傾斜攝影技術(shù)可通過獲取地物不同方向的紋理及結(jié)構(gòu)信息,重新構(gòu)建出地面場景的實景三維模型,該技術(shù)彌補了低空遙感技術(shù)只能獲取頂部信息的不足,實現(xiàn)了地物信息的三維存儲及分析。傾斜攝影技術(shù)在發(fā)展早期,通常采用大型固定翼、小型載人機或無人機搭載五鏡頭相機進行影像獲取,獲取的影像具有高分辨率、地物信息豐富等優(yōu)勢,但其設備購買及使用成本高且空域申請周期長、審批困難等問題,限制了該技術(shù)的使用場景。隨著多旋翼無人機的面世,大幅降低了傾斜攝影的成本,傾斜攝影技術(shù)逐漸走向小區(qū)域場景建模任務中。近年來,大疆創(chuàng)新公司的迅速崛起,將消費級無人機帶入了人們的視野,該類型無人機憑借著優(yōu)秀的機動能力以及出色的穩(wěn)定性迅速在各行業(yè)中得到應用。當前已有部分嘗試將小型消費級無人機應用在傾斜攝影行業(yè)中,經(jīng)實驗取得了理想的成果,但是至今還少有學者針對消費級無人機進行傾斜攝影航線設計規(guī)劃的研究。市面上消費級無人機多為四旋翼結(jié)構(gòu),究其原因是四旋翼無人機具有垂直起降能力、可懸停、操作簡單以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點。本文首先對其機體結(jié)構(gòu)及飛行性能進行了深入的分析,并通過Matlab實現(xiàn)了其在一維至三維空間的模擬。通過實驗了解四旋翼無人機可完成的飛行軌跡以及其飛行能力,為后期航線設計及規(guī)劃收集大量的基礎數(shù)據(jù)。在綜合分析消費級無人機的性能后,本文認為將消費級無人機應用在復雜結(jié)構(gòu)的建、構(gòu)筑物或小場景傾斜攝影任務中最能發(fā)揮其特性。其次,文中將常見的小范圍場景及地物進行了分類,并依據(jù)分類提出了不同的航線規(guī)劃方法,具體可分為全覆蓋航線、環(huán)繞航線、垂直航線以及等高線航線。再次,為實現(xiàn)傾斜影像獲取的高效、穩(wěn)定,設計并編寫了基于Android語言的無人機傾斜攝影地面站,該地面站可驅(qū)使無人機依照規(guī)劃任務自動完成傾斜攝影工作,大幅度降低了傾斜攝影技術(shù)的使用難度及工作量。為驗證設計航線是否可行以及地面站是否穩(wěn)定、可靠,在實驗場針對多種特征建筑物及場景進行了航線規(guī)劃及建模實驗,對建模效果及精度分析,證明了航線及地面站均可行,并在實驗中對航線進行組合使用,實現(xiàn)了復雜結(jié)構(gòu)模型精細化建模,提高了消費級無人機傾斜攝影的能力及產(chǎn)品的精度。
【學位單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P231
【部分圖文】：

2 無人機建模四旋翼無人機可被視為質(zhì)量均勻且形狀對稱的剛體，為實現(xiàn)四旋翼無人真，首先需建立用于描述其空間位置及自身姿態(tài)的坐標系。通過剛體力學旋翼進行受力分析以建立適當?shù)膭恿W模型。本節(jié)將對坐標系相關知識進紹，并對四旋翼的無人機動力學方程進行歸納總結(jié)。2.1 參考坐標系四旋翼無人機處于不斷運動狀態(tài)中，建立適當?shù)淖鴺讼祵τ谠敿毭枋銎溥\動狀態(tài)是至關重要的。為對四旋翼無人機進行仿真需對其坐標系系統(tǒng)進入分析。首先詳細說明兩套用于描述無人機姿態(tài)及空間位置的坐標體系。 2-3 所示。圖 2-3 為兩種坐標系及其關系的簡易示意圖。設參考坐標系為 W，該坐圖 2-2 無人機控制規(guī)律Fig.2-2 Four-rotor UAV control law

間運動狀態(tài)是至關重要的。為對四旋翼無人機進行仿真需對其坐標系系統(tǒng)進行深入分析。首先詳細說明兩套用于描述無人機姿態(tài)及空間位置的坐標體系。如圖 2-3 所示。圖 2-3 為兩種坐標系及其關系的簡易示意圖。設參考坐標系為 W，該坐標系屬于慣性坐標系，并設其三軸分別為 XW、YW、ZW，設機體框架坐標設為 B。圖 2-2 無人機控制規(guī)律Fig.2-2 Four-rotor UAV control law7

第 2 章 無人機模擬仿真具有慣性或滯后性。導致誤差調(diào)節(jié)落后于誤差的變化。而誤差的微分即表示誤差的變化速率，反映了被控量的變化趨勢。通過微分項即可將抑制誤差的速率“提升”，達到降低誤差的目的。可通過比例微分控制器相結(jié)合的方法，由于有微分項的存在將避免超調(diào)，可增強控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。對于不同系統(tǒng)可采用不同控制方法及控制器結(jié)構(gòu)。四旋翼無人機系統(tǒng)存在基礎參數(shù)已知、對動態(tài)控制性能要求較高，且假設實驗環(huán)境穩(wěn)定無干擾。在此前提下本文將采用含有比例項及微分項的 PD 控制器，并增加可提高相應速度的前饋項。此處前饋項為無人機系統(tǒng)的加速度，即無人機飛行的飛行趨勢。( ) ( ) ( ) ( )desv pu t = x t + K e t +K e t(2-22)通過 Matlab 對 PD 控制器進行模擬。以分析改變比例項及微分項對系統(tǒng)造成的影響。
【參考文獻】

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本文編號：2851872