摘要:對多旋翼無人機傾斜攝影系統(tǒng)在實際使用中的經(jīng)驗進行了總結(jié)論述，對設備安裝、設備充電、地磁檢測、航線規(guī)劃、影像獲取等注意事項和問題解決方案進行了詳細的分析，對低空無人機現(xiàn)場執(zhí)行具有重要的指導意義和參考價值。
關鍵詞:多旋翼無人機;動力電池;飛控系統(tǒng);航線規(guī)劃;高度補償值
0引言
測繪無人機被稱為航空遙感領域的新尖兵，具有低成本、高精度、操作簡便的優(yōu)勢，在傳統(tǒng)測繪、數(shù)字城市建設、地理國情監(jiān)測、災害應急處理等方面得到了很好的應用。其生產(chǎn)成果已對城市產(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、更完整、高精度的實時、有效的三維空間數(shù)據(jù)。對于低空無人機傾斜攝影系統(tǒng)，筆者通過實際應用和細心摸索，積累了一定的經(jīng)驗，現(xiàn)做如下闡述。
1多旋翼無人機安裝注意事項
多旋翼無人機傾斜攝影系統(tǒng)適用于100—300m高度層的航空攝影數(shù)據(jù)采集飛行任務，尤其適合小范圍重點區(qū)域、困難地區(qū)、小范圍補飛的高分辨率航攝和建模任務。
多旋翼無人機一般由無刷電機、電子調(diào)速器、飛行控制板、螺旋槳、動力電池、機架等組成，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藍牙電臺地面站。
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，及時更換掉破損或有裂痕的槳葉。安裝時要注意正反槳，槳座的螺紋旋轉(zhuǎn)方向是不同的，要注意母座與公座要對應安裝，否則會造成槳座損壞。槳葉拆卸需要一手緊握電機轉(zhuǎn)子，一手按照連接座上面的安裝標記反向旋轉(zhuǎn)，否則越擰越緊，導致破壞槳葉和槳座。
1.2動力電池安裝
動力電池表面一定使用3M背膠魔術貼，毛面粘貼在電池表面，勾面粘貼在無人機電池艙上，電池艙鎖扣鎖死后，經(jīng)驗推薦用自鎖式扎帶鎖緊，以防止動力電池在飛行過程中由于外界風力過大電池竄動，影響飛行，造成飛機炸機。
2飛行前檢查工作注意事項
2.1動力電池電壓檢查
當前旋翼無人機多數(shù)使用鋰聚合物電池，例如:格氏16000mAh6s15C動力電池，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行平衡操作。飛行前2塊動力電池的電量相差不能超過0.1V。為了延長動力電池的使用壽命，最佳存放電量為3.8—3.85V，在飛行過程中，如果地面站顯示電壓低于22V，應立即返航，否則不但對電池壽命有影響，而且還可能因為電量不足，造成飛機無法安全返航。
2.2地磁檢校及地磁檢測
地磁檢校和作業(yè)前試飛，首先要單獨標注使用2塊動力電池，這樣可以不浪費其他電池電量，確保飛行作業(yè)的電池使用。選擇一塊空曠的場地，周圍不要有較高建筑物，先手動打開駕駛員遙控器電源開關，然后接通無人機動力電池，5s內(nèi)不要有任何操作，讓無人機完成自檢。觀察LED燈閃爍狀態(tài)，收到4顆GPS衛(wèi)星后再進行地磁檢校。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行飛控數(shù)據(jù)分析，通過多旋翼無人機傾斜攝影系統(tǒng)自帶的DataViewer軟件提取和查看飛控數(shù)據(jù)質(zhì)量。飛控數(shù)據(jù)，指飛機通電之后，飛行控制器會開始把各類工作狀態(tài)，如控制、導航信息，記錄在內(nèi)部存儲介質(zhì)中，直到飛行器斷電。每次開關機都會產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)文件，編號從小到大排布。當一個log文件超過450M后會被切割，按飛行數(shù)據(jù)大約每分鐘10M來估算，450M足可以存儲45min的飛行數(shù)據(jù)(一般2塊動力電池的續(xù)航時間大概在25—30min)。特別注意要及時清理內(nèi)部存儲的log(飛行數(shù)據(jù))文件，如果全部文件數(shù)據(jù)量超過存儲空間，系統(tǒng)會全部清除存儲數(shù)據(jù)，導致數(shù)據(jù)丟失無法提交成果，造成項目返工。
