無人機在高原山地環境下航攝軌跡的規劃分析

韋桂洪

【摘 要】不同拍攝條件以及拍攝目標下，無人機實際航攝過程中的軌跡規劃是截然不同的。尤其是在高原山地環境中，因為地形起伏相對比較大，意味著環境對于航攝軌跡的影響會更大一些。在進行實際航攝軌跡規劃的過程中，相關人員需要對整體航攝線路進行綜合考量，同時還需要分析每一段航線中所存在的可能障礙物，通過相關的計算與分析不斷進行航攝軌跡的優化，從而最終獲得對航攝最為有利的線路軌跡。

【關鍵詞】無人機;航攝軌跡;航攝軌跡規劃

引言

相比較于傳統的航空攝影方式，無人機攝影會更加方便一些，不需要考慮太多天氣以及航空管制的問題，并且進行一次無人機攝影所需要消耗的成本相比于傳統航空攝影方式也要低很多。因而近些年來無人機攝影的發展速度是極為迅猛的，其在我國的工，農，交通，資源等領域都有著極為廣泛的應用。甚至于很多個人在閑暇之余也會借助于無人機來進行一些照片的拍攝。在更規范化的無人機航攝作業中，其航跡的規劃是一項需要慎重對待的工作，尤其面對高原山地這樣較為復雜的地形環境，更是需要對航攝的目標以及現有環境條件進行多角度綜合分析，才能確保最終獲得更好的航攝效果。

一、無人機航攝軌跡規劃的限制條件

（一）來自于地形的限制

地形對于航攝軌跡規劃的設計是毋庸置疑的，舉個簡單的例子，進行某一山脈拍攝的過程中，無人機在自動飛行過程中必須越過最高點，否則就會與山脈的最高點相撞，造成無人機墜毀的事故。故而在實際航攝軌跡規劃的過程中最先要考慮到的就是來自于地形的限制[1]。可以利用X，Y，Z所代表建立的空間立體幾何模型來解析實際拍攝現場的具體地形狀況，借助于相應的數學模型將地形地貌的特征更真實，直觀地反應出來，以便于在進行航跡規劃時可以將相應的地形威脅妥善避開。

（二）大氣環境帶來的限制

無人機飛行過程中的大氣環境也會對其航跡規劃產生一定的影響。無人機本身的重量是比較小的，一旦飛行過程中遇到比較強的風阻，其原本設計好的航跡就很可能出現偏移。因此航線規劃過程中需要預先就考慮到風速以及風阻可能會對無人機航線所造成的影響，并通過相應的措施將這種偏移抵消掉。再者無人機在空中航行階段，拍攝地點的天氣可能會發生變化，比如說密集的云層可能會造成無人機表面溫度急劇下降，甚至出現結冰問題，再者云層中的雷電還可能會影響到無人機上的一些電子設備及元件的正常運轉，這些在無人機航線規劃的過程中都是需要著重考慮的問題。

（三）無人機本身參數的限制

實際進行高原山地環境拍攝的無人機可能存在著型號，大小，制造廠商等多個方面的不同，這意味著無人機的性能也是存在著較大差異的。不同性能的無人機即使拍攝目標一致，其航攝軌跡在規劃時也會存在較大的差別。比如說無人機本身的最大拐角，能夠與地面保持的最大距離，能夠維持的最大航跡長度等，這些都會因為無人機性能的不同還存在差異，而與此同時，這些參數也都會影響到其實際的航跡規劃。

二、無人機航攝軌跡規劃方法

（一）確定航拍目標

所謂的航拍目標指的是無人機進行航拍作業所想要獲得的最終成品效果，比如說想要拍攝高山上的一棵巨樹，想要拍攝山腳下的某個村落等等。按照相關的地圖學的原理，可以對航拍的目標進行分類，類似于一棵巨樹這種僅僅需要一張照片就能結束拍攝的獨立存在，我們將其稱之為點狀目標。與之相應的還有線狀目標，比如說公路，河流等。再者還有面狀目標，一片森林，一汪湖泊，人類的居住群落等。在實際航跡規劃過程中需要先確定好航拍目標，才能開始進行相應的航跡規劃。

（二）進行全局航跡規劃

實際無人機航拍作業中，一次航拍任務可能存在多個航拍目標，比如說需要拍攝A堤壩，B河流，C村落以及D房屋。但這些目標在實際空間上的分布并不是一條簡單的直線[2]。因此需要對無人機的航線進行全局規劃，通過空間軌跡的合理設計來幫助無人機可以在最短的線路軌道中完成一系列的航拍任務。實際無人機全局航跡規劃中一般采取“蟻群算法”這一航跡規劃模型來進行路徑總長度的測算優化，通過信息的不斷反饋以及測算優化來獲得最佳路徑。

（三）進行局部航跡規劃

無人機在復雜的高原山地環境下進行航攝任務，飛行過程中可能會遇到各種不同的障礙物，如山峰，高塔等，無人機需要及時繞過這些障礙物，其航攝任務才能順利進行，這一過程就牽涉到了其航跡的局部規劃問題。無人機的局部航跡規劃可以借助于A?算法來進行，在進行路徑計算與選擇的過程中借助于相關的原理將航拍的環境以二維或者三維的形式融入到相應的計算函數中，如此障礙物也就能被考慮在內，方面路徑規劃在進行時可以將其及時避開。

三、結束語

無人機在高原山地環境下的航攝軌跡規劃是復雜的，要考慮到地形，大氣環境以及無人機本身的性能等多重因素，還需要選擇合適的計算模型來進行路徑的優化計算。而只有對相關問題考慮得越細致，最終獲得的軌跡規劃方案才會更合理。

參考文獻：

[1]田栢苓，李品品，魯瀚辰，等. 復雜環境下多無人機軌跡姿態協同控制[J]. 航空學報，2020，v.41（S2）：36-43.

[2]黃書捷. 無人機在高原山地環境下航攝軌跡的規劃[J]. 城市勘測，2016，No.150（01）：53-57.

[3]田栢苓，李品品，魯瀚辰，等. 復雜環境下多無人機軌跡姿態協同控制[J]. 航空學報，2020，v.41（S2）：36-43.