浅谈多旋翼无人机任务系统的优秀论文
前言: 随着无人机产品的不断增加,市场之间的竞争力,也逐渐的提升,对此本项目研究出了更适合于工业控制、自动化装备等领域产品的多旋翼无人机,产品不仅定位合理,同时与其他产品存在一定的差异,该任务系统,是指先进智能装备数据链的无人多旋翼任务,存在较高的能量利用效率、载荷运输性能,是其它无人机产品,在技术方面不能相比的;制定合理的市场规划,会给企业带来一定的经济效益。
1 多旋翼无人机定义概述
我们常称无人飞行载具,为无人飞机系统,主要是利用无线电智能遥控设备,以及自带的控制程序装置,对于不载人的飞机进行操控。其中广义的无人机,包括狭义无人机以及航模。
多旋翼飞行器,主要由动力系统、主体、控制系统组成,动力系统包括电机、动力、电子调速器、桨;主体部分包括机架、脚架、云台;控制系统包括由遥控接收器、遥控组成的手动控制;地面站,以及由主控、GPS、IMU、电子陀螺、LED显示屏组成的飞行控制器。其中四旋翼,是一种4输入6输出的欠驱动系统;通过PID、,鲁棒、模糊、非线性、自适应神经网络控制。近年来,对于系统的控制功能的研究趋势,为大荷载、自主飞行、智能传感器技术、自主控制技术、多机编队协同控制技术、微小型化等方向。其中一些关键技术为,数学模型的建立、能源供给系统、飞行控制算法、自主导航智能飞行。
2 控制系统改进发展阶段
多旋翼无人飞行器的控制系统,最初是由惯性导航系统,借助了微机电系统技术,形成了EMES惯性导航系统;经过对于EMES去噪声的研究,有效的降低了其传感器数据噪音的问题,最后经过等速度单片机、非线性系统结构的研究、应用,最终在2005年,制作出了性能相对稳定的多旋翼无人机自动控制飞行器。对其飞行器的评价,可从安全性、负载、灵活性、维护、扩展性、稳定性几方面要素进行分析。具有体积小、重量轻、噪音小、隐蔽性强、多空间平台使用、垂直起降,以及飞行高度不高、机动强、执行任务能力强的特点;在结构方面,不仅安全性高、易于拆卸维护、螺旋桨小、成本低、灵活控制的特点。
3 技术原理
系统组成
无人多旋翼任务系统,总体技术方案框图如图1所示;如图所示,无人多旋翼任务系统,由无人机、地面工作站构成。无人机,由多旋翼无人机、任务载荷组成;地面工作站,由数据链通信单元、工业控制电脑、飞行控制摇杆等组成。
系统技术原理
多旋翼无人机,通过对于螺旋桨微调的推力,实现稳定的飞行姿态控制、维持。经过上述,对于多旋翼无人机、常规直升机、固定翼飞机的对比,可以明显的看出,多旋翼无人机,在任务飞行方面,具有多能量的优势,从而更好的执行完成飞行任务,改善了飞行姿态维持,消耗大量能量的缺陷,从而更好的保证了其能量利用率,直接产生续航时间、载荷运输性能的提升;在结构方面,做了大量的简化,省去了传动机构,使其运行噪音、故障概率、维护成本大大的降低。
无人机,与地面工作站之间的通信,通过设备数据链实现连接,起到通信中介的作用,同好也是无人机、地面工作站之间,实现地空信息交换的重要桥梁环节。以往无人机,对于地空信息的转换连接,只是普通的点对点通信,收到信号传输距离的影响,性能发挥受到严重的影响,只能实现一些简单遥控数据信号的传输。
但是本项目,对于无人多旋翼任务系统的研究,是通过数据链协议MAVLink的研究后,将其合理的嵌入到控制核心、地面数据链的ARM平台中,有效的改善了以往低空信息传输环节存在的问题,将其遥测、遥信、遥控、遥调、遥视这五遥很好的进行了统一,保证了通信之间的无障碍,从根本上解决了无人机和地面工作站的数据通信问题。其中涉及到的.五遥;其中遥测,是指对于远方的电压、电流、功率、压力、温度等模拟量进行测量;其中遥信,是指对于远方的电气开关、设备,以及机械设备的工作、运行等状态进行监视;遥控,是指对于远方电气设备、电气机械化装置工作状态的控制、保护;遥调,是指对于远方所控设备的工作参数、标准流程等进行设定、调整;遥视,是指对于远方设备的安全运行状态的监视、记录。
