第一章概論 無人機地面站與任務(wù)規(guī)劃目錄1.1無人機系統(tǒng)組成 1.1.1載機平臺 1.1.2控制系統(tǒng) 1.1.3通信系統(tǒng) 1.1.4任務(wù)載荷 1.1.5發(fā)射、回收、輔助系統(tǒng)1.2無人機地面站系統(tǒng) 1.2.1無人機地面站系統(tǒng)概念 1.2.2無人機地面站系統(tǒng)的發(fā)展與分類 1.3無人機任務(wù)規(guī)劃 1.3.1軍用無人機任務(wù)規(guī)劃 1.3.2民用無人機任務(wù)規(guī)劃 1.1無人機系統(tǒng)組成（1）了解無人機各系統(tǒng)組成（2）掌握無人機地面站系統(tǒng)的概念、發(fā)展與分類（3）掌握無人機任務(wù)規(guī)劃的概念知識

目標(biāo)

31.1無人機系統(tǒng)組成內(nèi)容框架圖1.1.1載機平臺

41.1無人機系統(tǒng)組成無人機是無人駕駛飛機的簡稱(UAV--UnmannedAerialVehicle)，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛行器。一般來說，無人機的系統(tǒng)組成包括：載機平臺、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、任務(wù)載荷、發(fā)射、回收、輔助系統(tǒng)。

4載機平臺是搭載相關(guān)無人機設(shè)備的空中平臺，其主要使用重于空氣的動力驅(qū)動航空器，也有的少數(shù)無人飛行器也采用比空氣輕的飛行器，如無人飛艇。常用的載機平臺包括直升機、固定翼機、多旋翼、傘翼機、撲翼機、飛艇以及近年來興起并流行使用的復(fù)合翼垂直起降飛行器等1.1無人機系統(tǒng)組成1.1.1載機平臺

5從左至右依次為固定翼、多旋翼、直升機1.1無人機系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)是無人機得以被地面人員操縱以及自主執(zhí)行任務(wù)的核心，無人機的控制系統(tǒng)包括導(dǎo)航飛控系統(tǒng)和地面站系統(tǒng)。導(dǎo)航飛控系統(tǒng)用于實現(xiàn)無人機的自主穩(wěn)定可控飛行，包括導(dǎo)航子系統(tǒng)和飛控子系統(tǒng)兩部分；地面站系統(tǒng)用于實現(xiàn)無人機的指揮控制與任務(wù)規(guī)劃。1.1.2控制系統(tǒng)61.1無人機系統(tǒng)組成1.1.3通信系統(tǒng)7無人機的通信系統(tǒng)也稱通信鏈路、數(shù)據(jù)鏈，是用于傳輸無人機系統(tǒng)控制、非載荷信息通迅、載荷信息通訊等信號的無線電鏈路。無人機的通信鏈路主要有點對點鏈路和多點通信鏈路兩種，在通信方式上屬于雙向通信鏈路。1.1無人機系統(tǒng)組成根據(jù)無人機執(zhí)行不同任務(wù)的需要，可在載機平臺上加載相應(yīng)的任務(wù)載荷。常用的無人機任務(wù)載荷有航拍相機（云臺）、農(nóng)業(yè)噴灑系統(tǒng)、航測相機、多光譜吊艙，激光雷達(dá)、照明設(shè)備、擴音設(shè)備以及通信中繼設(shè)備等。1.1.4任務(wù)載荷8無人機任務(wù)吊艙1.1無人機系統(tǒng)組成無人機的正常運行離不開發(fā)射、回收及其他輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含彈射架、發(fā)射容器、投射母機、傘降系統(tǒng)、攔阻網(wǎng)（繩）系統(tǒng)以及充電加油運輸?shù)容o助系統(tǒng)。無人機的發(fā)射與回收1.1.5發(fā)射、回收、輔助系統(tǒng)9目錄1.1無人機系統(tǒng)組成 1.1.1載機平臺 1.1.2控制系統(tǒng) 1.1.3通信系統(tǒng) 1.1.4任務(wù)載荷 1.1.5發(fā)射、回收、輔助系統(tǒng)1.2無人機地面站系統(tǒng) 1.2.1無人機地面站系統(tǒng)概念 1.2.2無人機地面站系統(tǒng)的發(fā)展與分類 1.3無人機任務(wù)規(guī)劃 1.3.1軍用無人機任務(wù)規(guī)劃 1.3.2民用無人機任務(wù)規(guī)劃 1.2無人機地面站系統(tǒng)概念

無人機地面站系統(tǒng)專門用于對無人機進行地面指揮、控制與管理，主要功能包括單個無人機、同型號無人機群以及不同型號無人機聯(lián)合機群的統(tǒng)一指揮及空中調(diào)度，無人機任務(wù)的預(yù)先及實施規(guī)劃，無人機載機系統(tǒng)及任務(wù)載荷的操縱控制，實時監(jiān)測飛機及載荷的工作狀態(tài)，對飛行過程及有關(guān)部件運行狀態(tài)、故障記錄、分析、告警，實施與所轄無人機或者其他無人機系統(tǒng)及地面站之間的通信或者通信中繼等。1.2.1無人機地面站系統(tǒng)概念111.2無人機地面站系統(tǒng)1.2.2無人機地面站系統(tǒng)的發(fā)展與分類12地面站系統(tǒng)從最原始的有線控制演變成現(xiàn)在的集群化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制模式。目前，無人機地面站一般根據(jù)系統(tǒng)規(guī)?？煞譃榇笮蛻?zhàn)術(shù)地面站、中小型移動地面站和微型便攜地面站。大型戰(zhàn)術(shù)地面站專門用于在戰(zhàn)場后方通過衛(wèi)星中繼超遠(yuǎn)程控制大型無人機或者無人機戰(zhàn)術(shù)群。中小型移動地面站在軍事和民用無人機領(lǐng)域應(yīng)用，一般由小型車輛裝載。微型便攜地面站是現(xiàn)在絕大多數(shù)民用無人機采用的地面站，其將地面站系統(tǒng)軟硬件集成于筆記本大小的手提箱中，有些地面站甚至只有普通手機大小。目錄1.1無人機系統(tǒng)組成 1.1.1載機平臺 1.1.2控制系統(tǒng) 1.1.3通信系統(tǒng) 1.1.4任務(wù)載荷 1.1.5發(fā)射、回收、輔助系統(tǒng)1.2無人機地面站系統(tǒng) 1.2.1無人機地面站系統(tǒng)概念 1.2.2無人機地面站系統(tǒng)的發(fā)展與分類 1.3無人機任務(wù)規(guī)劃 1.3.1軍用無人機任務(wù)規(guī)劃 1.3.2民用無人機任務(wù)規(guī)劃 1.3無人機任務(wù)規(guī)劃041.3.1軍用無人機任務(wù)規(guī)劃14無人機起源于軍事應(yīng)用，而無人機任務(wù)規(guī)劃的概念也脫胎自軍事術(shù)語。軍用無人機任務(wù)規(guī)劃稱為無人作戰(zhàn)飛機航跡規(guī)劃，是指根據(jù)地圖測繪和衛(wèi)星偵察提供的戰(zhàn)區(qū)地圖資料、敵防空系統(tǒng)部署情報，在綜合考慮無人機性能參數(shù)、作戰(zhàn)時效、飛行區(qū)域氣象環(huán)境及其他外在威脅的前提下，根據(jù)無人機有效載荷量以及作戰(zhàn)任務(wù)的不同對無人機進行合理分配，為無人機規(guī)劃出一條或多條安全系數(shù)最大、突防概率最高、飛行路線或者時間最短的飛行航跡，在該航跡上對有效載荷進行合理控制，并將相關(guān)資源進行實時實地的動態(tài)合理調(diào)配，使確保飛機飛行安全的前提下，最大程度的發(fā)揮有效載荷的作用，在完成各項作戰(zhàn)指標(biāo)后實現(xiàn)安全返航。1.3無人機任務(wù)規(guī)劃導(dǎo)致民用無人機任務(wù)規(guī)劃與軍用有所不同，即依據(jù)地形信息和執(zhí)行任務(wù)的環(huán)境信息，綜合考慮無人機的載重、續(xù)航、升限、穩(wěn)定性、攜帶載荷類型以及任務(wù)區(qū)域地形和氣象特點，按照避開限制風(fēng)險區(qū)域及單架次任務(wù)完成率最高的原則，制定一條或多條最佳飛行航跡，并合理規(guī)劃任務(wù)載荷的使用節(jié)點及方式，使無人機高效安全順利地完成任務(wù)，最終成功回收。1.3.2民用無人機任務(wù)規(guī)劃15民用無人機使用場景及目標(biāo)與軍用無人機有很大區(qū)別。軍用無人機側(cè)重任務(wù)目標(biāo)的完成性及作戰(zhàn)系統(tǒng)的安全性，而民用無人機則更加側(cè)重任務(wù)完成效率及系統(tǒng)經(jīng)濟性。1.1無人機系統(tǒng)組成課后習(xí)題無人機系統(tǒng)由哪些部分組成？01什么是無人機地面站系統(tǒng)？02無人機地面站系統(tǒng)一般如何分類？0316軍用與民用無人機任務(wù)規(guī)劃的區(qū)別是什么？04軍用與民用無人機任務(wù)規(guī)劃的區(qū)別是什么？學(xué)習(xí)愉快!無人機地面站與任務(wù)規(guī)劃第二章無人機地面站系統(tǒng)無人機地面站與任務(wù)規(guī)劃目錄2.1無人機地面站系統(tǒng)原理2.2無人機地面站系統(tǒng)功能

2.3無人機地面站系統(tǒng)配置

2.4無人機地面站系統(tǒng)構(gòu)成 2.2.1指揮調(diào)度 2.2.2任務(wù)規(guī)劃 2.2.3操縱控制 2.2.4顯示監(jiān)控 2.2.5記錄分析 2.2.6通信外聯(lián) 2.3.1指揮處理中 2.3.2系統(tǒng)管理站 2.3.3操作控制站 2.3.4載荷控制站 2.3.5數(shù)據(jù)處理站 2.3.6數(shù)據(jù)鏈終端2.4.1硬件系統(tǒng)2.4.2軟件系統(tǒng)

無人機地面站系統(tǒng)（1）了解無人機地面站系統(tǒng)的基本原理（2）掌握無人機地面站系統(tǒng)的主要功能（3）掌握無人機地面站系統(tǒng)的一般配置（4）了解無人機地面站的軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成知識

