摘要:對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)在實(shí)際使用中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)論述，對(duì)設(shè)備安裝、設(shè)備充電、地磁檢測(cè)、航線規(guī)劃、影像獲取等注意事項(xiàng)和問(wèn)題解決方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)低空無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行具有重要的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:多旋翼無(wú)人機(jī);動(dòng)力電池;飛控系統(tǒng);航線規(guī)劃;高度補(bǔ)償值
0引言
測(cè)繪無(wú)人機(jī)被稱為航空遙感領(lǐng)域的新尖兵，具有低成本、高精度、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，在傳統(tǒng)測(cè)繪、數(shù)字城市建設(shè)、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、災(zāi)害應(yīng)急處理等方面得到了很好的應(yīng)用。其生產(chǎn)成果已對(duì)城市產(chǎn)業(yè)、民生、環(huán)境、行政治理、資本配置產(chǎn)生了積極的作用。尤其是傾斜攝影系統(tǒng)為數(shù)字、智慧城市提供了更真實(shí)、更完整、高精度的實(shí)時(shí)、有效的三維空間數(shù)據(jù)。對(duì)于低空無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)，筆者通過(guò)實(shí)際應(yīng)用和細(xì)心摸索，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)做如下闡述。
1多旋翼無(wú)人機(jī)安裝注意事項(xiàng)
多旋翼無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)適用于100—300m高度層的航空攝影數(shù)據(jù)采集飛行任務(wù)，尤其適合小范圍重點(diǎn)區(qū)域、困難地區(qū)、小范圍補(bǔ)飛的高分辨率航攝和建模任務(wù)。
多旋翼無(wú)人機(jī)一般由無(wú)刷電機(jī)、電子調(diào)速器、飛行控制板、螺旋槳、動(dòng)力電池、機(jī)架等組成，最主要的是飛控系統(tǒng)。飛控系統(tǒng)集成了主控板、GPS、IMU、電源模塊、LED顯示燈、IOSD及2.4G藍(lán)牙電臺(tái)地面站。
1.1槳葉安裝
飛行前要安裝螺旋槳，首先要檢查槳葉是否完好，是否有裂紋或破損缺口，為了保證飛行安全，及時(shí)更換掉破損或有裂痕的槳葉。安裝時(shí)要注意正反槳，槳座的螺紋旋轉(zhuǎn)方向是不同的，要注意母座與公座要對(duì)應(yīng)安裝，否則會(huì)造成槳座損壞。槳葉拆卸需要一手緊握電機(jī)轉(zhuǎn)子，一手按照連接座上面的安裝標(biāo)記反向旋轉(zhuǎn)，否則越擰越緊，導(dǎo)致破壞槳葉和槳座。
1.2動(dòng)力電池安裝
動(dòng)力電池表面一定使用3M背膠魔術(shù)貼，毛面粘貼在電池表面，勾面粘貼在無(wú)人機(jī)電池艙上，電池艙鎖扣鎖死后，經(jīng)驗(yàn)推薦用自鎖式扎帶鎖緊，以防止動(dòng)力電池在飛行過(guò)程中由于外界風(fēng)力過(guò)大電池竄動(dòng)，影響飛行，造成飛機(jī)炸機(jī)。
2飛行前檢查工作注意事項(xiàng)
2.1動(dòng)力電池電壓檢查
當(dāng)前旋翼無(wú)人機(jī)多數(shù)使用鋰聚合物電池，例如:格氏16000mAh6s15C動(dòng)力電池，電芯組合方式6S1P，6片電芯串聯(lián)，每片滿電電壓≤4.2V，放電后電壓≥3.70V，保存電壓最好在3.8—3.85V之間。飛行前，要使用電池平衡顯示器檢測(cè)電池電量，正常滿電顯示25.2V(6×4.2V)，如果電池電壓不均衡，可以用電池平衡顯示器進(jìn)行平衡操作。飛行前2塊動(dòng)力電池的電量相差不能超過(guò)0.1V。為了延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命，最佳存放電量為3.8—3.85V，在飛行過(guò)程中，如果地面站顯示電壓低于22V，應(yīng)立即返航，否則不但對(duì)電池壽命有影響，而且還可能因?yàn)殡娏坎蛔?，造成飛機(jī)無(wú)法安全返航。