飛控數(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(也叫磁力計模)、飛行狀態(tài)等。這里主要看GPS數(shù)量和磁力計模數(shù)據(jù)，衛(wèi)星數(shù)要≥4顆，磁力計模曲線值應在750—1800之間，如果大于1800，說明飛行任務區(qū)域地磁場較大，干擾無人機飛行。磁場可以用一個三維向量(Mx，My，Mz)來表示，模長為該向量的長度L=，一般情況飛行環(huán)境的磁場是恒定的，若模長值發(fā)生較大變化，說明外界環(huán)境影響了無人機周圍的磁場，一般來講，磁力計模值發(fā)生±500的變，就可視為無人機受到強磁場的干擾。這就需要查找周圍是否有強磁體、高壓電線、微波塔、地下通道、礦坑等，飛行設計時避開這些區(qū)域。
2.3云臺充電及飛行前檢查
無人機傾斜攝影系統(tǒng)相機集成1個垂直、4個傾斜相機，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。
由于云臺內(nèi)部電池長時間不用會自動放電，所以每次使用前一定要為云臺充滿電。云臺充電時一定確保5個鏡頭均不能彈出，設備處于關閉狀態(tài)。充滿電時指示燈全亮。在拷貝影像數(shù)據(jù)時盡量將云臺設備連接電源適配器，以防電腦供電不足使數(shù)據(jù)傳輸中斷。
飛行前，云臺手動定點曝光后一定要重啟設備后才能執(zhí)行航拍任務。如果云臺開啟后5個鏡頭不能同時彈出或者開啟后設備自動關閉，這時要檢查云臺電量和內(nèi)存TF卡存儲是否空間不足。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)劃設計中應注意的幾點問題
航線規(guī)劃設計不但要滿足任務需求，而且要保證飛行安全。也就是應注意航線覆蓋率和高度補償值的設置問題。
3.1航線覆蓋率
通過多次飛行任務得出經(jīng)驗，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。設計中一定注意外擴問題，對于居民樓及高層建筑區(qū)，堅持飛行航高多少米，飛行區(qū)域四周就要外擴多少米，這樣才能保證后期三維模型的精度和完整性。此外，航線走向要跟目標建筑物平行飛行，這樣減少了飛機轉(zhuǎn)彎時間，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人機，航線長度最好設計在500m以內(nèi)。
3.2高度補償值的設置
到達飛行任務區(qū)域后首先選擇起降場地，地面站連接無人機設置高度補償值后才能進行航線設計。根據(jù)項目要求確定飛行高度，最為可靠的飛行高度計算方法是:飛行高度=相對飛行高度+任務區(qū)域的海拔高。高度補償值使用地面站推薦值為好，前提是地面站已連接無人機，無人機GPS信號良好。如果在樓頂或高出地面的建筑平臺上起飛，高度補償值的估值應該加上樓高或者平臺的高度。
4航拍過程中緊急問題處理
2.4G藍牙地面站雖然很好地解決了同頻干擾的問題，但是因為其獨特的無線電特性，也同樣會出現(xiàn)無人機與地面站失聯(lián)的現(xiàn)象。由于其發(fā)射的波長很短，所以微波的直線型很強，但它避讓障礙物的性能就差了。所以無人機在航拍過程中如果發(fā)生失聯(lián)，地面站人員應立即告知飛手旋轉(zhuǎn)電臺天線，盡量讓電臺與無人機形成直線，躲避障礙物。如始終連接不上，飛手可以通過遙控器監(jiān)視無人機電壓，判斷航線結(jié)束時機，遙控無人機平穩(wěn)返航。
相反，如果遙控器信號丟失，可以用地面站對無人機進行返航操作。操作方法有兩種:一是點擊“一鍵返航”按鈕，飛機會自動降落在起降地點。二是鍵盤控制返航，在地面站上點擊“暫?！卑粹o，選擇進入“鍵盤模式”，使用WASD按鍵控制無人機飛行，直至安全落地。
北方冬季航拍作業(yè)時，要時刻觀察動力電池的電壓變化情況，室外溫度過低，電池放電能力會大大降低，根據(jù)經(jīng)驗，單片電壓降到3.8V時要進行返航操作。
5結(jié)束語
本文主要闡述了多旋翼無人機在使用過程中的注意事項和技巧以及出現(xiàn)問題的解決方案，無人機作業(yè)安全問題是首要問題，所有的飛前安全檢查都是非常必要的。細心地做到每個零部件都要通過檢查是無人機安全返航著陸的前提保障。
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