目標(biāo)

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無人機地面站系統(tǒng)內(nèi)容框架圖42.1無人機地面站系統(tǒng)原理無人機地面站系統(tǒng)控制著整個系統(tǒng)各項功能的順利實現(xiàn)。首先，無人機通過機載的各種傳感器來獲取飛行器及載荷設(shè)備狀態(tài)信息，將數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)鏈路以預(yù)定的格式傳輸?shù)降孛嬲?。地面站將這些數(shù)據(jù)進行解包存儲處理，一方面將地面人員所需的參數(shù)展現(xiàn)出來，另一方面根據(jù)控制率解算操縱人員的輸入信號，5生成控制指令后通過數(shù)據(jù)鏈路上傳至飛控計算機，飛控計算機處理這些信息，發(fā)出控制指令操縱姿態(tài)和載荷設(shè)備等。2.1無人機地面站系統(tǒng)原理地面站的數(shù)據(jù)鏈路分為上行鏈路和下行鏈路。上行鏈路主要是地面站到無人機控制指令的發(fā)送和接收，下行鏈路完成無人機到地面站的遙測數(shù)據(jù)以及載荷數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，并根據(jù)定位信息的傳輸利用上下行鏈路進行測距。數(shù)據(jù)鏈路是關(guān)鍵的一環(huán)。數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)嵌嗄Ｊ降闹悄芡ㄐ畔到y(tǒng)，能感知其他工作區(qū)域的電磁環(huán)境特征，并根據(jù)環(huán)境特征和通訊要求，實時動態(tài)的調(diào)整通信系統(tǒng)工作參數(shù),如通信協(xié)議、工作頻率、調(diào)制特性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，以達(dá)到可靠通信或節(jié)省通信資源的目的。6目錄2.1無人機地面站系統(tǒng)原理2.2無人機地面站系統(tǒng)功能

2.3無人機地面站系統(tǒng)配置

2.4無人機地面站系統(tǒng)構(gòu)成 2.2.1指揮調(diào)度 2.2.2任務(wù)規(guī)劃 2.2.3操縱控制 2.2.4顯示監(jiān)控 2.2.5記錄分析 2.2.6通信外聯(lián) 2.3.1指揮處理中 2.3.2系統(tǒng)管理站 2.3.3操作控制站 2.3.4載荷控制站 2.3.5數(shù)據(jù)處理站 2.3.6數(shù)據(jù)鏈終端2.4.1硬件系統(tǒng)2.4.2軟件系統(tǒng)2.2無人機地面站系統(tǒng)功能指揮調(diào)度1指揮調(diào)度功能主要包括上級指令接收、系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)、系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)度。上級指令接收是指接收來自于上級指揮機構(gòu)的命令；系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)是指不同無人機地面站系統(tǒng)之間的通訊；系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)度是指本站內(nèi)部各單位及與空中無人機/機群中單機或整體之間的指揮調(diào)度。82.2.1指揮調(diào)度2.2無人機地面站系統(tǒng)功能任務(wù)規(guī)劃2

任務(wù)規(guī)劃功能主要包括飛行航路規(guī)劃與重規(guī)劃、任務(wù)載荷工作規(guī)劃與重規(guī)劃。飛行航路規(guī)劃與重規(guī)劃指對無人機執(zhí)行任務(wù)所經(jīng)航點/航線進行預(yù)先規(guī)劃和針對突發(fā)情況的實時重新規(guī)劃；任務(wù)載荷工作規(guī)劃與重規(guī)劃指在無人機執(zhí)行任務(wù)航線上對任務(wù)載荷的工作情況進行預(yù)先規(guī)劃和實時規(guī)劃。92.2.2任務(wù)規(guī)劃2.2無人機地面站系統(tǒng)功能操縱控制操縱控制功能主要包括起降操縱、飛行控制操作、任務(wù)載荷操作。起降操縱指無人機在起飛/發(fā)射與著陸/回收階段的操縱；飛行控制操作指無人機在空中自動飛行階段的人工操作；任務(wù)載荷操作是地面人員通過無人機數(shù)據(jù)鏈路遠(yuǎn)程控制無人機機載任務(wù)設(shè)備進行作業(yè)。2.2.3操縱控制102.2無人機地面站系統(tǒng)功能顯示監(jiān)控包括飛行狀態(tài)參數(shù)的顯示監(jiān)控、地圖航跡信息顯示監(jiān)控、任務(wù)載荷信息顯示監(jiān)控。其中飛參顯示和航跡顯示對于飛行安全極為關(guān)鍵，是地面人員需要特別關(guān)注的部分，一般的地面站針對這些參數(shù)的非正常變化還提供了警示、預(yù)警和告警功能。垂直起降航空器2.2.4顯示監(jiān)控112.2無人機地面站系統(tǒng)功能記錄分析包括飛參、航跡、載荷及系統(tǒng)內(nèi)部各種信息的記錄，以及這些信息的分析解讀。得益于遙測系統(tǒng)，無人機地面站系統(tǒng)幾乎能夠?qū)⒔邮盏降乃袛?shù)據(jù)信息記錄存儲下來，并提供一系列的分析工具，方便地面人員對飛行情況進行實時和事后分析，相當(dāng)于地面的“黑匣子”。記錄分析2.2.5記錄分析122.2無人機地面站系統(tǒng)功能通信外聯(lián)包括本站空地數(shù)據(jù)鏈控制、本站與外站及設(shè)備通信控制、空中交通管制通信、感知及規(guī)避信息通信。近年來，由于無人機使用量劇增且缺乏監(jiān)管，無人機對航空安全產(chǎn)生了很大的影響，空中交通管制通信和感知及規(guī)避信息通信在無人機領(lǐng)域開始被重視起來。通信外聯(lián)2.2.6通信外聯(lián)13目錄2.1無人機地面站系統(tǒng)原理2.2無人機地面站系統(tǒng)功能

2.3無人機地面站系統(tǒng)配置

2.4無人機地面站系統(tǒng)構(gòu)成 2.2.1指揮調(diào)度 2.2.2任務(wù)規(guī)劃 2.2.3操縱控制 2.2.4顯示監(jiān)控 2.2.5記錄分析 2.2.6通信外聯(lián) 2.3.1指揮處理中 2.3.2系統(tǒng)管理站 2.3.3操作控制站 2.3.4載荷控制站 2.3.5數(shù)據(jù)處理站 2.3.6數(shù)據(jù)鏈終端2.4.1硬件系統(tǒng)2.4.2軟件系統(tǒng)2.3無人機地面站系統(tǒng)配置1指揮處理中指揮處理中心主要是制定無人機飛行任務(wù)、完成無人機機載荷數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。指揮處理中心一般是通過無人機控制站等間接地實現(xiàn)對無人機的控制和數(shù)據(jù)接收。飛機滑翔機2.3.1指揮處理中152.3無人機地面站系統(tǒng)配置系統(tǒng)管理站的主要功能是對整個無人機地面站的軟硬件系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，包括電源管理、油路管理、通信管理、系統(tǒng)自檢及故障告警與分析等。系統(tǒng)管理站2.3.2系統(tǒng)管理站162.3無人機地面站系統(tǒng)配置03操作控制站操作控制站負(fù)責(zé)對無人機的運行進行直接操縱，包括起降操縱、飛行控制兩部分。起降操縱一般采用自主控制、人工遙控或組合控制等方式；飛行控制指通過地面站的數(shù)據(jù)鏈路對無人機實施控制，一般包括舵面遙控、姿態(tài)遙控和指令控制三種方式。2.3.3操作控制站172.3無人機地面站系統(tǒng)配置載荷控制站載荷控制站的運行方式與操作控制站類似，但載荷控制站不能進行無人機的飛行控制，只能單獨控制無人機的任務(wù)載荷設(shè)備。其優(yōu)點在于載荷控制與飛行控制分離，可以減輕飛行控制員的壓力，使得載荷控制更加精確。2.3.4載荷控制站18042.3無人機地面站系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)處理站數(shù)據(jù)處理站用于處理任務(wù)載荷通過數(shù)據(jù)鏈回傳的任務(wù)數(shù)據(jù)信息，如圖片、實時視頻、多光譜數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)點云信息等，將這些信息在本地儲存并按照任務(wù)指標(biāo)要求進行處理后生成作業(yè)成果。2.3.5數(shù)據(jù)處理站192.3無人機地面站系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)鏈終端是整個無人機系統(tǒng)通信的硬件載體，其作用是承載無人機和地面站的無線數(shù)據(jù)通信，并維持這種通信的穩(wěn)定可靠，保證空地指令能夠收發(fā)順暢。數(shù)據(jù)鏈終端2.3.6數(shù)據(jù)鏈終端20目錄2.1無人機地面站系統(tǒng)原理2.2無人機地面站系統(tǒng)功能

