無(wú)人直升機(jī)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在中小河流水文應(yīng)急測(cè)流的應(yīng)用方案

陳 銳

（南寧市水文水資源局，南寧 530001）

無(wú)人直升機(jī)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在中小河流水文應(yīng)急測(cè)流的應(yīng)用方案

陳 銳

（南寧市水文水資源局，南寧 530001）

無(wú)人直升機(jī)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種嶄新的非常規(guī)應(yīng)急測(cè)流技術(shù)方法，是傳統(tǒng)水文監(jiān)測(cè)技術(shù)的有利補(bǔ)充。為此，結(jié)合廣西中小河流特點(diǎn)，對(duì)無(wú)人直升機(jī)應(yīng)急測(cè)流系統(tǒng)在中小河流水文應(yīng)急測(cè)流的應(yīng)用方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的組成、選型、硬軟件參數(shù)、功能以及技術(shù)特點(diǎn)等。

無(wú)人直升機(jī)；中小河流；水文應(yīng)急測(cè)流

1 概述

1.1 現(xiàn)行測(cè)流方法存在的問(wèn)題及解決方案

（1）隨著中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等一批重大項(xiàng)目的建設(shè)，廣西新增的水文（位）站、雨量站點(diǎn)達(dá)到歷史的突破。截至2014年12月，廣西水文系統(tǒng)雨量站在659個(gè)國(guó)家基本站的基礎(chǔ)上增至目前的3 129個(gè)（含專(zhuān)用站），水文（位）站在151個(gè)國(guó)家基本站的基礎(chǔ)站增至目前的551個(gè)（含專(zhuān)用站），其中流量站由126站增至到目前278個(gè)（含專(zhuān)用站），水位站由25站增至到目前273個(gè)（含專(zhuān)用站）。而相應(yīng)的監(jiān)測(cè)人員編制不增加的時(shí)候，就需要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是隨著科技的發(fā)展，如何將現(xiàn)有的先進(jìn)測(cè)流技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中去；二是要如何盡可能使得水文測(cè)站的水位流量關(guān)系單值化，這兩者相輔相成；

（2）廣西暴雨頻發(fā)，地質(zhì)地貌復(fù)雜，是洪旱災(zāi)害、泥石流山洪災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)是必不可少的內(nèi)容。受水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)等人類(lèi)活動(dòng)的影響，河道和流域下墊面環(huán)境發(fā)生了較大的變化，使洪水傳播和合成機(jī)制日趨復(fù)雜，河流上、下游水位原有的規(guī)律被打破，相關(guān)關(guān)系越來(lái)越差。因此，補(bǔ)充和完善水文測(cè)報(bào)手段，探索應(yīng)用新儀器、新技術(shù)條件下水文監(jiān)測(cè)技術(shù)，盡快建立新條件下水文因素之間的新關(guān)系，非常必要；

（3）針對(duì)無(wú)水文資料的中小河流，利用無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)可快速收集各條河流的水面流速。在常規(guī)ADCP、流速儀等測(cè)流儀器無(wú)法入水施測(cè)時(shí)，或者水文災(zāi)害突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的斷面測(cè)流作業(yè)條件下，采用無(wú)人直升機(jī)從空中非接觸式地測(cè)出沿河寬不同起點(diǎn)距的水面流速，并最終換算成全斷面的流量，是一種有效的應(yīng)急水文測(cè)流措施。

1.2 廣西中小河流水文應(yīng)急測(cè)流的特點(diǎn)和技術(shù)措施

1.2.1 流量測(cè)驗(yàn)的特點(diǎn)

廣西中小河流眾多、洪水陡漲陡落、且時(shí)常伴有泥石流災(zāi)害發(fā)生。因此，常規(guī)的流量測(cè)驗(yàn)方法（如精測(cè)法、常測(cè)法等）僅僅適用于正常情況下的流量測(cè)驗(yàn)。而當(dāng)特殊情況發(fā)生時(shí)，如山洪泥石流下來(lái)、流速儀、ADCP根本放不下去的情況下；或是開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)的河段沒(méi)有任何測(cè)驗(yàn)設(shè)施，如無(wú)纜道、上下游河段沒(méi)有橋梁等，就需要采用非常規(guī)的方法進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)。

