摘 要：在進(jìn)行城市測量過程中，由于受到起飛場地的限制，固定翼飛機(jī)的起飛及回收的安全性不能得到保證，所以無法大面積采用。而旋翼無人機(jī)由于自身構(gòu)造特點(diǎn)能夠滿足城市測量的應(yīng)用。文章首先介紹了無人機(jī)在測量中的優(yōu)勢和應(yīng)用，隨后重點(diǎn)介紹了六旋翼無人機(jī)的功能和特點(diǎn)，分析了其關(guān)鍵技術(shù)，為我國無人機(jī)測量技術(shù)積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：六旋翼無人機(jī)；城市測量；信息獲取

目前城市測量的主要方式有：傳統(tǒng)測繪、衛(wèi)星遙感、定點(diǎn)攝像、車載式信息采集、小型無人飛機(jī)。城市測量過程中將面臨復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，傳統(tǒng)的測量方式已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用無人機(jī)對城市進(jìn)行測量已經(jīng)成為一種趨勢。低空無人機(jī)技術(shù)現(xiàn)今已經(jīng)充分應(yīng)用于定點(diǎn)監(jiān)控、武警消防、空中檢測、地理勘察等領(lǐng)域。而且隨著各種相關(guān)技術(shù)的日益完善，低空無人機(jī)逐步發(fā)展為小范圍、高精度、實(shí)時(shí)、快速城市測量的重要平臺。

一、無人機(jī)航測技術(shù)的發(fā)展

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是21世紀(jì)以來，數(shù)字化技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能技術(shù)的發(fā)展，以及無人航空器在微型化方面的突破，使得無人機(jī)航測技術(shù)成為了現(xiàn)實(shí)。無人機(jī)是依靠無線遙控技術(shù)或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。無人機(jī)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代，最初是用作訓(xùn)練用的靶機(jī)，其廣泛發(fā)展應(yīng)用是在海灣戰(zhàn)爭之后。

近年來，隨著GPS定位技術(shù)的快速發(fā)展，自主導(dǎo)航設(shè)備愈發(fā)的微型化和低廉化，以及無人機(jī)制造工藝的日趨成熟，其在民用領(lǐng)域已經(jīng)逐步推廣。數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)的發(fā)展使得航測告別了膠卷時(shí)代，并且在成像技術(shù)的發(fā)展使得無人機(jī)航測越發(fā)的流行。目前，主流的5000萬像素級別的專業(yè)數(shù)碼相機(jī)的主機(jī)重量已經(jīng)下降到1千克以下，普通民用無人機(jī)的重量也達(dá)到了50千克以下，二者結(jié)合，使得原本需要軍方或者專業(yè)航測部門駕駛的有人飛機(jī)來進(jìn)行的情景，從而使有關(guān)單位可以實(shí)時(shí)利用航測資料。

二、六旋翼無人機(jī)在城市測量中的運(yùn)用特點(diǎn)

無人機(jī)現(xiàn)今主要分為固定翼式無人機(jī)和旋翼式無人機(jī)。旋翼式無人機(jī)能夠垂直起降和空中懸停，能夠適應(yīng)各種場地環(huán)境，更有利于獲取準(zhǔn)確清晰的影像資料。

六旋翼無人機(jī)系統(tǒng)主要包括：無人機(jī)遙控及接收系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、六旋翼無人機(jī)平臺和機(jī)載攝影測量系統(tǒng)等。六旋翼式無人機(jī)是旋翼式無人機(jī)的一種，它同樣具備旋翼式無人機(jī)在城市測量的優(yōu)勢，而與其他類型的旋翼式無人機(jī)相比時(shí)，六旋翼無人機(jī)有具有以下優(yōu)勢：

（一）六旋翼無人機(jī)整體尺寸，與四旋翼或者八旋翼無人機(jī)相比，更加適合城市測量的要求；并且現(xiàn)今的六旋翼無人機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)空間能夠搭載高精度的機(jī)載攝像機(jī)和傳感設(shè)備，具有極高的性價(jià)比優(yōu)勢。

（二）六旋翼無人機(jī)的自身重量適中，通過增加旋翼沒有顯著的增加自身重量，并且通過旋翼提升的動(dòng)力使得整個(gè)無人機(jī)顯著地提高了退比重，控制系統(tǒng)在系統(tǒng)推力余量較大時(shí)可以更好地克服城市復(fù)雜環(huán)境的干擾。

（三）六旋翼無人機(jī)的各個(gè)旋翼并非是必不可少的，從理論上的角度來說，其中兩個(gè)旋翼發(fā)生故障時(shí)，六旋翼無人機(jī)仍然能夠保持自身姿態(tài)穩(wěn)定，此時(shí)只要通過控制系統(tǒng)對無人機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整就能夠避免失控的情形出現(xiàn)，極大地提高了整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

三、六旋翼無人機(jī)在城市測量中運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)分析

六旋翼無人機(jī)在城市測量中運(yùn)用的功能模型是：地面站系統(tǒng)對測量地區(qū)信息進(jìn)行航跡規(guī)劃，隨后利用機(jī)載攝影測量系統(tǒng)采集信息，采集得到的信息可以存儲在機(jī)載大容量存儲器內(nèi)或者通過無線傳輸設(shè)備將信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)或者終端。該功能模型的核心結(jié)構(gòu)是六旋翼無人機(jī)機(jī)體、飛行控制模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和機(jī)載攝影測量系統(tǒng)，在模型運(yùn)行過程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：無人機(jī)飛行控制技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、機(jī)載攝影測量技術(shù)和無人機(jī)航跡規(guī)劃技術(shù)等。

