民用无人机地面站发展的分析研究

V���̊�"�s�jyެƯ�)�2'!i�Nn��xȬ�*'>V����m��M;�1�L��"�s�jyޯ_�m� �ky"http://www.xcysycw.com/k/jihua/" target="_blank" class="keylink">计划规划整个飞行航線，预先设置拍照、空投等作业动作点，即使在飞行任务执行期间，仍然可以重新编辑任务，修改飞行航线或航点属性，实时调整飞行任务目标。与其他地面站平台相比，大疆地面站大大减少了规划飞行任务的复杂度，节省了时间，提高了准确率，同时也支持键盘或自定义摇杆飞行控制不同的操作方法。

（3）DJI GS Pro。DJI GS Pro地面站是大疆公司开发的无人机操作及综合管理的iPad端应用程序，如图3所示。操作者通过轻点屏幕这种直观、简易的交互设计，就可以完成复杂航线任务的规划，在任务作业中实现全自动航点飞行，在测绘飞行任务重提供了“区域模式”和“环绕模式”两种模式。地面站内置了虚拟护栏功能，设定一个安全的指定飞行区域，当飞行器在区域内逐渐接近边界位置时，就会减速刹车并悬停，令飞行器不飞出飞行区域，从而保证飞行安全。同时地面站可将飞行任务、执行记录、飞行器信息、飞行日志等数据上传至云端存储，实现全面的数据备份，使用户能够对比作业数据与历史数据，为任务优化提供依据。DJI GS Pro支持团队构建，设定团队代表、管理员、普通成员三种角色。通过精细化的权限设置，帮助优化工作流，从而展开团队高效管理与协作，大幅提升建筑行业、精准农业、空中摄影测量、电力巡检、安全监控和灾害救援等领域的任务执行效率。

2.2 不同无人机地面站的分析

用途多样、设计各异的无人机，都配备有相应的不同结构、形式的无人机地面站系统。特殊领域的专业无人机，其地面站由其生产公司制造的专用硬件平台和软件系统构成。消费级微型无人机地面站可以满足无人机爱好者日常操作、娱乐应用，通常以软件应用的形式运行在个人电脑或者智能手机平台上，使无人机操控者能够方便地携带和使用。

（1）专业无人机专用地面站。随着无人机技术在不同行业领域的应用，专业型无人机可以为特定的行业带来巨大的助力，其专用的地面站系统则要拥有适应其行业应用需要的的独特功能，甚至需要专用的硬件平台。图4展示的是成都纵横发布的专业航测无人机使用的地面站系统，该公司制造了一整套无人机地面站操作平台，集成了操作手柄、键盘、显示屏幕等硬件，确保无人机在执行测绘、电力巡查、输油管道巡查、边防、森林防火、水利、城市应急监视等专业任务时，高效、优质地完成任务。

（2）消费级微型无人机地面站。近年来消费级无人机市场爆发式增长，越来越多的消费者开始使用相应的地面站。这类地面站通常使用个人电脑或者便携设备即可实现对无人机的操作，整个地面站系统功能更加简单明了，交互更加人性化。

3 无人机地面站结构及功能

专业无人机专用地面站系统与消费级微型无人机地面站系统，虽然存在设备形式和功能的差异，但是其组成和核心功能来说，具有许多共同之处。一般来说，地面站系统硬件部分通常由地面站计算机、通信发送接受设备和操控设备构成，从而实现对无人机信息的监控以及对无人机的控制[8]。无人机地面站软件通常具有以下功能模块：

（1）数据通信连路模块。数据通信链路是无人机和地面站之间进行连接交互的桥梁，无人机需要通过链路将飞行数据下传至地面站，供工作人员进行监控;同时操作人员需要通过链路将指令上传给飞控以调整实现对无人机的操控。数据通信链路包含了完整的安全可靠的通信协议，地面站应该完整支持协议的解析和封装[9]。

（2）飞行状态监视显示模块。无人机上安装的传感器在无人机执行任务时会获取飞行器的各种飞行状态数据，随后无人机将这些数据按照一定的数据格式打包装帧，通过通信链路传至地面站。地面站接收后会经过解析将这些数据显示在虛拟仪表和其他控件上。同时地面操作人员通过软件上的显示数据掌握飞行器的运行状态和负载设备状态，根据任务需要实时通过地面站向飞机发送控制命令，从而控制无人机的飞行，以完成任务[10]。