1.2.2 無(wú)人直升機(jī)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

無(wú)人直升機(jī)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種嶄新的非常規(guī)應(yīng)急測(cè)流技術(shù)方法，對(duì)有纜道的測(cè)驗(yàn)斷面，則繼續(xù)使用流速儀、電波（雷達(dá)）流速儀等在這些最合適的位置上進(jìn)行水面流速觀測(cè)；對(duì)沒(méi)有纜道、需要使用測(cè)船進(jìn)行流速測(cè)驗(yàn)的斷面，可以考慮采用無(wú)人直升機(jī)攜帶電波（雷達(dá)）流速儀進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)的方式。

2 無(wú)人直升機(jī)應(yīng)急測(cè)流系統(tǒng)方案

2.1 測(cè)流方案描述

（1）無(wú)人機(jī)測(cè)流系統(tǒng)主要作為野外應(yīng)急條件下的自然河道斷面水文測(cè)流解決方案，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需輔助的水文固定設(shè)施（見(jiàn)圖1）；

圖1 無(wú)人直升機(jī)野外工作照片

（2）系統(tǒng)由越野巡測(cè)車(chē)為機(jī)動(dòng)主體，車(chē)載1～2架水文無(wú)人直升機(jī)，無(wú)人直升機(jī)地面控制站通訊和計(jì)算機(jī)設(shè)備一體化集成在巡測(cè)車(chē)中，機(jī)上搭載雷達(dá)測(cè)流儀器、視頻監(jiān)控、通訊、導(dǎo)航和電源設(shè)備。無(wú)人直升機(jī)為可拆卸組裝結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)需要2人操作，1人控制地面站計(jì)算機(jī)，進(jìn)行飛機(jī)航跡控制和水文測(cè)流作業(yè)操作，另1人負(fù)責(zé)野外現(xiàn)場(chǎng)放飛和回收飛機(jī)；

（3）在需要施測(cè)的河道斷面附近，停車(chē)組裝無(wú)人直升機(jī)設(shè)備，釋放無(wú)人直升機(jī)完成自動(dòng)測(cè)流任務(wù)。飛機(jī)按照遙控或設(shè)定的航跡穿越河道斷面，可以按照設(shè)定的5～50m間距點(diǎn)懸停，懸停高度10～30m設(shè)置，實(shí)施雷達(dá)流速儀測(cè)量（見(jiàn)圖2）；

圖2 無(wú)人直升機(jī)野外測(cè)流飛越河道橫斷面工作示意

（4）在水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)條件下，如果由于道路不通人員到不了現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)人直升機(jī)操控人員有可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不通視，系統(tǒng)支持2種工作模式：①遙控飛行模式：由操作員通過(guò)地面控制站的監(jiān)視器屏幕，遙控飛機(jī)起飛、降落和視頻導(dǎo)航飛行，完成懸停和測(cè)流任務(wù)；②自動(dòng)飛行模式：在通視性好的測(cè)流斷面，操作員通過(guò)地面控制站的計(jì)算機(jī)為無(wú)人直升機(jī)設(shè)置飛行航跡，懸停測(cè)流點(diǎn)等參數(shù)，無(wú)人直升機(jī)的起降和航跡控制，均由機(jī)載計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，機(jī)載計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)完成測(cè)流飛行任務(wù)；

（5）測(cè)流過(guò)程：①無(wú)人直升機(jī)測(cè)飛行軌跡、視頻圖像及懸停點(diǎn)測(cè)流數(shù)據(jù)均通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路傳送回地面控制站計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)，斷面流量由水文測(cè)流軟件根據(jù)斷面的表面流速～流量模型關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，輸出；②對(duì)于無(wú)模型的測(cè)流斷面，可以顯示各測(cè)流懸停點(diǎn)表面流速數(shù)據(jù)和分布情況，定性地評(píng)估斷面的流量。