传统的无人机,在飞行时需要通过人工对于遥控器的操作,对其飞行姿态进行的控制,体现出其自动程序的不完善,功能单调等缺陷。但是本项目对于无人机的研究,在地面工作站,通过飞行任务规划软件的配套,有效的改善了以往功能单一的缺点,直接增加了其功能性。其中飞行任务规划软件,具备GoogleMap高速API接口,实现对于无人机飞行航线,在三维地图上的简易规划,同时也能对其航线进行启动,使其实现自动巡航、执行飞行任务、返航等操作。
4 技术关键点及创新点
技术关键点:
地空信息的的数据通信。
先进智能装备数据链协议MAVLink的应用,能够对其所有数据进行有效的整合,并全部归纳在数据链路中,整合五遥操作,有效的降低了多种通信制式、通信模块存在等方面的问题,提高了通信效率,保证了通讯功能得以有效发挥。
解决飞行姿态操控问题
嵌入式操作系统,在ARM处理器平台上的应用,加上陀螺仪等传感器、卡尔曼滤波等先进算法,从而更好的保证了控制系统的功能增加,除此之外,不仅实现了无人操作飞行,在飞行操纵方面,也有效的降低了能耗,增加了能量利用率。
在工业控制领域应用的扩展
本项目以同一载具+多种载荷的建设、研究思路,针对于型号相同的多旋翼飞行器,设计一样的数据、电气、机械接口的任务载荷,实现快速更换载荷,使其飞行任务之间,能够良好、稳定的切换、衔接,保证该系统的实用性,同时也减少了任务执行的成本。
增强地面工作站功能
通过C/S架构、C#语言、.net平台、三维GoogleMap、SQL数据库,以及地面任务规划软件、分析数据分析软件,从而更好的增强地面工作站的功能,以及自动化、智能化的程度,更好的为用户操作,带来更多的便利。
项目的技术创新性
在无人机、地面站,在植入数据链MAVLink的同时,加强整体系统功能的改进,有效的实现了五遥的综合统一。
卡尔曼滤波、四元数算法,加上嵌入式ARM平台,对其飞行姿态实现有效控制。
同一载具+多种载荷思路的研究,实现了无人机,对任务执行模式的有效转换。
同时地面任务规划软件、分析数据分析软件的应用,提高了系统的控制功能,以及系统智能化程度。
5 总结
综上所述,通过对于无人多旋翼任务系统的分析,发现我国针对于此方面的研究,仍存在很多不完善的地方,该项目通过C/S架构、C#语言、先进智能装备数据链、分析数据分析软件等,照比以往的无人机飞行器,在系统功能改进方面,实现了遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的统一;在任务执行模式方面,实现了灵活转换;在飞行姿态方面,实现了智能操控;是在已有多旋翼飞控技术的基础上,有效的规避了其以往的缺陷,同时自主飞行控制软件编程,这种飞控任务的提供,有效的实现了飞行中,自主导航智能飞行。
工业无人机主要上市公司:纵横股份(688070)、中农立华(603970)、中国卫星(600118)、中航电子(600372)、亿嘉和(603666)、航天彩虹(002389)等。
本文核心数据: 工业无人机市场规模、工业无人机应用市场结构
行业概况
1、定义:主要用于商业领域任务
工业无人机属于民用无人机的一种,是一种精准、高效、便捷的可远程控制的航空器,工业无人机主要用于协同或代替人工完成多种商业领域的任务,其通常搭载为完成作业飞行活动的装置或设备。根据国家统计局制定的《国民经济行业分类与代码(GB/T4754-2017)》,“工业无人机”归入计算机、通信和其他电子设备制造业(国统局代码39)中的智能消费设备制造(396),四级代码为3963(智能无人飞行器制造)。
工业无人机按机身结构可分为固定翼、旋翼、直升机等类型。由于各类型无人机的机身结构(动力原理)不同,不同种类的无人机可以依据其特点,开展不同的工业应用。
2、产业链剖析:技术领域广、产业链较长