2.2地磁檢校及地磁檢測(cè)
地磁檢校和作業(yè)前試飛，首先要單獨(dú)標(biāo)注使用2塊動(dòng)力電池，這樣可以不浪費(fèi)其他電池電量，確保飛行作業(yè)的電池使用。選擇一塊空曠的場(chǎng)地，周圍不要有較高建筑物，先手動(dòng)打開駕駛員遙控器電源開關(guān)，然后接通無(wú)人機(jī)動(dòng)力電池，5s內(nèi)不要有任何操作，讓無(wú)人機(jī)完成自檢。觀察LED燈閃爍狀態(tài)，收到4顆GPS衛(wèi)星后再進(jìn)行地磁檢校。檢校后一定斷開電源，再接通電源后試飛。
試飛完成后一定要進(jìn)行飛控?cái)?shù)據(jù)分析，通過(guò)多旋翼無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)自帶的DataViewer軟件提取和查看飛控?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量。飛控?cái)?shù)據(jù)，指飛機(jī)通電之后，飛行控制器會(huì)開始把各類工作狀態(tài)，如控制、導(dǎo)航信息，記錄在內(nèi)部存儲(chǔ)介質(zhì)中，直到飛行器斷電。每次開關(guān)機(jī)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)文件，編號(hào)從小到大排布。當(dāng)一個(gè)log文件超過(guò)450M后會(huì)被切割，按飛行數(shù)據(jù)大約每分鐘10M來(lái)估算，450M足可以存儲(chǔ)45min的飛行數(shù)據(jù)(一般2塊動(dòng)力電池的續(xù)航時(shí)間大概在25—30min)。特別注意要及時(shí)清理內(nèi)部存儲(chǔ)的log(飛行數(shù)據(jù))文件，如果全部文件數(shù)據(jù)量超過(guò)存儲(chǔ)空間，系統(tǒng)會(huì)全部清除存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失無(wú)法提交成果，造成項(xiàng)目返工。
飛控?cái)?shù)據(jù)分析，主要看姿態(tài)數(shù)據(jù)和OSD(視頻疊加系統(tǒng))數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括衛(wèi)星數(shù)、俯仰角、橫滾角、偏航角、指南針模長(zhǎng)(也叫磁力計(jì)模)、飛行狀態(tài)等。這里主要看GPS數(shù)量和磁力計(jì)模數(shù)據(jù)，衛(wèi)星數(shù)要≥4顆，磁力計(jì)模曲線值應(yīng)在750—1800之間，如果大于1800，說(shuō)明飛行任務(wù)區(qū)域地磁場(chǎng)較大，干擾無(wú)人機(jī)飛行。磁場(chǎng)可以用一個(gè)三維向量(Mx，My，Mz)來(lái)表示，模長(zhǎng)為該向量的長(zhǎng)度L=，一般情況飛行環(huán)境的磁場(chǎng)是恒定的，若模長(zhǎng)值發(fā)生較大變化，說(shuō)明外界環(huán)境影響了無(wú)人機(jī)周圍的磁場(chǎng)，一般來(lái)講，磁力計(jì)模值發(fā)生±500的變，就可視為無(wú)人機(jī)受到強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾。這就需要查找周圍是否有強(qiáng)磁體、高壓電線、微波塔、地下通道、礦坑等，飛行設(shè)計(jì)時(shí)避開這些區(qū)域。
2.3云臺(tái)充電及飛行前檢查
無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)相機(jī)集成1個(gè)垂直、4個(gè)傾斜相機(jī)，像元物理尺寸2.4um，滿電工作1.5h，影像分辨率0.02—0.1m，可以獲取小范圍、高精度的大比例尺傾斜航空影像。
由于云臺(tái)內(nèi)部電池長(zhǎng)時(shí)間不用會(huì)自動(dòng)放電，所以每次使用前一定要為云臺(tái)充滿電。云臺(tái)充電時(shí)一定確保5個(gè)鏡頭均不能彈出，設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)。充滿電時(shí)指示燈全亮。在拷貝影像數(shù)據(jù)時(shí)盡量將云臺(tái)設(shè)備連接電源適配器，以防電腦供電不足使數(shù)據(jù)傳輸中斷。