2.2 機(jī)載測(cè)流儀器選型

測(cè)流吊艙傳感設(shè)備采用美國(guó)ACI公司S3－SVR型多普勒雷達(dá)波測(cè)速傳感器（見(jiàn)圖3）。無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)提供RS422、RS232等標(biāo)準(zhǔn)接口，通過(guò)軟件優(yōu)化與任務(wù)載荷吊艙連接，實(shí)現(xiàn)與雷達(dá)波測(cè)流傳感吊艙的通訊，將河道斷面流速數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)的傳輸?shù)降孛嬲荆孛嬲居?jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件結(jié)合GPS信息，通過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)斷面流量的集測(cè)、計(jì)算、輸出和管理功能，獲得水面流速和斷面流量。

圖3 S3－SVR型多普勒雷達(dá)波測(cè)速傳感器

S3－SVR型多普勒雷達(dá)波測(cè)速傳感器主要技術(shù)指標(biāo)：

測(cè)速技術(shù)原理：多普勒頻移技術(shù)；

流速測(cè)量精度：≤±0.03m/s；

流速測(cè)量范圍：0.2～18m/s；

發(fā)射功率：50 mW；

微波頻率：Ka波段，34.7 GHz；

波束寬度：12°；

數(shù)據(jù)接口：RS－232，9 600 bps；

工作溫度：－30℃～＋70℃；

保存溫度：－40℃～＋80℃；

設(shè)備重量：0.6kg；

設(shè)備尺寸：長(zhǎng)度120mm，直徑70mm；

適用環(huán)境：全天候，大、中、小以及暴雨天均可正常測(cè)量流速。

3 水文無(wú)人直升機(jī)測(cè)流模型的創(chuàng)建

（1）對(duì)廣西需要采用無(wú)人直升機(jī)測(cè)流的水文測(cè)站已有的水文資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，尋找不同水位條件下的水面流速沿河寬的分布函數(shù)（可參考流速沿水深的分布函數(shù)為4種：拋物線(xiàn)型、橢圓型、對(duì)數(shù)型和指數(shù)型），然后從中尋找這些分布函數(shù)與斷面平均流速之間的相關(guān)關(guān)系最好、最穩(wěn)定的位置（可能是斷面上水面流速沿河寬的分布函數(shù)的平均流速，也可能是某幾個(gè)特定位置的水面流速組合，甚至是某一個(gè)特定位置的水面流速），為流量測(cè)驗(yàn)找到最合適的測(cè)驗(yàn)位置；

（2）根據(jù)測(cè)站已有的多年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析比對(duì)，從中進(jìn)行模擬，選取最合適的分布函數(shù)，從中找到高洪、豐水、平水和枯水期的4種不同水位下建立測(cè)站水面流速沿河寬分布函數(shù)、水面流速與斷面平均流速相關(guān)關(guān)系，并且尋找到這樣的一種方法，可供廣西乃至全國(guó)合適的地區(qū)推廣運(yùn)用；

（3）對(duì)于中小河流沒(méi)有實(shí)測(cè)資料（或者實(shí)測(cè)資料代表性不充分的測(cè)站）需要開(kāi)展上述數(shù)據(jù)的平行施測(cè)工作。

4 水文應(yīng)急測(cè)流軟件功能

（1）支持超短波無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈通訊功能，滿(mǎn)足20km范圍內(nèi)的遙控和視頻傳輸功能；

（2）支持實(shí)時(shí)測(cè)流數(shù)據(jù)的采集、處理和流量計(jì)算；

（3）斷面飛行航跡和測(cè)流懸停點(diǎn)的位置分布和數(shù)據(jù)顯示；

（4）水文測(cè)流報(bào)表和過(guò)程線(xiàn)的顯示。

5 水文常規(guī)測(cè)流及應(yīng)急監(jiān)測(cè)無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)選型

