技术、航迹规划技术保证城市测量对安全性、精确度等的眼球。并且随着相关技术的进一步成熟，利用六旋翼无人机不仅能够完成城市测量的任务，还可以承担城市建筑、道路、桥梁等竣工测量任务。
参考文献
[1] 王宗华.浅析无人机在城市规划测量中的运用[J].中华民居（下月刊），2015（01）：259-260.
[2] 王洛飞.无人机低空摄影测量在城市测绘保障中的应用前景[J].测绘与空间地理信息，2014（02）：217-219，222.
[3] 张颖秋.无人机航空摄影测量在地形图测绘中的应用[J].中国分金属矿工业导刊，2015（05）：59-62.
[4] 姬江涛，扈菲菲，贺智涛等.四旋翼无人机在农田信息获取中的应用[J].农机化研究，2013，35（02）：1-4.