2.3無人機地面站系統(tǒng)配置

2.4無人機地面站系統(tǒng)構(gòu)成 2.2.1指揮調(diào)度 2.2.2任務(wù)規(guī)劃 2.2.3操縱控制 2.2.4顯示監(jiān)控 2.2.5記錄分析 2.2.6通信外聯(lián) 2.3.1指揮處理中 2.3.2系統(tǒng)管理站 2.3.3操作控制站 2.3.4載荷控制站 2.3.5數(shù)據(jù)處理站 2.3.6數(shù)據(jù)鏈終端2.4.1硬件系統(tǒng)2.4.2軟件系統(tǒng)2.4無人機地面站系統(tǒng)構(gòu)成地面站的硬件系統(tǒng)可以簡單地分為五個部分，即處理設(shè)備、顯示設(shè)備、操縱設(shè)備、通信設(shè)備和保障設(shè)備。處理設(shè)備一般為微小型計算機，這種計算機的處理速度高，能同時計算處理大量數(shù)據(jù)。顯示設(shè)備一般是一塊或者多塊不同大小的顯示屏，對于小型無人機來說顯示屏可能跟處理設(shè)備是一體的，如手機或者平板電腦，中大型無人機，一般都會有多塊顯示屏來同時顯示多種信息。2.4.1硬件系統(tǒng)222.4無人機地面站系統(tǒng)構(gòu)成操縱設(shè)備可以是遙控器、操縱桿，也可以是軟件虛擬操縱桿，甚至人體姿態(tài)感應(yīng)器（手勢控制）。對于大型無人機地面站還同時配有多種操縱設(shè)備，如起降階段使用外部遙控器，在飛行階段則使用內(nèi)部操縱桿。2.4.1硬件系統(tǒng)232.4無人機地面站系統(tǒng)構(gòu)成通信設(shè)備包括地面端、空中端、中繼器、增益天線、信號自動跟蹤器等。小型無人機的通信設(shè)備受體積和相關(guān)法律的限制一般發(fā)射功率不大，通信距離在幾百米到十幾公里之間，而大型無人機的通信設(shè)備可以采用網(wǎng)絡(luò)通信和衛(wèi)星通信方式，通信距離能達(dá)到幾千公里，甚至做到不受距離限制。保障設(shè)備是為無人機地面站系統(tǒng)運行服務(wù)的，包括相應(yīng)的載體、載具、油料電源供應(yīng)、偽裝防護以及其他保障供應(yīng)設(shè)備等。2.4.1硬件系統(tǒng)242.4無人機地面站系統(tǒng)構(gòu)成地面站系統(tǒng)是無人機飛行地面監(jiān)視、控制和信息處理的綜合系統(tǒng)，是控制無人機飛行姿態(tài)及遙測數(shù)據(jù)參數(shù)實時處理與綜合顯示的系統(tǒng)。它主要完成飛行任務(wù)規(guī)劃和飛行控制，包括飛行姿態(tài)、航跡以及機載沒備狀態(tài)顯示以及飛行數(shù)據(jù)記錄、回放等功能。為操縱人員提供無人機實時飛行數(shù)據(jù)信息和飛行軌跡，指導(dǎo)飛行操縱，監(jiān)控和記錄偵察任務(wù)信息。地面站軟件主要分為四大模塊：用戶界面、串口通信與飛行監(jiān)控、地圖導(dǎo)航和航線規(guī)劃與航跡操作模塊。2.4.2軟件系統(tǒng)252.4無人機地面站系統(tǒng)構(gòu)成2143用戶界面模塊主要需要實現(xiàn)飛行狀況監(jiān)控、飛行實時控制、航線規(guī)劃和航跡回放等功能，一般包含地圖區(qū)、狀態(tài)區(qū)、航線管理區(qū)、飛行控制區(qū)等。空間站串口通信模塊主要實現(xiàn)串口相關(guān)屬性配置、建立與無人機之間的串口連接、實現(xiàn)用戶層串口通信協(xié)議，響應(yīng)操作員的指令、打包發(fā)送命令裝幀、實時接收無人機回傳數(shù)據(jù)并通知主線程更新數(shù)據(jù)顯示等功能。飛行監(jiān)視模塊是通過讀串口接收緩沖區(qū)的無人機狀態(tài)數(shù)據(jù)包，并加以解析顯示在儀表控件上，輔助操作人員了解飛行器的飛行狀況。地圖導(dǎo)航和航線規(guī)劃與航跡操作模塊是無人機地面站軟件中最重要的一個模塊。所有的任務(wù)規(guī)劃基本都是在這個模塊上進行操作的，由于需要在地圖上實時標(biāo)示飛行器的飛行位置、航向、規(guī)劃好的航線和實際歷史軌跡等，地面站軟件還需要實現(xiàn)地圖導(dǎo)航的基本功能。2.4.2軟件系統(tǒng)26

無人機地面站系統(tǒng)課后習(xí)題：1、請簡述無人機地面站系統(tǒng)的基本原理。2、無人機地面站系統(tǒng)有哪些主要功能？3、無人機地面站系統(tǒng)的一般配置包含什么？4、無人機地面站的軟硬件系統(tǒng)由那些部分構(gòu)成？學(xué)習(xí)愉快!無人機地面站與任務(wù)規(guī)劃第三章無人機地面站的使用無人機地面站與任務(wù)規(guī)劃目錄3.1Missonplanner地面站軟件介紹 3.1.1軟件界面 3.1.2軟件功能 3.2Missonplanner地面站使用 3.2.1無人機控制 3.2.2載荷控制 3.2.3飛控參數(shù)調(diào)整 3.2.4任務(wù)規(guī)劃 3.3DJIGSPRO地面站軟件介紹 3.4DJIGSPRO地面站軟件使用 教學(xué)目標(biāo)（1）了解Missonplanner軟件界面及主要功能;（2）掌握Missonplanner地面站的基本使用方法;（3）掌握DJIGSPRO地面站的基本使用方法。知識

目標(biāo)3無人機地面站的使用內(nèi)容框架圖43.1Missonplanner地面站軟件介紹軟件界面MissionPlanner地面站軟件源自于全球最著名的開源飛控ArduPilot項目的一部分。ArduPilot項目是由美國人ChrisAnderson創(chuàng)建的DIYDrones社群于2007年發(fā)起，其首個硬件主體ArduPilotMega由美國3DRobotics公司于2009年正式發(fā)布，而早期的軟件主體包含ArduPlane（固定翼）、ArduCopter（多旋翼），發(fā)展至今又增加了ArduRover（無人車）、ArduBoat（無人船）、ArduBlimp（無人飛艇），同時還能兼容垂直起降復(fù)合翼、傾轉(zhuǎn)旋翼以及自動跟蹤云臺等平臺設(shè)備。2010年8月新西蘭發(fā)燒友MichaelOborne發(fā)布了第一款配合ArduPilot使用的可視化圖形操作界面軟件MissionPlanner。MissonPlanner地面站簡稱MP，是在Windows平臺運行的一款A(yù)PM/PX4飛控硬件專屬地面站。它也是一款完全開放源碼的地面站，用戶可以自行編譯地面站代碼，并修改地面站的界面、結(jié)構(gòu)及功能。53.1Missonplanner地面站軟件介紹（1）軟件加載界面。3.1.1軟件界面63.1Missonplanner地面站軟件介紹（2）地面站主界面。3.1.1軟件界面73.1Missonplanner地面站軟件介紹（3）HUD界面。3.1.1軟件界面8HUD界面部件：①空速（地速，如果沒有安裝空速管）②轉(zhuǎn)彎速率③航向④側(cè)滑角⑤電臺連接信號質(zhì)量⑥GPS時間⑦高度⑧空速⑨地速⑩電池狀態(tài)?人工水平線?模擬飛機水平線?GPS狀態(tài)?水平偏移量?飛行模式3.1Missonplanner地面站軟件介紹04任務(wù)規(guī)劃界面。3.1.1軟件界面93.1Missonplanner地面站軟件介紹（5）固件燒寫界面。3.1.1軟件界面103.1Missonplanner地面站軟件介紹調(diào)參界面(6)3.1.1軟件界面113.1Missonplanner地面站軟件介紹軟件功能MissionPlanner地面站軟件功能比較強大，其主要功能如下：（1）使用地面站操縱界面、命令直接操作無人機及載荷（2）在HUD中融合無人機實施傳回的圖像信號實現(xiàn)FPV飛行（3）實時監(jiān)控?zé)o人機的各種狀態(tài)參數(shù)（4）基于谷歌、高德、騰訊、必應(yīng)等數(shù)字地圖進行靈活快捷的任務(wù)規(guī)劃（5）對所有支持APM和PX4架構(gòu)及Mavlink通訊協(xié)議的飛控硬件進行固件燒寫（6）方便直觀地對無人機進行在線/離線配置和優(yōu)化各類參數(shù)（7）使用專用的PC飛行模擬軟件接口，進行硬件模擬飛行（8）實時記錄無人機遙測日志，隨時進行飛行日志在線/離線的下載和分析3.1.2軟件功能12目錄3.1Missonplanner地面站軟件介紹 3.1.1軟件界面 3.1.2軟件功能 3.2Missonplanner地面站使用 3.2.1無人機控制 3.2.2載荷控制 3.2.3飛控參數(shù)調(diào)整 3.2.4任務(wù)規(guī)劃 3.3DJIGSPRO地面站軟件介紹 3.4DJIGSPRO地面站軟件使用 3.2Missonplanner地面站使用無人機控制3.2.1無人機控制14在MissionPlanner地面站中，可以使用快捷菜單及顯示操作面板實施對無人機的控制3.2Missonplanner地面站使用快捷菜單上有多種選項卡，其中動作、簡單動作以及舵機選項卡可以用來控制無人機，同時對應(yīng)的顯示操縱面板上的命令菜單及按鍵也可以對無人機的發(fā)送控制指令。3.2.1無人機控制153.2Missonplanner地面站使用在動作選項卡下，可以設(shè)置無人機進行解鎖/鎖定操作、自動/手動飛行、暫停/恢復(fù)任務(wù)、留待、轉(zhuǎn)場、返航、任務(wù)開始/跳轉(zhuǎn)、航點參數(shù)設(shè)置等。無人機的控制3.2.1無人機控制163.2Missonplanner地面站使用同時，還可以實時為無人機更改飛行模式，在MissionPlanner地面站中能夠根據(jù)不同的無人機設(shè)置多達(dá)20余種飛行模式，如增穩(wěn)、懸停、留待、返航、自動、跟隨等。無人機控制3.2.1無人機控制173.2Missonplanner地面站使用載荷控制MissionPlanner地面站對載荷的控制有2種方式，即舵機通道動作控制和程序任務(wù)命令控制。舵機通道動作控制是指直接控制觸發(fā)任務(wù)載荷工作的“舵機”通道，這里的“舵機”并非真的有實體舵機在控制任務(wù)載荷，而是沿用了傳統(tǒng)舵機通道使用PWM脈寬控制信號的方式來控制任務(wù)載荷的動作。程序任務(wù)命令控制是指在任務(wù)規(guī)劃界面以預(yù)設(shè)程序命令來控制任務(wù)載荷，這部分內(nèi)容在后面的章節(jié)進行介紹。左圖顯示了10個獨立的“舵機”通道控制菜單，可以單獨調(diào)整每個通道的輸出信號。3.2.2載荷控制183.2Missonplanner地面站使用飛控參數(shù)調(diào)整即調(diào)參，MissionPlanner地面站提供了豐富的調(diào)參選項，針對初級用戶和經(jīng)驗老手還有不同的調(diào)參界面。飛控參數(shù)調(diào)整3.2.3飛控參數(shù)調(diào)整193.2Missonplanner地面站使用基本調(diào)參針對經(jīng)驗不多的初級使用者，能夠調(diào)整的項目很少而且設(shè)置選項均為俯仰、滾轉(zhuǎn)以及油門等感度的直觀選項，用戶僅需左右拖動滑塊即可，大部分設(shè)置由飛控內(nèi)部學(xué)習(xí)算法自動完成。擴展調(diào)參主要針對有一定調(diào)參經(jīng)驗的用戶，相對基本調(diào)參增加了多個PID調(diào)整選項，仍然是一種比較直觀的圖形界面。3.2.3飛控參數(shù)調(diào)整203.2Missonplanner地面站使用MissionPlanner地面站的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、高級參數(shù)、全部參數(shù)表/樹等調(diào)參界面是為具有豐富無人機調(diào)參經(jīng)驗的用戶準(zhǔn)備的，里面包含了幾乎所有跟無人機飛行、硬件設(shè)置及控制算法有關(guān)的參數(shù)。用戶需熟知各種參數(shù)及其選項值的含義和對飛機的影響，否則某一個參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，會導(dǎo)致“牽一發(fā)而動全身”的嚴(yán)重后果。不過如果調(diào)整得當(dāng)，無人機將會成為十分“跟手”“聽話”的智能飛行器。3.2.3飛控參數(shù)調(diào)整213.2Missonplanner地面站使用MissionPlanner地面站的一個最重要的功能就是進行任務(wù)規(guī)劃，通過任務(wù)規(guī)劃可為無人機設(shè)定航線、航點、航點任務(wù)、執(zhí)行方式等，還能夠使用地面站的自動任務(wù)規(guī)劃功能幫助用戶自動生成任務(wù)航線，非常方便。當(dāng)飛行器處于自動（auto）模式時，將按照地面站上傳的任務(wù)航線進行飛行。MissionPlanner地面站的任務(wù)規(guī)劃功能比較強大和豐富，而且得益于代碼開源還預(yù)留有很大的用戶開發(fā)空間。3.2.4任務(wù)規(guī)劃223.2Missonplanner地面站使用在任務(wù)規(guī)劃中設(shè)置起飛點（HomePosition）位置尤為重要。對于多旋翼無人機來說，默認(rèn)起飛點是飛控板首次通電時的記錄的位置，而對于固定翼飛機，該點是GPS第一次鎖定的位置。這意味著如果無人機執(zhí)行返航（RTL）模式，將自動返航到該位置。如果飛控默認(rèn)起飛點位置不佳或者因其他原因不想讓無人機返回這里，可以從右鍵菜單中單獨設(shè)置起飛點位置，或者直接用鼠標(biāo)拖動起飛點至目標(biāo)位置。3.2.4任務(wù)規(guī)劃233.2Missonplanner地面站使用3.2.4任務(wù)規(guī)劃24在航點設(shè)置畫面的下方，有詳細(xì)的航點規(guī)劃及動作，可通過下拉菜單改變航點動作，并可通過地圖鼠標(biāo)拖拉改變航點位置。3.2Missonplanner地面站使用3.2.4任務(wù)規(guī)劃24在航點設(shè)置畫面的下方，有詳細(xì)的航點規(guī)劃及動作，可通過下拉菜單改變航點動作，并可通過地圖鼠標(biāo)拖拉改變航點位置。3.2Missonplanner地面站使用航點命令下拉菜單中包含了大量的航點命令。每種飛行器只執(zhí)行相關(guān)的命令和命令行參數(shù)，不相關(guān)的命令將被忽略不執(zhí)行。航點命令包括Navigation導(dǎo)航命令、DO動作命令和Condition條件命令。Navigation導(dǎo)航命令用于控制無人機移動，包括起飛、移動到航點、改變飛行姿態(tài)、著陸等；DO動作命令用于執(zhí)行不影響飛行位置的輔助功能，比如相機快門，舵機拋投等；Condition條件命令用于延遲DO命令，直至相應(yīng)條件滿足，如無人機達(dá)到指定高度和指定航點的距離條件。對于指定航點，一般先執(zhí)行導(dǎo)航指令，只到完成導(dǎo)航任務(wù)或在航點一定誤差范圍內(nèi)，然后在執(zhí)行一些列動作命令直至條件命令完成。3.2.4任務(wù)規(guī)劃253.2Missonplanner地面站使用航點命令下拉菜單中主要命令如下：WAYPOINT：移動到指定航點SPLINE_WAYPOINT：按照曲線形式航行到指定位置TAKEOFF：起飛指令，所有任務(wù)的第一次指令LAND：著陸到指定區(qū)域，退出Auto模式，切斷動力RETURN_TO_LAUNCH：返回起飛點或集結(jié)點LOITER_UNLIM：飛到指定區(qū)域，然后盤旋LOITER_TURNS：指定區(qū)域盤旋，給定盤旋半徑LOITER_TIME：指定區(qū)域盤旋，給定盤旋時間DO_JUMP