滿(mǎn)足非接觸雷達(dá)測(cè)流的無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)需要具備人工操控、增穩(wěn)操控和自主飛行控制3種模式，可實(shí)現(xiàn)人工/自主起降，精確的位置、高度和速度跟蹤控制，任意作業(yè)航跡自動(dòng)規(guī)劃，多機(jī)接力作業(yè)，地面實(shí)時(shí)視頻觀測(cè)，全自動(dòng)智能控制以及自動(dòng)記錄任務(wù)執(zhí)行情況等功能。無(wú)人直升機(jī)平臺(tái)采用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)舵機(jī)、碳纖維尾管/槳葉、齒輪、無(wú)人直升機(jī)機(jī)體、計(jì)算機(jī)機(jī)箱等均采用成熟技術(shù)設(shè)計(jì)制造。

6 無(wú)人直升機(jī)測(cè)流系統(tǒng)組成

結(jié)合水文監(jiān)測(cè)任務(wù)的特點(diǎn)，水文監(jiān)測(cè)無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)要求技術(shù)成熟，在飛行控制與管理系統(tǒng)、飛機(jī)平臺(tái)、測(cè)控指揮鏈路、任務(wù)載荷、地面保障設(shè)備等方面均要進(jìn)行水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)的適應(yīng)性設(shè)計(jì)與試飛驗(yàn)證。本文介紹由中航工業(yè)西安飛行自動(dòng)控制研究所自行研發(fā)制造的AR200無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)，是擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通用型民用無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由地面與空中兩部分組成，地面部分包括地面保障運(yùn)輸車(chē)（可以兼容普通越野車(chē)）與地面站（飛行指揮中心、水文測(cè)流計(jì)算機(jī)），空中部分主要包括飛機(jī)平臺(tái)、飛行管理系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)等部分。系統(tǒng)主要組成如圖4所示。

圖4 AR200無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)組成

AR200無(wú)人直升機(jī)作業(yè)系統(tǒng)的組成分為以下3個(gè)部分：

（1）飛機(jī)平臺(tái)及任務(wù)載荷：包括無(wú)人直升機(jī)機(jī)架、動(dòng)力部分（含發(fā)動(dòng)機(jī)和啟動(dòng)機(jī)）、傳動(dòng)部分（齒輪、皮帶、離合器等）、起落架、槳葉（大槳和尾槳）、旋翼頭、油箱、任務(wù)載荷系統(tǒng)等；

（2）機(jī)載系統(tǒng)：包括供電電源、遙控接收機(jī)和舵機(jī)、GNCC及任務(wù)一體化計(jì)算機(jī)、機(jī)上天線(xiàn)、電纜等；

（3）地面站系統(tǒng)（集成于地面運(yùn)輸車(chē)內(nèi)）及輔助設(shè)備：包括指揮與控制地面站（綜合遙控遙測(cè)和差分GPS基站功能）、手持遙控器、手持位置測(cè)量設(shè)備、GPS基站天線(xiàn)、地面數(shù)據(jù)鏈天線(xiàn)、以及發(fā)電機(jī)等相關(guān)輔助設(shè)備。

AR200無(wú)人直升機(jī)作業(yè)系統(tǒng)構(gòu)成及拓?fù)鋱D見(jiàn)圖5～8。

7 AR200無(wú)人直升機(jī)功能與性能

7.1 系統(tǒng)功能

AR200無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)通用化作業(yè)流程見(jiàn)圖9。

圖5 AR200無(wú)人直升機(jī)作業(yè)系統(tǒng)構(gòu)成

圖6 AR200無(wú)人直升機(jī)作業(yè)系統(tǒng)空中部分

圖7 AR200無(wú)人直升機(jī)作業(yè)系統(tǒng)地面站控制站部分

圖8 AR200無(wú)人直升機(jī)作業(yè)系統(tǒng)拓?fù)浣M成

圖9 無(wú)人直升機(jī)任務(wù)作業(yè)流程

針對(duì)中小河流水文測(cè)驗(yàn)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)，在確定數(shù)字地圖的條件下，可以實(shí)現(xiàn)航線(xiàn)任務(wù)實(shí)時(shí)規(guī)劃。AR200無(wú)人直升機(jī)作業(yè)系統(tǒng)的主要功能如下：