飛行前，云臺(tái)手動(dòng)定點(diǎn)曝光后一定要重啟設(shè)備后才能執(zhí)行航拍任務(wù)。如果云臺(tái)開啟后5個(gè)鏡頭不能同時(shí)彈出或者開啟后設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉，這時(shí)要檢查云臺(tái)電量和內(nèi)存TF卡存儲(chǔ)是否空間不足。一是電量在2格以下需要充電;二是要保證有足夠的存儲(chǔ)空間，一般只保留上一架次的影像數(shù)據(jù)。
3航線規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題
航線規(guī)劃設(shè)計(jì)不但要滿足任務(wù)需求，而且要保證飛行安全。也就是應(yīng)注意航線覆蓋率和高度補(bǔ)償值的設(shè)置問(wèn)題。
3.1航線覆蓋率
通過(guò)多次飛行任務(wù)得出經(jīng)驗(yàn)，平地地區(qū)航向和旁向重疊率60%就可以，居民區(qū)75%，密集居民區(qū)80%以上，高層建筑區(qū)85%以上。設(shè)計(jì)中一定注意外擴(kuò)問(wèn)題，對(duì)于居民樓及高層建筑區(qū)，堅(jiān)持飛行航高多少米，飛行區(qū)域四周就要外擴(kuò)多少米，這樣才能保證后期三維模型的精度和完整性。此外，航線走向要跟目標(biāo)建筑物平行飛行，這樣減少了飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)間，大大提高了飛行效率。為保證飛手在視線清晰的空間操作無(wú)人機(jī)，航線長(zhǎng)度最好設(shè)計(jì)在500m以內(nèi)。
3.2高度補(bǔ)償值的設(shè)置
到達(dá)飛行任務(wù)區(qū)域后首先選擇起降場(chǎng)地，地面站連接無(wú)人機(jī)設(shè)置高度補(bǔ)償值后才能進(jìn)行航線設(shè)計(jì)。根據(jù)項(xiàng)目要求確定飛行高度，最為可靠的飛行高度計(jì)算方法是:飛行高度=相對(duì)飛行高度+任務(wù)區(qū)域的海拔高。高度補(bǔ)償值使用地面站推薦值為好，前提是地面站已連接無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)GPS信號(hào)良好。如果在樓頂或高出地面的建筑平臺(tái)上起飛，高度補(bǔ)償值的估值應(yīng)該加上樓高或者平臺(tái)的高度。
4航拍過(guò)程中緊急問(wèn)題處理
2.4G藍(lán)牙地面站雖然很好地解決了同頻干擾的問(wèn)題，但是因?yàn)槠洫?dú)特的無(wú)線電特性，也同樣會(huì)出現(xiàn)無(wú)人機(jī)與地面站失聯(lián)的現(xiàn)象。由于其發(fā)射的波長(zhǎng)很短，所以微波的直線型很強(qiáng)，但它避讓障礙物的性能就差了。所以無(wú)人機(jī)在航拍過(guò)程中如果發(fā)生失聯(lián)，地面站人員應(yīng)立即告知飛手旋轉(zhuǎn)電臺(tái)天線，盡量讓電臺(tái)與無(wú)人機(jī)形成直線，躲避障礙物。如始終連接不上，飛手可以通過(guò)遙控器監(jiān)視無(wú)人機(jī)電壓，判斷航線結(jié)束時(shí)機(jī)，遙控?zé)o人機(jī)平穩(wěn)返航。
相反，如果遙控器信號(hào)丟失，可以用地面站對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行返航操作。操作方法有兩種:一是點(diǎn)擊“一鍵返航”按鈕，飛機(jī)會(huì)自動(dòng)降落在起降地點(diǎn)。二是鍵盤控制返航，在地面站上點(diǎn)擊“暫?！卑粹o，選擇進(jìn)入“鍵盤模式”，使用WASD按鍵控制無(wú)人機(jī)飛行，直至安全落地。
北方冬季航拍作業(yè)時(shí)，要時(shí)刻觀察動(dòng)力電池的電壓變化情況，室外溫度過(guò)低，電池放電能力會(huì)大大降低，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，單片電壓降到3.8V時(shí)要進(jìn)行返航操作。
5結(jié)束語(yǔ)
本文主要闡述了多旋翼無(wú)人機(jī)在使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)和技巧以及出現(xiàn)問(wèn)題的解決方案，無(wú)人機(jī)作業(yè)安全問(wèn)題是首要問(wèn)題，所有的飛前安全檢查都是非常必要的。細(xì)心地做到每個(gè)零部件都要通過(guò)檢查是無(wú)人機(jī)安全返航著陸的前提保障。
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