無人機(jī)飛行控制技術(shù)。在利用無人機(jī)進(jìn)行城市測量時(shí)，我們首先要保證無人機(jī)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。作為一種微型飛行器，六旋翼無人機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)非線性、多變量、高度耦合的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其在飛行過程中不僅易受由自身物理特性限制的影響，還非常容易受到氣流等外部環(huán)境的干擾，尤其是在城市這個(gè)高度復(fù)雜的環(huán)境中。因此，飛行控制技術(shù)對保證無人機(jī)穩(wěn)定性、安全性至關(guān)重要。六旋翼無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)包括三大部分，分別為姿態(tài)控制、位置控制和高度控制。首先，利用加速度計(jì)和陀螺儀等設(shè)備，可以根據(jù)飛機(jī)運(yùn)行的角速度和加速度等信息完成對飛機(jī)飛行姿態(tài)的評估。在此基礎(chǔ)上，可以計(jì)算出飛機(jī)三個(gè)姿態(tài)的控制參量，從而通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速變化實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)姿態(tài)的控制。其次，利用光流傳感器和GPS，可以獲得無人機(jī)的速度信息和位置信息，從而實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的位置控制。此外，利用加速度計(jì)、GPS和測距傳感器等設(shè)備，可以獲得無人機(jī)的高度反饋信息。而根據(jù)信息完成控制摻量的計(jì)算，就可以通過控制旋翼轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)高度的控制。

無線傳輸技術(shù)。在城市測量中，無人機(jī)需要將采集到的數(shù)據(jù)通過無線傳輸技術(shù)傳送到控制平臺。對于實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)，可以先行存儲在大容量存儲器內(nèi)，但是一些時(shí)效性數(shù)據(jù)必須通過無線傳輸數(shù)據(jù)快速傳遞出來，主要包括無人機(jī)飛行姿態(tài)信息、航拍影像及各類傳感器的采集信息等，以上數(shù)據(jù)必須及時(shí)傳輸，以便對無人機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。現(xiàn)階段，在城市測量中，無人機(jī)測量系統(tǒng)無線傳輸技術(shù)還面臨著諸多問題。第一，無人機(jī)無線傳輸所面臨的作業(yè)環(huán)境中存在大量的電磁干擾，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩a(chǎn)生威脅；第二，傳輸速率相對較低，暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高效率的實(shí)時(shí)傳輸；第三，六旋翼無人機(jī)屬于微型無人機(jī)，其荷載能力有限，一般只能夠承載1～2塊高性能鋰電池，然而為了提高無人機(jī)的空中續(xù)航時(shí)間，提高作業(yè)效率，還需要解決無線傳輸設(shè)備的功耗問題。

機(jī)載攝影測量技術(shù)。由于利用無線傳輸技術(shù)暫時(shí)無法完成遠(yuǎn)距離、高效、實(shí)時(shí)傳輸，需要在無人機(jī)上搭載攝影測量設(shè)備，所以需要采用機(jī)載攝影技術(shù)。就目前來說，無人機(jī)搭載的攝影測量設(shè)備往往是傳統(tǒng)的微單或者單反相機(jī)，其成像質(zhì)量往往直接決定了城市測量的精確度，是無人機(jī)城市測量系統(tǒng)的最為關(guān)鍵的技術(shù)。此外，在拍攝的過程中，想要獲得高精度的影像信息，還要進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)和多傳感器的融合技術(shù)的應(yīng)用，以便使測量精度得到提高。而利用低空攝影測量，則能夠完成對城市重點(diǎn)區(qū)域的多角度拍攝，從而獲得高分辨率的遙感影像。

無人機(jī)航跡規(guī)劃技術(shù)。在城市測量中，不同城市測量任務(wù)對像片航向和旁向重疊度有著不同的拍攝測量要求，所以需要無人機(jī)按照一定的航跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)多任務(wù)跨區(qū)域拍攝測量。航跡規(guī)劃就是指根據(jù)一定約束條件，尋找從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)并滿足某種性能指標(biāo)的最優(yōu)飛行軌跡。航跡規(guī)劃可以說是無人機(jī)自主控制飛行最重要的功能特征。主要是按照作業(yè)任務(wù)要求，根據(jù)無人機(jī)特性和續(xù)航時(shí)間進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，控制無人機(jī)的飛行高度、飛行距離和轉(zhuǎn)彎半徑等，以滿足不同城市測量任務(wù)對像片航向、旁向重疊度的要求，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多任務(wù)跨區(qū)域的航跡規(guī)劃。

四、結(jié)語

在城市測量中，六旋翼無人機(jī)可以利用飛行控制技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、機(jī)載攝影測量技術(shù)、航跡規(guī)劃技術(shù)保證城市測量對安全性、精確度等的眼球。并且隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，利用六旋翼無人機(jī)不僅能夠完成城市測量的任務(wù)，還可以承擔(dān)城市建筑、道路、橋梁等竣工測量任務(wù)。

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