（1）任意地形作業(yè)航跡規(guī)劃；

（2）人工操縱/增穩(wěn)控制/自動(dòng)控制飛行模式切換；

（3）通過(guò)操縱手控制遙控器上的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)三者之間的一鍵切換；

（4）全自動(dòng)控制作業(yè)飛行，無(wú)人直升機(jī)本體對(duì)象不穩(wěn)定，通過(guò)內(nèi)回路的姿態(tài)穩(wěn)定控制和外回路精確制導(dǎo)邏輯，保證無(wú)人直升機(jī)可精確穩(wěn)定跟蹤各類(lèi)控制指令，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程中無(wú)人干預(yù)情況下的全自動(dòng)起飛/著陸、以及航跡的精確跟蹤（亞米級(jí)），并在作業(yè)完成后自動(dòng)返航、或通過(guò)地面站指令實(shí)現(xiàn)“一鍵返航”；

（5）高度通道人工可干預(yù)，在地形起伏較大、規(guī)劃難以補(bǔ)償（受限于地理信息采集點(diǎn)有限）的情況下，可通過(guò)遙控器操縱桿人工干預(yù)補(bǔ)償飛行高度，保證無(wú)人直升機(jī)的安全飛行，這一功能在峽谷、城市作業(yè)時(shí)尤為重要；

（6）地面遙測(cè)遙控，通過(guò)地面站的顯示界面，可在起飛前加載飛行任務(wù)，在飛行中發(fā)送飛行指令并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種飛參數(shù)據(jù)，且具有第一人稱(chēng)飛行圖像顯示功能，具有友好的人機(jī)界面；

（7）任務(wù)設(shè)備控制，系統(tǒng)故障診斷及處理等。包括任務(wù)載荷、數(shù)據(jù)鏈、GPS、傳感器等機(jī)載設(shè)備故障后的處理模式，以及電、油不足情況下的處理。

7.2 主要性能參數(shù)

最大巡航速度：54km/h；

作業(yè)巡航速度：36km/h；

最大爬升率：2m/s；

空機(jī)重量：27kg；

最大起飛重量：50kg；

最大作業(yè)載重：15kg；

飛行時(shí)間：≮60min（可加掛副油箱進(jìn)行擴(kuò)展）；

工作高度：0～1 000m（相對(duì)高度）；

姿態(tài)（俯仰和橫滾）保持精度：±1.5°；

航向給定與保持精度：±3.0°；

飛行高度保持精度：±1.5m；

地速保持精度：±1.0m/s；

位置給定與保持精度：±1.0m；

區(qū)域?qū)Ш骄龋骸?.0m；

起飛、著陸和懸停狀態(tài)的最大正側(cè)風(fēng)：5m/s。

尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：2 800mm×780mm×950mm；

主旋翼直徑：2 350mm；

發(fā)動(dòng)機(jī)排量：170 cc；

發(fā)動(dòng)機(jī)馬力：17 hp；

計(jì)算機(jī)尺寸：150mm×125mm×85mm；

一體化飛行控制與管理系統(tǒng)重量：≤2kg（含電纜）；

地面指揮與控制站集成于運(yùn)輸車(chē)內(nèi)，運(yùn)輸車(chē)可選配改裝。

8 AR200無(wú)人直升機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

8.1 飛控與管理系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

（1）采用小型傳感器系統(tǒng)，提高任務(wù)可靠性的同時(shí)減少了重量；

（2）采用成熟貨架電動(dòng)舵機(jī)，提高舵機(jī)的壽命；

（3）通過(guò)內(nèi)置飛行參數(shù)記錄模塊，提高調(diào)整試飛工作效率；

（4）包含完善的計(jì)算機(jī)、舵機(jī)的自監(jiān)控措施，保證故障切換的可靠性；

（5）緊急情況之下可采取緊急返航或自轉(zhuǎn)下滑策略，最大限度地保證系統(tǒng)安全性；

（6）軟件中采取完善的故障處理措施，提高系統(tǒng)安全性。

8.2 飛行功能模態(tài)庫(kù)