工业无人机产业链上游为无人机零部件制造、系统开发,代表企业有索尼、北科天绘、英特尔、高通、新能源等;工业无人机产业链中游为无人机研发、整机组装、专业飞行服务及其他相关服务,代表企业有大疆、零度科技、亿航、易瓦特等;工业无人机产业链下游主要为相关的应用场景,如农林植保、地理测绘等。
行业发展历程:行业处在高速发展阶段
较之传统人工作业,工业无人机可以大幅提高效率。我国工业无人机行业起步于2000年,我国开始研制工业型无人遥感系统,并在2005年启动农用无人机研发。2006-2014年间,无人机在农林植保、安防监控、电力巡检等领域得到初步应用,进入到稳步发展阶段。2015年以来,5G网络的超大带宽数据传输、海量连接和超低延时的远程控制能力,将促进空域的合理利用,进而极大延展工业无人机的应用领域。在电力巡检、高层消防、森林防火、遥感测绘、农林牧渔、城市管理、环保监测、应急通信、医疗救援等多种场景中实现创新应用,产生巨大的经济价值和社会效益。
截止目前,我国工业无人机行业的发展大致可分为三个阶段,目前正处在高速发展阶段。
行业政策背景:政策推动工业无人机发展
近年来我国工业无人机行业发展迅猛,在世界范围内取得一定先发优势,但对工业无人机领域的行业规范以及行业标准仍待完善,近年来,我国发布多项政策,鼓励、支持、规范无人机行业发展。
行业发展现状
1、工业无人机市场规模增速较快,市场潜力巨大
2015-2019年,中国工业无人机行业高速发展,五年年均复合增长率约为50%。根据弗若斯特沙利文数据,2019年,我国工业无人机市场规模约达152亿元,2020年,我国工业无人机市场规模约达273亿元。
2、下游应用领域广泛、主要应用于地理测绘领域
工业无人机的主要应用领域包括:电力巡检、应急救援、航空摄影、水利应用、农药喷洒、航空测绘、国土资源、旅游业、管线巡查、医疗业、海事监察、农业林业、物流运输、交通管制、气象监测、反恐防暴等。且随着工业无人机技术水平的不断提升,各行各业对无人机应用需求的提升,工业无人机应用领域将更加深化、细化,应用领域将不断扩大。
从结构上看,2020年中国工业无人机主要应用领域里,地理测绘占比最大,约,其次为农林植保、巡检、安防监控及消防救灾,占比分别为、、及。
3、投资规模趋于稳定
工业无人机的投资热潮伴随着消费级无人机投资浪潮的平静而不断高涨,目前,工业无人机行业投资仍以风险投资为主。2015-2017年,工业无人机投资规模相对较大,其中2017年,工业无人机投资规模达亿元,为近年来最高。2018-2021年,投资规模逐步趋于稳定,在到4亿元之间波动变化。截至2021年9月,工业无人机行业投资金额为4亿元。
注:统计时间截至2021年9月18日。
行业竞争格局
1、区域竞争:广东地区区域优势显著
从企业数量分布来看,工业级无人机企业主要聚集在珠三角地区以及长三角地区,其中,广东、江苏地区企业数量远远超过其他省市,集聚效应初步显现,逐渐成为国内主要的工业无人机生产基地。
从工业无人机技术专利申请区域分布来看,广东地区工业无人机相关专利申请数量最多,为57个,其次是上海,专利申请数量为48个,位居第二。
注 :数据统计时间截至2021年9月18日。
按技术类型看,工业无人机实用新型专利申请量排名前三的地区分别是广东省、上海市、四川省。发明专利排在前三位的分别是上海市、广东省、四川省。
注 :数据统计时间截至2021年9月18日。
2、企业竞争: 大疆创新业务布局较全面
从国内工业无人机代表性企业发展布局看,大疆创新、零度智控、亿航布局整个产业链,在无人机的研发、整机组装、相关运维服务等领域均有部署。从工业无人机销售渠道来看,多数工业无人机企业的销售渠道主要为京东、淘宝等第三方平台。
行业发展前景及趋势预测
1、工业无人机行业市场规模进一步扩大
未来,工业无人机行业增长速度仍将保持在高位,根据弗若斯特沙利文预测,2026年,我国工业无人机市场规模约达2658亿元。
2、5G、云计算等助力工业无人机发展
