用于桥梁病害检测的无人机地面站设计及实现陈锴，罗文广摘要：无人机地面站作为无人机控制系统中至关重要的一部分，其主要功能为无人机飞行控制以及任务管理.设计专用无人机地面站，提高对于任务的适应度，是推广应用无人机的一大有效举措.本文基于实际需求，设计及实现了用于桥梁病害检测的专用无人机地面站，该地面站具备无人机飞行监控、快捷控制、飞行任务规划、飞行路径以及航迹显示等功能，其基于VisualStudio2019软件开发，主框架采用C#编写，电子地图采用Googlemap（Gmap）以及GoogleEarth二次开发实现，数据协议采用MAVlink协议.通过实机测试，地面站软件各个功能模块工作良好，能够高效地完成既定任务，可以达到设计目标.关键词：无人机;地面站;航线规划;桥梁病害检测;软件开发：U445.7;V279.2;V249.122DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2021.04.0060引言随着无人机技术日益成熟[1]，无人机在许多领域得以应用，如影视拍摄、植保、地理遥感等.多元化的任务需求推动着无人机相关技术的突破，如更长的续航时间、更大的任务载荷、更强的通信能力、多机协同作业等[2-3].无人机控制系统分为两个部分：无人机飞控以及无人机地面站.无人机飞控负责控制无人机在空中飞行的姿态，解析来自地面站的控制信号，执行相应任务;无人机地面站在整个无人机系统中，其地位及职能类似于人的大脑[4].因此，无人机地面站必须具备接受、发送、解析飞行数据包，显示、存储飞行数据，以及电子地图、实时定位显示、航迹显示等功能;同时提供人机交互功能，通过接受操作人员指令，从而控制无人机的飞行状态以及任务状态[5].一个功能完善、机构合理的无人机地面站是无人机安全飞行、成功执行任务的有力保障.目前国内外对无人机地面站的研究开发多趋向于通用型无人机地面站.比较著名的通用型地面站包括国外的MissionPlanner、QG地面站，国内的大疆、飞鱼地面站等.通用型地面站可以满足多数日常飞行任务，但面对特殊任务时，通用型地面站就显得“力不从心”.国内不少高等院校开发了专用型地面站：石秀[6]设计了用于检测高速公路违章的专用无人机地面站;任旭东[7]设计了用于城市道路巡检的专用无人机地面站;蔡伟杰[8]开发了应用于无人机植保的专用地面站.目前面向桥梁病害检测的专用无人机地面站的研究很少，因此，有必要设计一款专用无人机地面站，提升无人机桥梁病害检测的自动化水平.地面站软件采用.NETFramwork框架，基于微软VisualStudio2019平台，使用C#语言开发.软件窗体采用WinForm窗体模型，电子地图使用Googlemap以及GoogleEarth二次开发实现，数据协议采用MAVlink协议，导航模块采用自动规划与手动规划相结合的模式，最大限度满足任务需求.在实现阶段，自顶向下，采用模块化思想，将地面站诸多功能凝聚为一个主界面与4大功能模块.各个模块间不会相互影响，有着很强的独立性，给后续的优化升级、日常维护、功能替换带来了便利.1系统总体结构设计无人机与地面站之间采用无线信道连接.首先，考虑到信道带宽有限，且需要保障控制信号以及回传信号的传输，通信链路无法保证高清图像信号的实时无损传输;其次，传输高清图像信号需要消耗大量电力，中小型无人機电池容量有限，开启图像传输后将大大减小无人机的续航里程.因此，无人机地面站不集成桥梁病害检测系统，而采用离线检测的方式，即由无人机采集高清图像信息，存储于sd卡中，由病害识别图像软件进行处理，形成检测报告.无人机地面站软件系统总体功能模块如图1所示.将地面站设计为通信模块、信息显示模块、任务规划模块、快捷控制模块等必要的功能模块[9].1.1通信模块该模块具备以下2个功能：1）通信控制.控制串口的开启与关闭，设置串口编号以及波特率等串口相关参数.2）信息处理.无人机与地面站之间相互通信的载体是若干个数据包，而信息处理功能则需要按MAVlink协议处理这些数据包.由无人机发送至地面站的下行数据包，需要将其解析后，提取相关数据.由地面站送至无人机的上行数据包，包含控制信号以及任务信息，需要经过本模块的打包，再送至无线电台发射.1.2信息显示模块该模块具备以下3个功能：1）飞行数据显示.使用数字就能令操作人员...