8.2.1 穩(wěn)定飛行控制系統(tǒng)

結(jié)合水文監(jiān)測(cè)任務(wù)的飛行環(huán)境，穩(wěn)定飛行控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下8種穩(wěn)定飛行控制功能：

（1）三軸姿態(tài)保持（ATT）。姿態(tài)保持是最基本的控制模態(tài)，提供無(wú)人直升機(jī)三軸姿態(tài)（俯仰、橫滾與航向）保持功能；

（2）速度給定與保持（VEL）——含縱、橫向速度遙調(diào)功能。速度給定與保持模態(tài)可提供保持投入瞬間的速度值的功能。依據(jù)飛行速度又分為空速保持、地速保持和懸停保持3種。可通過(guò)飛行組合指令的速度給定項(xiàng)來(lái)調(diào)整速度基準(zhǔn)；

（3）航向給定與保持（HDG）——含航向遙調(diào)功能。航向給定與保持模態(tài)可提供跟蹤并保持飛行組合指令給出的航向給定值的功能。由滾轉(zhuǎn)通道和航向通道協(xié)調(diào)進(jìn)行控制；

（4）高度給定與保持（ALT）——含高度遙調(diào)功能。高度給定與保持模態(tài)可提供保持投入瞬間的高度值的功能。依據(jù)當(dāng)前高度又分為氣壓高度給定與保持和無(wú)線(xiàn)電高度給定與保持兩種工作方式?？赏ㄟ^(guò)飛行組合指令中的高度給定值來(lái)調(diào)整高度基準(zhǔn)；

（5）自動(dòng)區(qū)域?qū)Ш剑∟AV）。自動(dòng)區(qū)域?qū)Ш侥B(tài)依據(jù)預(yù)先裝訂的航路信息及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的飛行狀態(tài)信息所計(jì)算生成航向?qū)б噶羁刂茻o(wú)人直升機(jī)完成沿設(shè)定航路的飛行的功能；

（6）位置給定與保持（PH）——含縱、橫向位置遙調(diào)功能。位置給定與保持模態(tài)可提供保持投入瞬間位置的功能?？赏ㄟ^(guò)飛行組合指令的縱、橫向位置給定項(xiàng)來(lái)調(diào)整位置基準(zhǔn)；

（7）自動(dòng)向下過(guò)渡（TDN）。自動(dòng)向下過(guò)渡模態(tài)的功能是使用俯仰及總距通道，使飛機(jī)以預(yù)先編制的程序退出巡航飛行狀態(tài)，逐步調(diào)整到懸停飛行狀態(tài)，即調(diào)整飛行速度由巡航空速至零地速，同時(shí)調(diào)整高度至機(jī)場(chǎng)航路點(diǎn)上方10m（暫定）的高度。當(dāng)?shù)厮傩∮?m/s（暫定），且高度達(dá)到期望高度后，由制導(dǎo)邏輯確定該模態(tài)是否結(jié)束，并調(diào)用其它模態(tài)；

（8）自動(dòng)向上過(guò)渡（TUP）。自動(dòng)向上過(guò)渡模態(tài)的功能是使用俯仰及總距通道，使飛機(jī)以預(yù)先編制的程序退出懸停飛行狀態(tài)，逐步調(diào)整到巡航狀態(tài)，即調(diào)整飛行速度由零地速至巡航空速，同時(shí)調(diào)整高度至應(yīng)飛航路點(diǎn)的高度。當(dāng)空速達(dá)到巡航空速，且高度達(dá)到期望高度后，由制導(dǎo)邏輯確定該模態(tài)是否結(jié)束，并調(diào)用其它模態(tài)。

8.2.2 穩(wěn)定飛行控制系統(tǒng)

穩(wěn)定飛行控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下機(jī)動(dòng)軌跡控制功能，各機(jī)動(dòng)軌跡控制功能的作用是提供穩(wěn)定飛行狀態(tài)間的過(guò)渡飛行狀態(tài)的飛行控制。