根据弗若斯特沙利文研究报告显示,5G具有超低延时、超大带宽、超高可靠性的特点,相比4G拥有广覆盖、海量连接等优势。目前,已有部分无人机应用在4G网络通信的支持下运行,但受带宽、时延、干扰的影响较大。随着5G商业化进程的发展,新一代移动通信网络将解决无人机行业应用里遇到的通信问题,赋予无人机超高清图传、超低时延数据传输、超视距飞行、异地控制等能力。而云计算平台可以为工业无人机行业提供安全的数据存储、计算服务,是无人机实现智能化的重要因素。
更多数据可参考前瞻产业研究院《中国工业无人机行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
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工程测绘中无人机遥感技术的优势和运用论文
无论是在学校还是在社会中,大家一定都接触过论文吧,通过论文写作可以提高我们综合运用所学知识的能力。写起论文来就毫无头绪?下面是我精心整理的工程测绘中无人机遥感技术的优势和运用论文,欢迎阅读,希望大家能够喜欢。
摘要:
文章主要就无人机遥感测绘技术相关内容进行分析,其中着重探究工程测绘中无人机遥感测绘技术的应用。无人遥感测绘技术的应用,不仅有利于提升测绘行业发展的科学性、创新性,同时也有利于提高工程测绘的水平和质量。
关键词:
工程测绘;无人机烟感测绘技术;数据分析;
引言:
近年来,无人机在很多领域都得到了广泛应用,并发挥着越来越重要的作用。在工程测量领域对无人机技术的应用,能够为复杂环境下地面测量提供便利,获取相应地区的图像、影像等数据资料,有效提升测量工作的严谨性和科学性。
1、无人机遥感测绘技术的优势
、提升数据的准确性
在工程测绘中全面应用无人机遥感技术,能够对数据准确性有效提升,保证收集数据的安全性,为工程建设提供依据。无人机遥感技术的复杂性相对较高,借助不同类型的技术,特别是对数码传感技术、卫星定位技术以及无人技术的应用,能够全面提升数据收集的质量及效率,大大降低测绘误差,从而保证对数据快速收集的同时,利用高科技全面提升数据的准确性。在对无人机技术不断应用的过程中,其设计也在不断改善,应用的成熟性越来越高。无人机有较小的体积、较高的灵活性,能够很好地推动工程测绘,尤其针对复杂地区,借助无人机遥控测绘技术,能够开展详细的勘察工作,借助软件的应用,能够对数据失误、丢失情况有效避免。
、提升效率
无人机遥感测绘技术的应用,能够减少人工操作程序,有效提高工作效率,在一定程度上降低误差,短时间内对数据快速处理,不仅能够保证效率,还能够保证质量。应用无人机外部作业过程中,能够突破恶劣天气影响,同时也有较长的续航时间,从而保障测绘进度。
、降低成本
测绘作业的复杂性相对较高,应用无人机遥控测绘技术能够有效减少其成本,在一定程度上转变传统测绘方式,提升测绘工作的准确性、科学性。借助地面信息收集工作,能够为其他工作的数据来源奠定基础。在传统测绘过程中,借助载人飞机或卫星对收集数据,会产生较高的成本,且存在安全问题,很容易被恶劣天气影响。应用无人机遥感测绘技术,能够有效地降低成本。
2、无人机遥感技术在工程测绘中的具体应用
、采集数据
在建设工程中,需要始终以数据为基础,因此需要保证数据的精度,但保证数据的精度就需要保证测绘的精度,从而保证建设项目的建筑质量。可见工程测绘收集数据工作十分重要,是工程决策的重要依据,在此基础上分析数据,有利于全面优化工程的谋划、设计。在不同工程测绘过程中,无人机遥感技术的应用也更加广泛,工作人员能够对不同类型数据有效收集,同时也能够借助相关技术,对数据进行分析汇总,对数据收集的精度、速度有效提升。在具体操作过程中,工作人员可以应用计算机输入指令,划分相应的测绘区域,对无人机航线有效设计,并在相应的环境下,引导无人机执行相应的命令,在无人机测绘飞行的过程中,能够明确相应的数据信息,从而结束工程测绘工作。现阶段,技术创新性不断提升,应用定位系统,能够保证定位的精准性,结合坐标系统,能够保证相应区域内的测绘作业能力。对无人机取得的资料,相关工作人员要优化监测、复核工作,对数据的精确性有效保证,并补充其他数据。
