宁夏回族自治区基础测绘院 宁夏银川 750002
摘要：在贺兰山自然保护区环境整治矿区航摄工作中，采用两种起降方式的固定翼无人机进行矿区现状锁定航空摄影，利用INPHO制作 1：1000 DOM。通过此次航摄工作，对两种起降方式的固定翼无人机在高山地及恶劣环境下的工作效率及航摄质量，进行分析总结。
关键词：两种起降方式的固定翼；高山地；经验总结
1 固定翼无人机起降方式现状
众所周知，固定翼无人机具有速度快、航时长、气动效率高、机动性高等特点。但是滑行起降方式固定翼无人机对起降条件要求比较苛刻。这就需要针对不同作业任务及不同地形、环境对无人机提出不同的起降方式，以提高无人机的工作效率和航摄质量。
目前，民用固定翼无人机起降方式有以下几种：滑行起降、垂直起降、轨道弹射起飞伞降、车载起飞伞降等方式。经过几年的发展，行业用户大多需要在复杂情况下起飞，又对续航、载荷及航摄质量有较高的要求。因此，复合平台解决方案应运而生。复合翼平台能同时解决多旋翼的续航问题和固定翼的场地要求高、无法悬停问题，应用范围更多，机动性也更强，已经成为民用行业内的新趋势。复合翼平台有三种方式：垂直起降固定翼、立式垂直起降、倾转旋翼。
2 低空航空摄影对固定翼无人机飞行平台及航摄质量的要求
《无人机航摄系统技术要求》CH/Z 3002-2010中对无人机航摄系统的飞行平台一般要求为：可靠性、维护性、互换性、环境适应性、强度、电磁干扰性、应急性。其中应急性主要指应配备伞降设备，在无人机遇到突发故障时，可通过降落伞减缓下降速度，避免或减少对地面目标的冲击和损害，减少飞行平台和机载设备的损伤。
主要性能指标要求：任务载重应大于2kg；任务仓尺寸应大于25cm（长）×20cm（宽）×25cm（高）；巡航速度60-160km/h；使用升限高于海拔3000m；续航时间大于1.5h；抗风能力应大于4级。起降设备对滑跑、弹射、伞降系统做了相应规定。
《低空数字航空摄影规范》CH/Z 3005-2010中对航摄质量的要求：像片旁向重叠度15％-60％，最小不应小于8％。像片倾角一般不大于5°，最大不超过12°，出现超过8°的片数不多于总数的10％。像片旋角一般不大于15°，个别最大不超过30°，在同一条航线上超过20°片数不应超过3片，超过15°的片数不超过总数的10％。
实际应用中用户对无人机安全性，载荷，续航及工作效率、航摄质量有较高要求，在不同地区、不同环境、不同作业任务下要求不尽相同。不同的起降方式对航飞的安全性，载荷，续航、姿态保持有着不同要求和影响，从而导致工作效率和航摄质量差异较大。下面就滑行起降固定翼和垂直起降固定翼无人机两种机型在贺兰山自然保护区矿区环境整治航摄工作的具体应用做以阐述总结。
3 贺兰山自然保护区环境整治矿区航摄应用分析
3.1 测区概述
航摄区域隶属于宁夏回族自治区石嘴山市贺兰山自然保护区内，为高山地区。平均海拔1900米，天气多变，平均风力5-6级。摄区零散分布，跨度达60公里。涉及贺兰山自然保护区内四个片区（沙巴台、红果子沟、石炭井、汝箕沟），21个矿权。其中20个煤矿，1个硅石矿。
3.2 航摄计划及任务
2017年5月宁夏基础测绘院组织实施了贺兰山自然保护区环境整治矿区航拍。任务要求在最快的时间内实施航拍，锁定矿区现状。采用无人机低空摄影获取真彩色影像，实现全自动无漏洞航空摄影，航飞符合《低空数字航空摄影规范》（CH/Z 3005-2010）1：1000 比例尺DOM技术要求。测区证载面积40平方公里左右，实际航飞面积接近90平方公里。影像质量要求清晰、色调准确、对比鲜明利于判读影像。
3.4 经验总结
通过本次实践应用总结以下经验：
（1）高山区，环境恶劣、风力大、气流复杂。滑行起降固定翼（油动）在起降场地选择和飞前准备耗时较长，工作效率较低。场地苛刻起降安全性降低。油动动力足，续航时间稳定，在航线上飞机姿态保持稳定，航摄质量可靠。垂直起降固定翼（纯电动）起降场地选择和飞前准备迅速，工作效率较高、且起降安全性高。全电动动力不足，旋翼动力系统只能满足一次垂直起降过程。固定翼动力系统明显动力不足，在航线上飞机姿态不能保持稳定，行高保持困难。特别是遇到上下气流影响严重时，常发生满电压飞行但高度不能保持且渐行下降的情况，航飞安全及航摄质量不能保证。
（2）垂直起降固定翼简单有效，普及率高。但其没有考虑太多的动力复用和气动减阻。搭载固定翼和多旋翼两套动力系统，在其中一套动力系统工作时，另一套基本处于闲置状态，两套动力系统之间切换采用的是跳转方式，这种方式在切换过程中稳定性较差，如遇侧风，增加了飞机坠机的风险，这就对飞行平台控制的自适应能力有较高的要求。相对于单动力系统而言两套动力系统无疑增加了机体自身重量，也在一定程度上增大了飞行阻力，影响飞行速度，在整体载重量一定的前提下，留给任务载荷的载重量就较为有限，从而相对限制了搭载大型任务载荷的扩展能力。
4 结束语
在不考虑飞行场地的选择时间影响及电动驱动系统电池配备数量的情况下，只从工作效率及航摄质量两方面考虑。
（1）平坦地和丘陵地，两种起降方式的固定翼无人机综合运用效果相当。
（2）山地，垂直起降的固定翼无人机（全电动）综合优势明显。
（3）高山地及环境恶劣地区，垂直起降的固定翼无人机（混合动力）综合优势明显。
参考文献
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[3]CH/Z 3001-2010，无人机航摄安全作业基本要求[S].
[4]CH/Z 3002-2010，无人机航摄系统技术要求[S].
[5]CH/Z 3004-2010，低空数字航空摄影测量外业规范[S].
[6]CH/Z 3005-2010，低空数字航空摄影测量规范[S].
论文作者:魏平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/26
标签：无人机论文; 方式论文; 动力论文; 质量论文; 低空论文; 系统论文; 矿区论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;