无人机航迹规划方法与实现

邓黎江

摘 要：随着我国科学技术不断发展，无人机设备的应用也愈加广泛。采用无人机进行拍摄不仅效果好、生产周期短，并且运行成本更低，具有很强的操作性。航迹规划工作效果直接影响到无人机的拍摄质量。本文重点对航拍无人机的航迹规划方法进行了探究。

关键词：无人机；航迹规划；方法；拍摄

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.139

1 无人机航迹规划设计

在正式开展无人机航拍工作前，需要分析航拍任务、规划航拍任务（包括准备作业）、飞行作业、数据处理等工作。做好任务规划工作能有效缩短无人机的滞空时间，不仅可以降低燃料浪费量，还可以保证航拍任务顺利完成，起降更加安全等。通过预选设定好的无人机航迹路线完成拍摄任务，获取目标对象的影像信息，再通过后期处理软件展示航拍成果，完成整个拍摄任务。

2 区域影像测量的航线设计

（1）明确航带方向。结合任务区域形状来明确航线航行方向，取较长边作为航带方向，最大程度上降低转弯次数，保证航拍质量。此外还需要充分考虑风场等各项因素，若风场控制不當容易造成无人机偏航，无法保障影像信息的完整。

（2）航带间距。事先确定飞行方向有多少个像元l，旁向像元h，旁向重叠度P，地面分辨率R，则可计算航带间距L：

（3）坐标转换。航测无人机的飞行控制计算机采用WGS-84坐标下大地坐标（B，L，H），在任务规划中的坐标采用空间直角坐标（X，Y，Z）。因此可将大地坐标与空间直角坐标进行转换：

若任务区域采用大地坐标作为顶角点坐标，则可利用上述公式将大地坐标（B，L）的转化成为空间直角坐标（X，Y）。将航测图形中所设定的平面坐标转化成为WGS-84坐标系统即可。

（4）生成航线。为了保证无人机在航拍中获取完整的目标对象影像，需在原有设计基础上增加一定量的进入航带、离开航带的航线，这样每条航带会包含四大部分，包括进入航带、航程点摄影、停止摄影、离开航带。

若所拍摄的区域天气状况较差，可通过增加航线过渡点的方法，保证无人机正确进入到航线中，避免产生偏航。即通常采用以下两种航线设计方法：

1）顺序航带法。在航拍任务空间内，将距离地面控制站最近的点作为航线起始点，第一条航带航程点流程为：进入航带→开始摄影→停止拍摄→离开航带，其中，在开始摄影与停止摄影环节需要设置多个航程点，这样可以提高无人机飞行的稳定性，保持直线飞行。其余航带也按照此顺序进行，从而完成航拍任务。

2）间隔航带法。结合航带间距公式进行计算，通常计算出的航带间距要小于无人机实际飞行的转弯半径，故此情况采用顺序航带法无法保证无人机顺利进入到下一个航带，其最终结果出现漏拍、影响重叠度不足等问题。所以为确保整体拍摄质量，可采用间隔航带方法，也就是在航带1拍摄完成后直接进入到航带3，航带3拍摄完成后进入到航带5，在无人机达到边界时同样采用该方法拍摄完成剩余的航带。

3 航迹规划方法选择

（1）选择方法。通过实践调查，在航高为150m时，航带间距会低于最小转弯半径，无人机可从正航带方向直线进入航带，但若转弯半径过小，则会在航带过渡段产生较大偏移，即在入带拍摄内容中产生漏拍、重叠度不足等情况，同时无人机的能源损耗量也会快速增加，无法保证无人机正常运行。故针对此类型的区域特点，采用间隔航带航拍方法可以尽量保证航拍质量；若测量目标区域空间广阔，需重点考虑航程点数量及总航线位移，则选择顺序法航带设计，保证航拍质量处于最佳状态。

（2）具体选择方法。通过对比分析得出顺序航带、间隔航带轨迹图（如图1、图2），从图中可见两种航带方法优劣。

通过图1图2可见，在无人机沿着航带飞行中，由于无人机内部设置了导航控制模块，因此可实现精准导航定位以及自动驾驶，除在转弯中产生一定的位移，飞行路线大致可保持一致，因此该无人机可满足两种航带方法的飞行要求。由图1知，无人机虽能直接进入航带且保持直线飞行，但由于弯道过小，航带过渡较剧烈，刚入航带时会产生重叠度不够、拍摄遗漏等问题，还会提高能源损耗量，无法保证无人机正常运行。所以间隔航带法更加适合此次拍摄。

4 结束语

顺序航带设计具有航程点少、航程短的优势，但在行距较小时会影响拍摄质量；间隔航带设计法能够避免影响遗漏、重叠度小等问题，但在拍摄空间大时需要设置多个航程点，总体位移更大，拍摄周期长，对无人机续航有着较高标准，还需要后期调整影响顺序，提高工作量。

参考文献：

[1]王庆海，姚冬艳，刘广瑞.基于改进人工蜂群算法的无人机三维航迹规划[J].组合机床与自动化加工技术，2018（03）：91-93，98.

[2]李冬霞，李春鸣，赵文强等.无人机中继广播通信系统航迹优化方法[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2018（03）：143-148，180.