固定翼和多旋翼无人机航测技术对比和分析

赵旭

摘 要 在测绘行业中，无人机应用在航测领域越来越广泛，航测无人机具有机动性较强、负载多样性、对各类地形适应性强的优点，航测无人机可以由固定翼或者多旋翼做载机，它们在航测领域中有着不同的特点和技术优势。

【关键词】固定翼 多旋翼 无人机 航测

航空摄影测量技术指飞机携带摄影器材对地面进行拍摄，拍摄的照片要有一定重复率，根据摄影器材的传感器尺寸，飞机飞行高度，照片重复率等参数，利用空中三角形计算将这些照片处理分析后，得到该区域的地形图。早期对于地理信息进行测量，是通过通用航空测绘和卫星遥感应用，由于通用航空飞机很难做到高精度低空速的飞行，并且没有专业控制的地面站，无法精确对信息采集点精确控制；而卫星遥感主要是大比例低分辨遥感测量，分辨率较低。随着无人机技术的发展，无人机应用到航空测量越来越广泛，通过专业的地面站分析规划可以控制无人机非常精確的对测量区域进行测绘，制作出来的地形图影像质量较高，甚至可以做到1厘米的分辨率，是卫星遥感等高空测量做不到的，所以在低空高精度测绘方面，从成本、精度、场地等方面考虑，无人机航测已经逐步取代通用航空飞机航测。

无人机航测技术是通过无线通信技术、飞行控制器和计算机对无人机进行远程控制，一般由无线电遥控设备、飞行控制器、机载摄影设备、载机、地面站等构成，作业流程通常从作业区域卫星图分析，地面站对作业区域进行航线规划，设置机载摄影照片重复率（航线拍照距离间隔和拍照时间间隔），起飞控制和返航控制等几个方面入手。在实际应用中，对于使用固定翼或者多旋翼作为载机的争论一直没有停止过，这两种机型在都有明显的优点和缺点，本文就这两种机型在航测领域中应用的特点进行对比和分析。

1 固定翼航测无人机

固定翼无人机从结构部分来看有常规布局、飞翼布局、V尾布局等，目前固定翼航测无人机都使用常规布局固定翼无人机，这种布局的无人机制作、调试和控制都很简单，但巡航稳定性和续航时间不如飞翼布局的无人机，早期飞翼布局的无人机的飞行控制器设计较为复杂，控制起来不如常规布局无人机简单，随着飞行控制器的不断升级和发展，目前飞翼布局无人机应用在航测中也逐渐成为主力，比如常见的天行者X5、X8机型都是各大厂商航测机的载机类型之一。固定翼航测无人机的作业效率非常高，源于其无人机气动效率较高；其续航时间较长，故飞行距离较远，有些油动固定翼无人机甚至可以作业长达数小时；飞行速度较快，飞行高度较高，由于固定翼获得升力来源于机翼上下空气流动导致的压差和气流冲击效应，所以固定翼航测无人机在高原空气密度较低的环境中仍可以可靠应用。

但是固定翼无人机也有多缺点，如飞行过程中无法做过多机动性动作，无法悬停，对航测机载影像设备要求较高，需要空速传感器，增加飞行控制器的设计难度，飞翼布局的航测无人机转弯半径过大容易失速，浪费过多续航时间和照片。以上是固定翼无人机本身的一些缺陷，而对于工作环境来讲，固定翼无人机起飞需要跑道或者弹射架，飞机爬升一定高度需要一片空旷区域，不能做到垂直起降，飞机降落需要伞降或者滑跑降落，降落精度和安全性不高。

2 多旋翼航测无人机

多旋翼无人机是主要是利用气流冲击效应，螺旋桨向下冲击空气使得空气对旋翼产生反作用力得到的升力，拿四旋翼无人机来讲，X型布局的四旋翼获得向前向后的推力是前后两个电动机转速不一致造成的，比如后面两个电动机转速较高，前面两个电动机转速较低，那么后面的旋翼获得的升力比前面的旋翼获得的升力大，使得无人机向前飞行。通过飞行控制器的辅助控制，改变每个旋翼的转速可以精确的控制无人机姿态，如悬停、旋转、翻滚等动作，多旋翼无人机在航测领域特别是城市三维建模中具有非常明显的优势，其飞行稳定、定位精确、动力充足、可携带记载设备较多，使得多旋翼无人机可挂载多个摄影设备，比如正摄影像和45°倾斜摄影等。由于其飞行较为稳定，可以垂直起降，所以在城市或者地形较为复杂区域应用较为广泛，六旋翼以上机型在飞行控制器的支持下甚至可以做到一个旋翼出故障仍可以有效控制无人机返航，在无人机飞手训练中可以明显看出多旋翼无人机在飞行控制器和GPS定位的辅助控制下可以迅速上手，易于控制。

而相对于固定翼无人机而言，多旋翼无人机作为航测载机的缺点也是非常明显的，其飞行效率较低，由于多旋翼是由多个电动机组成，造成其续航时间较短，航程也相应降低，由于动力设备较多，造成其成本较高。在高原空气密度较低的环境中，旋翼获得的推力明显下降，效率和安全性大大降低。

3 总结

从以上的分析和对比来看，固定翼无人机和多旋翼无人机在航测中的应用领域不尽相同，固定翼航测无人机主要面向大面积长航时测绘使用，多旋翼航测无人机主要应用在城市三维建模、小面积高精度测绘使用。随着科技的发展，有些公司开始研发固定翼垂直起降技术，如常规布局的固定翼加装多旋翼装置，使得固定翼可以垂直爬升到一定高度后切换到固定翼模式进行飞行；飞翼布局无人机通过加装稳定性装置垂直起飞后平稳过渡等可以弥补固定翼无人机的某些缺点，不过固定翼加装多旋翼装置仍无法长时间工作在多旋翼状态，其目的是让固定翼可以垂直起降适应更多场地，航测时工作状态仍是以固定翼飞行为主，所以这两种机型仍然在各自擅长的领域中发挥其优势。

参考文献

[1]任志勇.无人机航测技术的应用实践及可行性分析[J].甘肃科技，2014（06）.

[2]柏飞.影响无人机航测高程精度分析[J].测绘技术装备，2014（03）.

[3]姜毅.无人机航测数据质量检测及成果应用[J].智能城市，2017（03）.

作者单位

吉林化工学院 吉林省吉林市 132102endprint