：切換到指定航點多次DO_SET_MODE：設(shè)置飛行模式DO_CHANGE_SPEED：改變目標(biāo)水平速度或油門CONDITION_DISTANCE：抵達(dá)當(dāng)前航點指定的距離范圍內(nèi)CONDITION_CHANGE_ALT：按指定爬升或降落速度改變至指定高度DO_REPEAT_SERVO：給指定舵機輸出指定pwm和中立波，按指定周期循環(huán)次數(shù)DO_SET_SERVO：動作，設(shè)定給定的伺服輸出管腳PWM3.2.4任務(wù)規(guī)劃26DO_SET_HOME：動作，設(shè)置HomePoint位置DO_SET_RELAY：動作，設(shè)定指定輸出管腳高/低電平DO_DIGICAM_CONTROL：相機設(shè)置DO_SET_CAM_TRIGG_DIST：自動設(shè)置拍照間隔距離DO_MOUNT_CONTROL：控制相機云臺DO_SET_ROI：指定云臺指向區(qū)域CONDITION_DELAY：抵達(dá)航點后，延遲執(zhí)行DO命令CONDITION_YAW：航向更改3.2Missonplanner地面站使用通過右側(cè)行動菜單的相關(guān)按鈕可以保存航行任務(wù)，加載航行任務(wù)，方便重復(fù)執(zhí)行任務(wù)。讀取航點用于從無人機下載先前執(zhí)行過的任務(wù)，寫入航點則用于將當(dāng)前編輯好的任務(wù)上傳給無人機以執(zhí)行。另外MissionPlanner地面站還提供包含谷歌、高德、必應(yīng)在內(nèi)的多達(dá)80余種電子地圖、衛(wèi)星地圖和高程、地形等地理參考系，方便全世界的用戶選取符合當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的地圖使用。3.2.4任務(wù)規(guī)劃273.2Missonplanner地面站使用在地圖右鍵菜單的地圖工具里還提供了離線地圖功能。用戶可以提前加載離線地圖數(shù)據(jù)到地面站，避免在野外作業(yè)時因網(wǎng)絡(luò)不佳無法連接地圖數(shù)據(jù)的情形。3.2.4任務(wù)規(guī)劃283.2Missonplanner地面站使用MissionPlanner地面站的另一便捷任務(wù)規(guī)劃功能是自動航線功能。該功能可以讓地面站在用戶框選的作業(yè)區(qū)域內(nèi)，根據(jù)任務(wù)載荷相關(guān)參數(shù)自動生成最優(yōu)航線，并只能設(shè)置任務(wù)載荷（如相機等）的工作指令，同時用戶還能夠針對作業(yè)區(qū)的實際情況對自動生成的航線進行規(guī)劃調(diào)整，大大減輕了用戶的工作量。3.2.4任務(wù)規(guī)劃29目錄3.1Missonplanner地面站軟件介紹 3.1.1軟件界面 3.1.2軟件功能 3.2Missonplanner地面站使用 3.2.1無人機控制 3.2.2載荷控制 3.2.3飛控參數(shù)調(diào)整 3.2.4任務(wù)規(guī)劃 3.3DJIGSPRO地面站軟件介紹 3.4DJIGSPRO地面站軟件使用 3.3DJIGSPRO地面站軟件介紹 DJIGSPro地面站是DJI大疆創(chuàng)新專為旗下無人機產(chǎn)品設(shè)計的iPad應(yīng)用程序，可通過地圖選點、飛行器定點、文件導(dǎo)入等多種方式創(chuàng)建不同類型的任務(wù)，使飛行器按照規(guī)劃航線自主飛行。DJIGSPro地面站適用于iPad全系列產(chǎn)品及DJI多款飛行器、飛控系統(tǒng)及相機等設(shè)備?？蓮V泛應(yīng)用于航拍攝影、安防巡檢、線路設(shè)備巡檢、農(nóng)業(yè)植保、氣象探測、災(zāi)害監(jiān)測、地圖測繪、地質(zhì)勘探等方面。DJIGSProv2.0及以上版本還支持個人作業(yè)和團隊作業(yè)，數(shù)據(jù)各自獨立，可滿足用戶的多種應(yīng)用需求。通過訂閱功能，可實現(xiàn)云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)上傳與下載。313.3DJIGSPRO地面站軟件介紹 DJIGSPro地面站可以實現(xiàn)自主航線規(guī)劃及飛行，主要功能包括虛擬護欄、測繪航拍區(qū)域模式以及航點飛行三個部分323.3DJIGSPRO地面站軟件介紹 33（2）虛擬護欄DJIGSPro地面站的虛擬護欄功能可以在手動農(nóng)藥噴灑、初學(xué)者試飛、手動飛行等操作情形中保證飛行器的安全——通過虛擬護欄功能設(shè)定一個安全的指定飛行區(qū)域，當(dāng)飛行器在區(qū)域內(nèi)逐漸接近邊界位置時，就會減速剎車并懸停，使飛行器不會飛出飛行區(qū)域，從而保證飛行安全。其具有如下特色功能：（1）二維地圖合成首先，DJIGSPro地面站可根據(jù)用戶設(shè)定的飛行區(qū)域及相機參數(shù)等，自動規(guī)劃飛行航線，執(zhí)行航拍任務(wù)。任務(wù)完成后，用戶將航拍照片導(dǎo)入DJIGSPro，DJIGSPro會根據(jù)這些照片直接進行二維地圖合成，合成結(jié)果可為其他任務(wù)提供參考信息。用戶還可以進行校正，從而更加準(zhǔn)確地還原實際環(huán)境。3.3DJIGSPRO地面站軟件介紹 （3）測繪航拍DJIGSPro地面站提供測繪航拍區(qū)域模式、測繪航拍環(huán)繞模式與航線生成模式。測繪航拍區(qū)域模式即根據(jù)用戶設(shè)定的飛行區(qū)域及相機參數(shù)等，自動規(guī)劃飛行航線，執(zhí)行航拍任務(wù)，用戶將拍攝得到的照片導(dǎo)入PC端3D重建軟件，可生成航拍區(qū)域的3D地圖。在測繪航拍環(huán)繞模式下，參數(shù)設(shè)置與區(qū)域模式大致相同，飛行區(qū)域、飛行動作及參數(shù)、照片重復(fù)率等均支持用戶根據(jù)需求設(shè)定，該模式可以幫助用戶獲得建筑物的3D視圖。而航線生成模式則提供環(huán)繞模式及縱向模式兩種全新航線，拍攝范圍可全面覆蓋建筑物343.3DJIGSPRO地面站軟件介紹 35（4）航點飛行用戶可通過DJIGSPro地面站自定義設(shè)置多個飛行航點，并支持為每個航點單獨設(shè)置高度、航向、經(jīng)緯度、云臺俯仰、旋轉(zhuǎn)方向和航點動作，讓無人機自動完成復(fù)雜的飛行任務(wù)目錄3.1Missonplanner地面站軟件介紹 3.1.1軟件界面 3.1.2軟件功能 3.2Missonplanner地面站使用 3.2.1無人機控制 3.2.2載荷控制 3.2.3飛控參數(shù)調(diào)整 3.2.4任務(wù)規(guī)劃 3.3DJIGSPRO地面站軟件介紹 3.4DJIGSPRO地面站軟件使用 3.4DJIGSPRO地面站軟件使用