（1）起飛（TAKEOFF）。起飛用以進(jìn)行直升機(jī)起飛過(guò)程的控制，達(dá)到預(yù)定高度后自動(dòng)轉(zhuǎn)入懸停狀態(tài)的高度保持；

（2）著陸（LAND）。著陸用以進(jìn)行直升機(jī)著陸過(guò)程的控制，到達(dá)地面后該機(jī)自動(dòng)結(jié)束；

（3）加速（ACC）/減速（DEC）。加速/減速用以進(jìn)行直升機(jī)飛行速度的改變；

（4）爬升（CLI）/下降（DES）；

（5）盤(pán)旋（CIR）。盤(pán)旋用以進(jìn)行大速度下直升機(jī)航向的改變；回轉(zhuǎn)用以進(jìn)行懸停狀態(tài)附近的航向改變。

8.3 地面控制與指揮

使用無(wú)人直升機(jī)面臨的一個(gè)問(wèn)題是任務(wù)區(qū)域的可達(dá)性，AR200設(shè)計(jì)了獨(dú)立的地面指揮與控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)便攜式攜帶，也可以集成于地面運(yùn)輸車(chē)（或越野車(chē)）內(nèi)實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備的集成化，以便于靈活運(yùn)動(dòng)。

地面控制站（GCS）是無(wú)人直升機(jī)測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，完成對(duì)飛機(jī)、任務(wù)載荷及數(shù)據(jù)鏈的狀態(tài)監(jiān)視和操作控制。地面控制站主要實(shí)現(xiàn)以下的功能：

（1）飛行器飛行狀態(tài)和飛行相關(guān)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示和控制；

（2）光電平臺(tái)等任務(wù)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)顯示；

（3）任務(wù)/航路顯示、規(guī)劃和管理。

9 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人直升機(jī)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種嶄新的非常規(guī)應(yīng)急測(cè)流技術(shù)方法，無(wú)人直升機(jī)測(cè)流飛行軌跡、視頻圖像及懸停點(diǎn)測(cè)流數(shù)據(jù)均通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路傳送回地面控制站計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)，斷面流量由水文測(cè)流軟件根據(jù)斷面的表面流速～流量模型關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，輸出。對(duì)于無(wú)模型的測(cè)流斷面，可以顯示各測(cè)流懸停點(diǎn)表面流速數(shù)據(jù)和分布情況，定性地評(píng)估斷面的流量，有著非常廣泛的應(yīng)用前景。目前，國(guó)產(chǎn)的無(wú)人直升機(jī)技術(shù)相當(dāng)成熟，大多應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力、搶險(xiǎn)救災(zāi)、視頻拍攝等行業(yè)，但是無(wú)人直升機(jī)用于水文上測(cè)流技術(shù)目前全國(guó)還沒(méi)有實(shí)踐，尚需要做大量測(cè)試、率定工作；無(wú)人機(jī)測(cè)流技術(shù)的研究是誰(shuí)先開(kāi)展了，誰(shuí)就領(lǐng)先。凡是需要空中解決方案的地方，都將有無(wú)人機(jī)的一席之地。無(wú)人機(jī)將應(yīng)用在更廣闊的領(lǐng)域。

（責(zé)任編輯：周 群）

Application of hydrological monitoring system equipped with unmanned helicopter in emergency flow measurement of middle and small rivers

CHEN Rui
（Hydrology and Water Resources Bureau of Nanning City，Nanning 530001，China）

As a new unconventional technical method for emergency flow measurement，the hydrological monitor?ing system equipped with unmanned helicopter is favorable supplement for traditional hydrometric survey technolo?gy.Combined with the characteristics of middle and small rivers in Guangxi，the author presented the scheme for application of emergency hydrological flow measurement system with unmanned helicopter，with emphases put on the composition，selection，parameters of hardware and software，functions and technical features of system.

Unmanned helicopter；middle and small rivers；emergency hydrological flow measurement

TP79；P332.4

B

1003-1510（2016）05-001-06

2016-01-09

陳 銳（1969-），女，廣西博白人，南寧市水文水資源局高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事水文水資源站網(wǎng)管理及水文監(jiān)測(cè)工作。