（3）电子地图定位模块。电子地图主要作用是依据飞行器下传飞行时的经纬度信息，把飞行过程中飞机的当前位置和产生的航迹实时标注在地图上，供操作者掌握无人机执行任务时的飞行状态[11]。另外，电子地图可以协助实现快捷规划航线功能。

（4）航线规划模块。在无人机起飞执行任务之前，地面人员按照任务计划在地面站上规划整个飞行航线，再通过数据通信链路上传至无人机机体的飞行控制系统，使无人机可以自动按照规划完成此次飞行任务[12]。

4 无人机地面站发展的思路

无人机技术持续发展，地面站系统也在不断完善。为了使地面站系统可以更好地操控无人机，更好地辅助无人机达到预定的任务目标，无人机与地面站之间的通信以及地面站对无人机的操控十分重要。针对这些特点，本文提出了一些发展的新思路。

（1）网络通信。当前大多数的地面站系统通过数传电台与无人机进行通信传输，但是当前无人机的飞行任务半径要求越来越大，很多场景下无人机离开地面站的距离要远远超过数传电台的传输范围，这些都对精准控制无人机造成了一定的困难。倘若如果能够将无人机与地面站系统加入现有的通信网络，使用网络通信，这将开拓出巨大的应用空间，无人机在飞行过程中保持随时在线，地面站系统可以不受限制地监测无人机的状态，实现对无人机的远程操控，完成更加丰富的任务。

（2）飞行规划及重新规划。无人机地面站必须直观、简便的任务规划功能，并且在无人机按照规划执行飞行任务的过程中，还要能够随时根据形势的变化和任务的需求，改变之前的规划，重新实施新的规划。无人机在执行规划好的飞行任务时，可以实时根据当前的任务需要修改并覆盖之前的任务计划。任务重新规划功能可以有效地提高工作效率，提高任务制定的可靠性，使无人机的作业任务更加高效灵活。目前，大疆公司出品的地面站系统已经实现了此功能并受到广泛好评，这将成为一个众多公司追随的热点功能。

（3）通用化设计。模块化、组件化结构是当前软件系统发展的主流思想，对地面站系统进行模块化的设计和研制，可以预先完成无人机的通用化模块，根据不同的无人机具体要求进行增加、删除、更换模块，减少重复工作量，提高效率。

5 结语

自上世纪50年代，出现在美国军方的无人机装备系统中，到本世纪初，随着民用微型无人机的蓬勃发展进入了高速发展的时代，几十年间无人机地面站系统的应用经历了从军用领域到民用领域的转变，既发展出针对特殊领域细分市场的专业产品，也有面向消费级市场的普及性产品，目前正向设计通用化、操作人性化发展。

参考文献

[1] 邢镇.小型无人机地面站软件设计[D].南昌航空大学，2018.

[2] 李曈.小型模块化无人机地面站系统的设计与实现[D].电子科技大学，2018.

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[4] 卢艳军，刘季为，张晓东.无人机地面站发展的分析研究[J].沈阳航空航天大学学报，2014，31（03）：60-64.

[5] 王斌.多旋翼无人机地面监控系统设计[D].南京信息工程大学，2017.

[6] 李政.一种无人机地面站移动客户端的设计与实现[D].北京邮电大学，2016.

[7] 艾必心.多旋翼无人机地面监控系统的设计[D].东南大学，2017.

[8] 叶听.无人机地面站软件设计及航迹规划算法研究[D].浙江大学，2016.

[9] 陶武梁.无人机地面站及飞行数据可视化研究[D].南昌航空大學，2017.

[10] 金泽选.植保无人机地面站系统研究[D].杭州电子科技大学，2017.

[11] 崔笑天.一款基于C#的农用喷施无人机地面站的设计与实现[D].西安电子科技大学，2015.

[12] 刘智腾.小型无人机地面站软件设计与实现[D].南昌航空大学，2015.

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