下面以航測任務(wù)為例，簡要介紹DJIGSPro地面站的使用過程。首先打開APP，左側(cè)的列表是當(dāng)前規(guī)劃好的任務(wù)，右側(cè)是調(diào)用的是蘋果地圖，在中國大陸的蘋果地圖也就是高德地圖。接下來點擊左下角的“新建”按鈕來建立航測任務(wù)。37這時出現(xiàn)三個選項，選擇“測繪航拍區(qū)域模式”，來對一個大片區(qū)域進行航拍。3.4DJIGSPRO地面站軟件使用

DJIGSPro地面站提供兩種確定作業(yè)區(qū)域的方式——“飛行器定點”和“地圖選點”?！帮w行器定點”方式較為準(zhǔn)確，但因為大疆無人機的飛行時間一般較短，電量非常寶貴，用“飛行器定點”方式會浪費很多電量，所以這里選擇“地圖選點”方式，根據(jù)地圖顯示的畫面確定航測的方位和面積。通過點擊屏幕就會出現(xiàn)一個航測區(qū)域，手動拖拽四個定點可以改變航測的面積和形狀，同時也可以手動增加拐點，讓航測面積更加的靈活多樣。383.4DJIGSPRO地面站軟件使用

由于任務(wù)的高度與成圖的分辨率有很大的關(guān)系，需要在右邊的菜單欄里選擇好對應(yīng)的云臺相機以及任務(wù)的高度，大面積航測時應(yīng)盡量選擇等時間拍照。393.4DJIGSPRO地面站軟件使用

點擊進入右側(cè)菜單的高級選項之中，可以設(shè)置航測的疊片率，一般航向和旁向重疊率是80%和70%。接下來設(shè)置好云臺俯仰角，正射影像圖一般為-90°，拍攝3D立體時一般為-45°。最后設(shè)置好返航高度，確保返航時不會碰撞到障礙物。DJIGSPRO403.4DJIGSPRO地面站軟件使用

42檢查任務(wù)沒有問題后，點擊右上角的飛機按鈕，程序開始上傳任務(wù)和自檢，通過后就可以點擊飛行了。3.4DJIGSPRO地面站軟件使用

載荷控制整個任務(wù)過程包括起降都是全自動的，任務(wù)完成后左邊菜單的任務(wù)變成一個旗子的標(biāo)志證明任務(wù)已經(jīng)完成43無人機地面站的使用1、MissonPlanner地面站主界面由哪幾個主要部分組成？2、HUD界面包含哪些模塊？3、簡述在MissonPlanner地面站上進行一個典型的多旋翼任務(wù)編輯過程。4、DJIGSPro地面站有哪幾種飛行任務(wù)模式？5、簡述如何使用DJIGSPro地面站進行航測任務(wù)編輯。44課后習(xí)題學(xué)習(xí)愉快!無人機地面站與任務(wù)規(guī)劃第四章無人機任務(wù)規(guī)劃基礎(chǔ)無人機地面站與任務(wù)規(guī)劃目錄4.1任務(wù)規(guī)劃概念與功能 4.1.1任務(wù)規(guī)劃定義 4.1.2任務(wù)規(guī)劃的功能 4.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法 4.2.1任務(wù)規(guī)劃分類 4.2.2任務(wù)規(guī)劃方法 4.3任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化 4.3.1任務(wù)規(guī)劃約束條件 4.3.2任務(wù)規(guī)劃的優(yōu)化 無人機任務(wù)規(guī)劃基礎(chǔ)知識