、采集图像
应用无人机遥感测绘技术开展工程测绘,除了收集数据,还要收集整理不同图像,对制图的要求有效满足。借助无人机技术,能够收集测绘范围内不同方面的信息,进一步形成影像拍摄。同时,在此基础上,还能够对三维建模有效应用,深加工上一阶段拍摄的画面,为制图工作奠定良好的基础。无人机测绘有较高的智能化,针对不符合需求的图像会进行自动处理,如应用重叠影像数码相机进行自动变焦,对图像参数快速调整有效实现,保证图像收集的清晰性。
、开展低空作业
应用无人机遥感测绘技术,能够对安全性有效保障,尤其一些对图像要求较高的工程测绘项目,无人机测绘能够对上述要求有效满足。在一些恶劣环境之中,应用无人机开展低空作业,因其有更强的灵活性,能够避免受外部条件影响,高效快捷地完成任务。无人机遥感测绘技术也在不断升级,能够很好地提高无人机快速应对能力,有效提升测绘质量。
3、无人机遥感测绘技术应用注意事项
、对相关设备定期检查
为了全面发挥无人机的优势,有效保证测绘结果,并对无人机使用效率有效提高,需要对设备监测的精准性不断优化,保证设备始终处于最佳状态。监测调试工作在应用无人机遥感测绘技术中十分重要,在正式应用设备前,相关工作人员要做好设备性能检测工作,对设备的性能优化,再开展飞行试验,针对不稳定的'设备,相关的工作人员要强化相应的调试工作,对设备性能的稳定性有效保证。此外,相关工作人员还要优化日常保养工作,对通讯设备、电源系统、地面电台等方面进行定期检查,对设备安全性有效保证。
、对像控电测量流程优化
对无人机技术应用,要优化相应的流程,保证无人机遥感测绘技术的应用效果有效提升。工作人员要注意强化拍摄像控点布设工作,对其安全性、高效性有效保证,并完善优化升级工作。具体从以下3个方面入手:
1)要注意监测在可控范围内,与拍摄范围的具体情况有效结合,进行相应地分析,对拍摄区域自由网效果明确,同时还要检查快速生成自由网快拼图的情况,明确是否存在偏差。
2)要对像控点测量方案布设流程优化。要以目标测量范围的具体情况为基础,如地势、地形,优化控制像控点相片质量,提升收集数据的严谨性,避免对影响、数据处理的随意性,还要注意保留原始数据,从而为后续调整制图奠定良好的基础,有效保证数据的真实性。
3)相关工作人员要加强数据存储工作。对于无人机拍摄而言,会出现大量数据,设备中会对相应的数据储存,需要对其中没有价值的信息有效去除,避免无用数据对新数据的影响,保证色彩效果和清晰度。
、对飞行、摄影质量有效控制
为了对无人机拍摄的水平、效率有效保证,相关工作人员需要在实际应用过程中,对无人机的飞行、摄影质量进行严格控制。在具体应用过程中,相关工作人员需要注意:
1)结合规定的时间,带无人机进场,并对无人机不同方面的信息明确,如无人机的降落、起飞方式等,同时还要对飞行速度有效控制,保证测绘影像的清晰性。
2)要注意对无人机飞行高度的设计、控制工作优化,对拍摄区域的设计航高于飞行航高之间的高度差明确,并控制在合理的范围之内。随后还要注意对无人机的飞行状态有效控制,避免其他信号影响无人机拍摄的准确性。此外,在无人机飞行过程中,相关工作人员还需要注意对无人机的上升、下降飞行速率有效控制,并制定相应的安全保护方案。
4、总结
综上所述,应用传统测绘技术,已经不能满足现阶段的市场需要,需将无人机遥感测绘技术应用其中。但为了保证工程测绘结果的科学性和准确性,相关工作人员需要结合实际情况,优化无人机遥感测绘技术,从而有效提升工程测绘的质量和效率。
参考文献
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