目標(biāo)（1）了解任務(wù)規(guī)劃的概念；（2）熟知任務(wù)規(guī)劃的功能；（3）掌握任務(wù)規(guī)劃的分類與方法；（4）理解任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化方法。3無人機任務(wù)規(guī)劃基礎(chǔ)內(nèi)容框架圖44.1任務(wù)規(guī)劃概念與功能廣義上的任務(wù)規(guī)劃是指為實行任務(wù)制定的計劃，從本質(zhì)上來說，任務(wù)規(guī)劃是一個函數(shù)問題，把任務(wù)目標(biāo)和框架條件進行了最恰當(dāng)?shù)钠ヅ?。對于無人機如何制定一條最理想的飛行路線，在保證無人機本身不受破壞的前提下，最大化地發(fā)揮無人機的作用，完成既定的飛行目標(biāo)，這是無人機任務(wù)規(guī)劃的目的所在。一套完善的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)對無人機在規(guī)避各種威脅因素的前提下，進行精確定位攻擊目標(biāo)或偵查目標(biāo)的重要性可想而知；集團化作戰(zhàn)必然是當(dāng)今乃至以后無人及應(yīng)用的重中之重，而各飛機間的指揮和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)工作都將仰賴于任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)來完成，因此任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的優(yōu)劣是無人機執(zhí)行任務(wù)能力是否強大的有效保證。簡單說，無人機任務(wù)規(guī)劃就是對現(xiàn)有的各架無人機安排任務(wù)并且要根據(jù)航路規(guī)劃技術(shù)把飛行路線制定出來，在這期間，無人機指示的任務(wù)目標(biāo)、現(xiàn)有的無人機數(shù)量及各個無人機不同的任務(wù)載荷要求都會對規(guī)劃產(chǎn)生著影響。54.1任務(wù)規(guī)劃概念與功能無人機任務(wù)規(guī)劃（MissionPlanning）是指根據(jù)無人機需要完成的任務(wù)、無人機的數(shù)量以及攜帶任務(wù)載荷的類型，對無人機制定飛行路線并進行任務(wù)分配。任務(wù)規(guī)劃的主要目標(biāo)是依據(jù)地形信息和執(zhí)行任務(wù)環(huán)境條件信息，綜合考慮無人機的性能、到達(dá)時間、耗能、威脅以及飛行區(qū)域等約束條件，為無人機規(guī)劃出一條或多條自出發(fā)點到目標(biāo)點的最優(yōu)或次優(yōu)航跡，保證無人機高效、圓滿地完成飛行任務(wù)，并安全返回基地。4.1.1任務(wù)規(guī)劃定義64.1任務(wù)規(guī)劃概念與功能4.1.1任務(wù)規(guī)劃定義任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖典型的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)74.1任務(wù)規(guī)劃概念與功能無人機任務(wù)規(guī)劃是實現(xiàn)自主導(dǎo)航與飛行控制的有效途徑，它在很大程度上決定了無人機執(zhí)行任務(wù)的效率。無人機任務(wù)規(guī)劃至少需要實現(xiàn)三種功能，即任務(wù)分配功能、航跡規(guī)劃功能、仿真演示功能。（1）任務(wù)分配功能:充分考慮無人機自身性能和攜帶載荷的類型，可在多任務(wù)、多目標(biāo)情況下協(xié)調(diào)無人機及其載荷資源之間的配合，以最短時間以及最小代價完成既定任務(wù)。4.1.2任務(wù)規(guī)劃的功能84.1任務(wù)規(guī)劃概念與功能（2）航跡規(guī)劃功能:在無人機避開限制風(fēng)險區(qū)域以及油耗最小的原則上，制定無人機的起飛、著陸、接近監(jiān)測點、監(jiān)測區(qū)域、離開監(jiān)測點、返航及應(yīng)急飛行等任務(wù)過程的飛行航跡4.1.2任務(wù)規(guī)劃的功能94.1任務(wù)規(guī)劃概念與功能（3）仿真演示功能:能夠?qū)崿F(xiàn)飛行仿真演示、環(huán)境威脅演示、監(jiān)測效果演示?？稍跀?shù)字地圖上添加飛行路線，仿真飛行過程，檢驗飛行高度、油耗等飛行指標(biāo)的可行性；可在數(shù)字地圖上標(biāo)識飛行禁區(qū)，使無人機在執(zhí)行任務(wù)過程中盡可能避開這些區(qū)域；可進行基于數(shù)字地圖的合成圖像計算，顯示不同坐標(biāo)與海拔位置上的地景圖像，以便地面操作人員為執(zhí)行任務(wù)選取最佳方案4.1.2任務(wù)規(guī)劃的功能10目錄4.1任務(wù)規(guī)劃概念與功能 4.1.1任務(wù)規(guī)劃定義 4.1.2任務(wù)規(guī)劃的功能 4.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法 4.2.1任務(wù)規(guī)劃分類 4.2.2任務(wù)規(guī)劃方法 4.3任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化 4.3.1任務(wù)規(guī)劃約束條件 4.3.2任務(wù)規(guī)劃的優(yōu)化 4.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法任務(wù)規(guī)劃可以分為預(yù)先規(guī)劃和實時規(guī)劃。預(yù)先規(guī)劃是在無人機執(zhí)行任務(wù)前，由地面控制站制定的，主要是綜合任務(wù)要求、地理環(huán)境和無人機任務(wù)載荷等因素進行規(guī)劃，其特點是約束和飛行環(huán)境給定，規(guī)劃的主要目的是通過選用合適的算法謀求全局最優(yōu)飛行航跡。實時規(guī)劃是在無人機飛行過程中，根據(jù)實際的飛行情況和環(huán)境的變化制定出一條可分航跡，包括對預(yù)先規(guī)劃的修改，以及選擇應(yīng)急的方案，其特點是約束和飛行環(huán)境實時變化，任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)需綜合考量威脅、航程、約束等多種條件，采用快速航跡規(guī)劃算法生成飛行器的安全飛行航跡，任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)需具備較強的信息處理能力并具有一定的輔助決策能力。（1）從實施時間上劃分4.2.1任務(wù)規(guī)劃分類124.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法在任務(wù)規(guī)劃中，航跡規(guī)劃是最基本也是最重要的單元，如何根據(jù)已知的地形、威脅信息、飛行性能等規(guī)劃飛行航跡和任務(wù)指令是航跡規(guī)劃和任務(wù)生成的關(guān)鍵。航線規(guī)劃一般分兩步：首先是飛行前預(yù)規(guī)劃，即根據(jù)既定任務(wù)，結(jié)合環(huán)境限制與飛行約束條件，從整體上制定最優(yōu)參考路徑并裝訂特殊任務(wù)；其次是飛行過程中的重規(guī)劃，即根據(jù)飛行過程中遇到的突發(fā)狀況，如地形、氣象變化、未知限飛禁飛因素等，局部動態(tài)的調(diào)整飛行路徑或改變動作任務(wù)。4.2.1任務(wù)規(guī)劃分類（2）從任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)具備的功能劃分，任務(wù)規(guī)劃可包含航跡規(guī)劃、任務(wù)分配規(guī)劃、數(shù)據(jù)鏈路規(guī)劃和系統(tǒng)保障與應(yīng)急預(yù)案規(guī)劃等。134.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法系統(tǒng)保障與應(yīng)急預(yù)案規(guī)劃是指綜合考慮無人機系統(tǒng)本身的約束條件、目標(biāo)任務(wù)需求和應(yīng)急情況想定，合理設(shè)置地面站與無人機的配比關(guān)系，科學(xué)部署工作地域內(nèi)的各種無人機地面站，制定突發(fā)情況下的無人機工作方案。規(guī)劃應(yīng)急航線的主要目的是確保飛機安全返航，規(guī)劃一條安全返航通道和應(yīng)急迫降點，以及航線轉(zhuǎn)移策略（從航線上的任意點轉(zhuǎn)入安全返航通道或從安全返航通道轉(zhuǎn)向應(yīng)急迫降點或機場）。4.2.1任務(wù)規(guī)劃分類144.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法（1）手動規(guī)劃手動規(guī)劃也叫手動任務(wù)裝訂，是一種最簡單的任務(wù)規(guī)劃方法，即直接將預(yù)先制定好的航線中所有航路點的屬性以及任務(wù)設(shè)備控制點的屬性輸入飛控計算機，使無人機按預(yù)定的程序飛行。4.2.2任務(wù)規(guī)劃方法手動任務(wù)裝訂的基本流程154.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法2隨著無人機功能的越來越復(fù)雜化和執(zhí)行任務(wù)的多樣性，手動任務(wù)規(guī)劃費時費力且容錯率和適應(yīng)性逐漸跟不上要求，自動任務(wù)規(guī)劃功能逐漸成為無人機地面站系統(tǒng)功能的標(biāo)配自動任務(wù)規(guī)劃的智能化和精細(xì)化將是未來發(fā)展趨勢。4.2.2任務(wù)規(guī)劃方法自動規(guī)劃自動任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)流程164.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法現(xiàn)在市場上的大部分地面站系統(tǒng)都具備了自動任務(wù)規(guī)劃功能，如前面章節(jié)介紹的Missionplanner、DjiGSpro以及所有的農(nóng)業(yè)植保用地面站系統(tǒng)都針對航測、航拍、植保等不同任務(wù)設(shè)計有不同的自動任務(wù)規(guī)劃功能。4.2.2任務(wù)規(guī)劃方法Missionplanner自動任務(wù)規(guī)劃174.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法DjiGSpro自動航測任務(wù)規(guī)劃DJI植保無人機自動規(guī)劃農(nóng)藥噴灑路徑4.2.2任務(wù)規(guī)劃方法18目錄4.1任務(wù)規(guī)劃概念與功能 4.1.1任務(wù)規(guī)劃定義 4.1.2任務(wù)規(guī)劃的功能 4.2任務(wù)規(guī)劃的分類與方法 4.2.1任務(wù)規(guī)劃分類 4.2.2任務(wù)規(guī)劃方法 4.3任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化 4.3.1任務(wù)規(guī)劃約束條件 4.3.2任務(wù)規(guī)劃的優(yōu)化 4.3任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化無人機任務(wù)規(guī)劃往往要綜合多方面的因素來做出合理的決策安排，一般而言需要從飛行環(huán)境限制、無人機性能限制、飛行任務(wù)要求和實時性要求等約束條件進行考慮：4.3.1任務(wù)規(guī)劃約束條件204.3任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化（1）飛行環(huán)境限制無人機在執(zhí)行任務(wù)時，會受到如禁飛區(qū)、障礙物、險惡地形等復(fù)雜地理環(huán)境的限制。因此在飛行過程中，應(yīng)盡量避開這些區(qū)域，可將這些區(qū)域在地圖上標(biāo)識為禁飛區(qū)域，以提升無人機工作效率。此外，飛行區(qū)域內(nèi)的氣象因素也將影響任務(wù)效率，應(yīng)充分考慮大風(fēng)、雨雪等復(fù)雜氣象下的氣象預(yù)測與應(yīng)對機制。4.3.1任務(wù)規(guī)劃約束條件214.3任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化最小航跡段長度：無人機飛行航跡由若干個航點與相鄰航點之間的航跡段組成，在航跡段飛行途中沿直線飛行，而到達(dá)某些航點時有可能根據(jù)任務(wù)的要求而改變飛行姿態(tài)，最小航跡段長度是指限制無人機在開始改變飛行姿態(tài)前必須直飛的最短距離。4.3.1任務(wù)規(guī)劃約束條件（2）無人機性能限制最小轉(zhuǎn)彎半徑：由于無人機飛行轉(zhuǎn)彎形成的弧度將受到自身飛行性能限制，它限制無人機只能在特定的轉(zhuǎn)彎半徑范圍內(nèi)轉(zhuǎn)彎。最大俯仰角：限制了航跡在垂直平面內(nèi)上升和下滑的最大角度。最低安全飛行高度：限制通過任務(wù)區(qū)域最低飛行高度，防止飛行高度過低而撞擊地面而墜毀，最低安全高度任務(wù)規(guī)劃模型最低安全高度任務(wù)規(guī)劃模型224.3任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化（4）實時性要求由于任務(wù)的不確定性，無人機常常需要臨時改變飛行任務(wù)，這對任務(wù)規(guī)劃提出了實時性要求，無人機任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)必須具備在線重規(guī)劃功能。4.3.1任務(wù)規(guī)劃約束條件234.3任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化01選擇和分類目標(biāo)，使任務(wù)效能最大并滿足約束條件；02盡管對于不同的無人機，任務(wù)目標(biāo)和約束條件不同，但其任務(wù)規(guī)劃總能歸結(jié)為以下三點：03產(chǎn)生使無人機安全準(zhǔn)時到達(dá)目標(biāo)的軌跡；4.3.2任務(wù)規(guī)劃的優(yōu)化將任務(wù)控制與軌跡相匹配。244.3任務(wù)規(guī)劃的約束條件與優(yōu)化以上三個問題綜合起來就是約束優(yōu)化問題。對任務(wù)規(guī)劃的結(jié)果進行檢驗和優(yōu)化的過程，簡單來說就是在滿足各種約束條件的需求情況下，針對計算機生成的任務(wù)規(guī)劃結(jié)果，選用合適的校驗準(zhǔn)則如最短路徑分析、最短時間分析、最高效費比分析等，并用校驗準(zhǔn)則檢驗航線上的每個點，若全部通過，則找到了一條可用的航線；如不通過，則找到不合適的航點及任務(wù)節(jié)點加以修改優(yōu)化，直至所有航點滿足校驗準(zhǔn)則。解決方法4.3.2任務(wù)規(guī)劃的優(yōu)化25無人機任務(wù)規(guī)劃基礎(chǔ)1、任務(wù)規(guī)劃的概念是什么？2、任務(wù)規(guī)劃有哪些具體功能？3、簡述任務(wù)規(guī)劃的分類。4、任務(wù)規(guī)劃的主要方法是什么？5、任務(wù)規(guī)劃主要考慮哪些約束條件？課后習(xí)題：26學(xué)習(xí)愉快!無人機地面站與任務(wù)規(guī)劃第五章無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施無人機地面站與任務(wù)規(guī)劃無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施（1）了解無人機航測任務(wù)的特點（2）掌握無人機航測任務(wù)規(guī)劃方法（3）了解無人機航測外業(yè)操作流程（4）了解航測數(shù)據(jù)處理方式知識目標(biāo)無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施內(nèi)容框架圖目錄5.1無人機航測任務(wù)簡介 5.2航測無人機的特點 5.3準(zhǔn)備階段 5.3.1像控點布設(shè)與測量 5.3.2正確選擇起降場 5.4航測任務(wù)規(guī)劃 5.4.1無人機航拍測繪流程 5.4.2航測無人機和掛載 5.4.3模型精度、分辨率、比例尺5.4.4航高設(shè)計 5.4.5航線設(shè)計 5.4.6提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法 目錄5.5無人機航測外業(yè)操作流程5.6數(shù)據(jù)處理 5.6.1PPK數(shù)據(jù)解算 5.6.2PPK輔助下的無人機影像空三處理 5.6.3無人機影像空三加密 5.6.4數(shù)字正射影像圖DOM和數(shù)字高程模型DSM生成5.6.5精度評價 5.7突發(fā)情況處理 5.7.1失速 5.7.2失控 無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施測繪就是測量和繪圖。以計算機技術(shù)、光電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、空間科學(xué)、信息科學(xué)為基，以全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)(GNSS)、遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)為技術(shù)核心，將地面已有的征點和界線通過測量手段獲得反映地面現(xiàn)狀的圖形和位置信息，供工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計和行管理之用。目前生成測區(qū)地形圖的技術(shù)手段包括航空或無人機攝影技術(shù)。無人機航測是傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補充，具有機動靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短等特點，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢，無人機與航空攝影測量相結(jié)合使得“無人機數(shù)字低空遙感”成為航空遙感領(lǐng)域的一個嶄新發(fā)展方向。5.1無人機航測任務(wù)簡介無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施案例本章將以一個使用無人機進行大比例尺測圖的實際案例進行講解無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施。通過查看該地形圖是可以發(fā)現(xiàn)該工程地形起伏較大，測區(qū)最大海拔高差達(dá)到600m以上，對無人機測圖來說具有較大的挑戰(zhàn)性。由于該工程甲方對地形圖成果的高程精度要求較高，這將給外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)成圖都提出更高的要求。5.1無人機航測任務(wù)簡介目航飛測區(qū)概況技術(shù)方案線路圖目錄5.1無人機航測任務(wù)簡介 5.2航測無人機的特點 5.3準(zhǔn)備階段 5.3.1像控點布設(shè)與測量 5.3.2正確選擇起降場 5.4航測任務(wù)規(guī)劃 5.4.1無人機航拍測繪流程 5.4.2航測無人機和掛載 5.4.3模型精度、分辨率、比例尺5.4.4航高設(shè)計 5.4.5航線設(shè)計 5.4.6提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法 無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施航測無人機作為工業(yè)級無人機大家族中專業(yè)性很強的一個分支，具有造價高、分類多、操控人員專業(yè)性強、對飛機性能要求高等特點，當(dāng)遇到不同的測繪任務(wù)時，如何選擇航測無人機，也是能夠順利完成測繪任務(wù)的重要一步。那么在選擇航測無人機時有很多的注意事項，到底該選擇多旋翼飛機還是固定翼飛機、還是垂直起降復(fù)合翼飛機呢？其實選擇什么樣的無人機，主要看攝區(qū)范圍與用途。5.2航測無人機的特點無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施（1）多旋翼無人機的優(yōu)點：輕便，造價相對低廉，可以定點懸停適合方向：航拍，環(huán)境監(jiān)測，偵查，特殊物體運輸?shù)刃^(qū)域應(yīng)用5.2航測無人機的特點無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施（2）2、固定翼無人機的優(yōu)點：續(xù)航時間長，抗風(fēng)性能好，拍攝幅面廣適合方向：航測、區(qū)域監(jiān)控、管道巡線、搶險救災(zāi)、應(yīng)急通信等大區(qū)域應(yīng)用5.2航測無人機的特點無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施3、垂直起降復(fù)合翼無人機的優(yōu)點：續(xù)航時間適中，載重量大，起降不受場地限制。適合方向：區(qū)域航測、災(zāi)情調(diào)查、電力勘察、事故勘察、刑事偵查等重點區(qū)域應(yīng)用根據(jù)對本項目的分析，適合采用垂直起降復(fù)合翼無人機作為航測無人機。5.2航測無人機的特點目錄5.1無人機航測任務(wù)簡介 5.2航測無人機的特點 5.3準(zhǔn)備階段 5.3.1像控點布設(shè)與測量 5.3.2正確選擇起降場 5.4航測任務(wù)規(guī)劃 5.4.1無人機航拍測繪流程 5.4.2航測無人機和掛載 5.4.3模型精度、分辨率、比例尺5.4.4航高設(shè)計 5.4.5航線設(shè)計 5.4.6提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法 無人機航測任務(wù)規(guī)劃與實施檢查設(shè)備的狀態(tài)，完成航飛前的各項審批手續(xù)，提前向當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門報備。收集測區(qū)已有的DOM、控制點、水準(zhǔn)點等資料，并在91衛(wèi)圖上對測區(qū)的地形起伏情況做初步掌握，提前布設(shè)像控點點位、選擇起降場等。015.3

準(zhǔn)備階段5.3

準(zhǔn)備階段像控點就是在進行無人機航測時，通過使用rtk，或者全站儀，（大多數(shù)情況都是使用rtk）在所拍攝的測區(qū)內(nèi)建立的具有標(biāo)志性的真實坐標(biāo)點，通過所做的像控點，可以對后期無人機航測出的坐標(biāo)點進行矯正，從而完成無人機的測量。內(nèi)業(yè)處理采用像控點處理，前半部分圖像導(dǎo)入及相機參數(shù)設(shè)置流程一致。從輸出坐標(biāo)系開始操作開始有區(qū)別，操作過程如下。5.3.1

像控點布設(shè)與測量5.3

準(zhǔn)備階段1像控點需選擇較為尖銳的標(biāo)志物，以提高內(nèi)業(yè)精度，常見像控點。2像控點標(biāo)志物尺寸應(yīng)大于70cm,并明確指出具體點位是標(biāo)志物的哪一部分。3若工作人員選擇地物特征點作為像控點，應(yīng)選擇較大地物，且提供現(xiàn)場照片2-4張，輔助內(nèi)業(yè)人員尋找像控點5.3.1

像控點布設(shè)與測量1、合格的像控點示例像控點就是攝影測量的標(biāo)志，控制點，做像控點需要分布均勻，平整一些，高差不能太大，選點需要考慮是否會被遮擋。5.3

準(zhǔn)備階段5.3.1

像控點布設(shè)與測量常用的像控點形狀選用地物特征點作為像控點5.3

準(zhǔn)備階段噴涂式像控點：噴涂式像控點保存時間長，位置固定，可飛后再采集坐標(biāo)，更靈活。缺點是耗時較長。涂漆式像控點：涂漆式像控點會產(chǎn)生較大的氣味，但一罐漆能做很多個點，做的像控也比較容易做直，但不環(huán)保。2.噴涂方式像控點應(yīng)選擇能夠持久存在的東西，如噴漆(噴繪寬度不得低于30cm),膠布等。像控點有標(biāo)靶式像控點和油漆式像控點，油漆式像控點分為噴漆式和涂漆式。像控點標(biāo)志物應(yīng)與地表顏色形成鮮明對比。標(biāo)靶像控點：標(biāo)靶像控點為打印印刷的像控，不需要噴涂，直接放在測區(qū)內(nèi)，航測飛機后可就地回收，比較低碳環(huán)保。缺點是容易被移動，需當(dāng)場采集坐標(biāo)，且不適合測區(qū)較大的項目。5.3.1

像控點布設(shè)與測量5.3

準(zhǔn)備階段3.位置選擇像控點盡量選擇平坦地區(qū)，避免樹下，屋角等容易被遮擋的地方。視野：視野空曠的，四周無遮擋或者較少遮擋，避開有陰影的區(qū)域。坡度：盡量少在坡度較大的地方做點，因內(nèi)業(yè)刺點時會有些許無法避免的偏差。預(yù)計被破壞程度：在工地或者其它揚塵比較大的地方，以及他人居所門口，像控容易被覆蓋，被破壞。重疊度：通常在5、6片重疊范圍內(nèi)，距離相片邊緣要大于150像素，距離相片上的各種標(biāo)識應(yīng)該大于1mm。同時，像控點要在旁向重疊度的中線附近，如果旁向重疊度過小，則需要分別布點，但控制區(qū)域所裂開的垂直距離要＜2cm。位置：包括測區(qū)邊界的所有拐點，測區(qū)內(nèi)根據(jù)比例尺幾分辨率要求在測區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)。5.3.1

像控點布設(shè)與測量5.3

準(zhǔn)備階段4.采集方式測區(qū)內(nèi)的像控不必密集，但要求均勻分布。采集方式盡量采用三腳架以保證采集精度，但耗時。布設(shè)像控點的人員應(yīng)提供像控點實際分布情況。5.3.1

像控點布設(shè)與測量像控點測量5.3

準(zhǔn)備階段按照地物識別分辨率為影像分辨率的V2倍，因此在布設(shè)人工靶標(biāo)時其寬度應(yīng)當(dāng)至少15cm以上。本項目按照POS輔助航攝區(qū)域網(wǎng)布點方案(參照《CH/Z3004-2010低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》)，即平面控制點采用角點布設(shè)法，并根據(jù)需要加布高程控制點，控制點平均間距約為1公里例本項目像控點分布圖5.3.1

像控點布設(shè)與測量5.3

準(zhǔn)備階段4、起降場地周圍表面無明顯突起，樹樁和小水塘，尤其是不能有輕質(zhì)量的雜物，比如塑料袋等。5、附近沒有正在使用的雷達(dá)站、微波中繼、無線通信等干擾源。使用無人機進行測繪飛行時，起降場地的選擇其實是非常重要的一個環(huán)節(jié)，無人機的炸機事故，絕大多數(shù)都是發(fā)生在起飛和降落階段，起降場地的的選擇是安全飛行的第一步，另外在進行飛行任務(wù)時，對于應(yīng)急備用起降場地的選擇很容易被忽視。一、起降場地的選擇應(yīng)遵循以下原

則。1、距離軍用機場和商用機場10KM以上。2、起降場地平坦，視線良好。3、遠(yuǎn)離人口密集區(qū)，如廣場、集會等地點，200米飛行半徑范圍內(nèi)不能有高壓線，高大建筑物和重要設(shè)施。5.3.2

正確選擇起降場起降場地5.3

準(zhǔn)備階段2二、選擇備用起降場飛行過程中，需要設(shè)定合適的備用起降場，以避免當(dāng)出現(xiàn)一些特情時，能夠?qū)w機就近降落，避免重大損失。選擇備用起降場的原則如下：1、場地盡量符合前述起降的要求。2、遠(yuǎn)離密集人群、住宅區(qū)域。3、盡量在測區(qū)內(nèi)選擇多處能夠滿足迫降的區(qū)域。5.3.2

正確選擇起降場目錄5.1無人機航測任務(wù)簡介 5.2航測無人機的特點 5.3準(zhǔn)備階段 5.3.1像控點布設(shè)與測量 5.3.2正確選擇起降場 5.4航測任務(wù)規(guī)劃 5.4.1無人機航拍測繪流程 5.4.2航測無人機和掛載 5.4.3模型精度、分辨率、比例尺5.4.4航高設(shè)計 5.4.5航線設(shè)計 5.4.6提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法 5.4

航測任務(wù)規(guī)劃測繪無人機小組航拍小組配備2-3人即可，航拍任務(wù)結(jié)束后對數(shù)據(jù)進行快速檢查，檢查合格后即可帶回進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。完整的航拍測繪流程。5.4.1

無人機航拍測繪流程無人機測繪流程圖5.4

航測任務(wù)規(guī)劃5.4.2

航測無人機和掛載航攝采用無人機垂直起降無人機。其包含單鏡頭航測模塊（1X4240萬像素，焦距35mm,像素大小4.53um)和五鏡頭傾斜模塊(4x2400萬像素，焦距35mm,像素大小3.92um)本項目使用的測繪無人機航測任務(wù)掛載5.4

航測任務(wù)規(guī)劃一、比例尺概念：比例尺是表示圖上一條線段的長度與地面相應(yīng)線段的實際長度之比。公式：比例尺=地圖距離/實際距離表示方法：數(shù)值比例尺、圖示比例尺和文字比例尺三、地面分辨率概念：地面分辨率是以一個像素(pixel)代表的地面尺寸(米)。公式：地面分辨率=實際距離/像素；單位：米/像素二、影像分辨率概念：影像分辨率是指地面分辨率在不同比例尺的具體影像上的反映公式：影像分辨率=地圖距離/像素5.4.3

模型精度、分辨率、比例尺5.4

航測任務(wù)規(guī)劃四、模型精度傾斜攝影的模型精度一般是照片分辨率的三倍，就是根據(jù)照片生成的正射影像的地面分辨率的三倍。公式：傾斜攝影模型精度=同工程正射分辨率的三倍無、比例尺/地面分辨率和模型精度的換算關(guān)系5.4.3

模型精度、分辨率、比例尺5.4

航測任務(wù)規(guī)劃根據(jù)以上概念，將比例尺、地面分辨率和模型精度的換算關(guān)系做以下簡單梳理：①1:500的比例尺，對應(yīng)的地面分辨率是指地圖上1m對應(yīng)地表500m②1米=39.370079英寸③按照正常的圖像72dpi來算，一英寸包含72像素，那么1米包含39.370079*72=2834.645688像素④得到對應(yīng)關(guān)系為2834.645688對應(yīng)地圖上500m，分辨率為：500/2834.645688=0.1763888877247222⑤1:500的比例尺對應(yīng)的地面分辨率接近0.18米那航拍精度模型也就要求0.18米，對應(yīng)的航拍分辨率就是0.06米，也就是說航拍建模的時候拍攝照片的精度要達(dá)到6cm以上。5.4.3

模型精度、分辨率、比例尺5.4

航測任務(wù)規(guī)劃航高設(shè)計根據(jù)本項目的要求，要求影像分辨率優(yōu)于0.12m,根據(jù)公式H＝*GSD＝*0.12≈927m即相對航高按照927m設(shè)計。由于實際航飛區(qū)域面積大，需要進行分塊航飛。在分塊航飛時需考慮地形變化情況及重疊區(qū)域有公共的像控點，使得同一分區(qū)內(nèi)部高差盡量小，且在滿足重疊率的條件下需要最低點滿足高差在927m以內(nèi)。5.4.4

航高設(shè)計5.4

航測任務(wù)規(guī)劃一、設(shè)計航飛技術(shù)方案如何通過設(shè)計合理的無人機航飛實施方案來提高項目成果質(zhì)量是一個很關(guān)鍵的問題。設(shè)計航飛方案前應(yīng)先明確遵循以下航飛技術(shù)方案設(shè)計依據(jù)：1、明確項目基本要求

項目的實施內(nèi)容嚴(yán)格依據(jù)業(yè)主方提供的技術(shù)要求進行設(shè)計、組織，內(nèi)容包括：航空攝影、像控測量、DOM生產(chǎn)、傾斜攝影模型生產(chǎn)，并最終提交符合規(guī)范和技術(shù)要求的數(shù)據(jù)成果。2、明確工期要求

前期方案、手續(xù)完成日期要求；航攝開工、完工日期要求；數(shù)據(jù)成果提交日期要求。3、明確技術(shù)方案的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)。4、明確成果格式要求

原始航拍影像格式、pos數(shù)據(jù)文件、像控點點之記等；傾斜三維模型分辨率、平面精度、成果格式等。

5.4.5

航線設(shè)計

5.4

航測任務(wù)規(guī)劃5、明確方案設(shè)計中的引用標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)依據(jù)，參考如下：

（1）《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》（GB/T23236-2009）

（2）《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z3005-2010）

（3）《數(shù)字航空攝影測量控制測量規(guī)范》（CH/T3006-2011）

（4）《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》（CH/T2009-2010）

（5）《IMU/GPS輔助航空攝影技術(shù)規(guī)范》（GB/T27919-2011）

（6）《1:500、1:1000、1:2000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》（GB/T7930-2008）

（7）《1:500、1:1000、1:2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》（GB/T7931-2008）

（8）《城市三維建模技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T157-2010）

（9）《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》（CH/T9015-2012）

（10）《三維地理信息模型生產(chǎn)規(guī)范》（CH/T9016-2012）

（11）《三維地理信息模型數(shù)據(jù)庫規(guī)范》（CH/T9017-2012）

（12）《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》（GB/T18316-2008）

（13）《測繪技術(shù)設(shè)計規(guī)定》（CH/T1004-2005）55.4.5

航線設(shè)計

5.4

航測任務(wù)規(guī)劃二、無人機飛行方案設(shè)計要點在制定無人機飛行方案時，需關(guān)注以下幾個要點：1.在便于施測像片控制點及不影響內(nèi)業(yè)正常加密時，旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界線不少于像幅的15%，航向覆蓋超出攝區(qū)邊界線至少一條基線，可視為合格。

2.

航向、旁向重疊度數(shù)據(jù)均優(yōu)于70%，影像像點位移最大不超過1.5個像素，旋偏角一般不大于15度，在像片航向和旁向重疊度符合要求的前提下，最大不超過25度。

3.

在一條航線上達(dá)到或接近最大旋偏角限差的像片數(shù)不得連續(xù)超過三片；在一個攝區(qū)內(nèi)出現(xiàn)最大旋偏角的像片數(shù)不得超過攝區(qū)像片總數(shù)的4％。

4.

檢查飛機起飛前和降落后IMU、GPS的工作時間，要求要至少達(dá)到10分鐘以上。5.4.5

航線設(shè)計

5.4

航測任務(wù)規(guī)劃5.

進入攝區(qū)航線時為了避免IMU誤差積累，宜采用左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎交替方式飛行，且每次的直飛時間不宜大于30分鐘，在20分鐘內(nèi)為佳。6.飛行過程中飛機的上升、下降速率一般不能大于10m/s，飛行過程中的轉(zhuǎn)彎坡度不宜超過20°，以免造成衛(wèi)星信號失鎖。7.

測區(qū)邊界覆蓋：旁向覆蓋超出測區(qū)邊界線不少于400米。為便于施測影像控制點及內(nèi)業(yè)正常加密，旁向覆蓋不少于像幅的15%。8.個別情況下，允許影像旋偏角大于15°但不超過25°，保證航向旁向重疊度正常。5.4.5

航線設(shè)計

5.4

航測任務(wù)規(guī)劃三、落差區(qū)域無人機航測航線的規(guī)劃要點規(guī)范要求：根據(jù)《CH/Z_3005-2010低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》，測圖比例尺與地面分辨率的選擇關(guān)系理想情況下，飛機和攝影基準(zhǔn)面是保持一定相對高度的，維持某特定高度即可獲取一定分辨率的圖。而實際上，被攝地表往往是略有起伏的，會導(dǎo)致分辨率降低。5.4.5

航線設(shè)計

5.4

航測任務(wù)規(guī)劃以常見的35mm鏡頭為例，理想情況如左邊的飛機，在航測過程中與攝影基準(zhǔn)面保持在390米相對高度，即可得到分辨率為5cm/pix的圖。而實際情況可能由于相對高度的抬升導(dǎo)致實際只能得到分辨率為5.8cm/pix的成果。隨著地形高差越大，其分辨率差別也就越大。5.4.5

航線設(shè)計

5.4

航測任務(wù)規(guī)劃低落差區(qū)域的解決辦法面對較低落差區(qū)域——百米級別的落差，其理論分辨率與實際分辨率不一致的問題，一般較為常見的方法有以下兩種。（1）降低實際飛行高度

（2）更換長焦距相機25.4.5

航線設(shè)計

測圖比例尺與地面分辨率的經(jīng)驗值5.4

航測任務(wù)規(guī)劃3、大落差區(qū)域解決辦法較為頭疼的是城市某些幾百米的高樓、斷崖、山峰、山谷等大落差的區(qū)域，不能籠統(tǒng)地規(guī)劃統(tǒng)一航高去采集數(shù)據(jù)。這種情況已經(jīng)無法用降低飛行高度和更換長焦相機的方法來解決了，往往會用到下面兩種方法。（1）分層飛行在實際操作中，基于效率和成本的考慮，無人機一般按照1/4或1/3航高規(guī)劃，既能節(jié)約一定架次成本，又能滿足國內(nèi)測繪市場制圖需求。5.4.5

航線設(shè)計

綠色區(qū)域為該航高下可拍攝的區(qū)域5.4

航測任務(wù)規(guī)劃仿地飛行是按照測區(qū)地物的起伏特點規(guī)劃航線，使無人機相對地面的距離始終保持在一個固定范圍內(nèi)，從而保證獲取航片分辨率的一致性.需要注意的是：仿地飛行需要導(dǎo)入數(shù)字高程模型，設(shè)置航點，事先需要先飛行一次。此外，仿地飛行無法對高壓線等高層危險物做出很好的規(guī)避，在實際作業(yè)中，的確有客戶因為沒有設(shè)計好航線造成無人機掛高壓線或者撞基站的情況發(fā)生。（2）5.4.5

航線設(shè)計

規(guī)劃的仿地飛行航向5.4

航測任務(wù)規(guī)劃四、航線規(guī)劃時還需要注意這些1、復(fù)雜地形的航線設(shè)計注意事項遇到困難的地形地貌時，需要飛行航線有較高的重疊率，設(shè)計此類航線需要注意：①地面重疊率為：航向重疊率85％，旁向重疊率75％；②如果進行匹配的模型少于95