多旋翼无人机倾斜摄影系统在航空摄影测量使用中的经验总结
来源：《测绘与空间地理信息》2018年5月
作者：杨兵战
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摘 要: 对多旋翼无人机倾斜摄影系统在实际使用中的经验进行了总结论述，对设备安装、设备充电、地磁检测、航线规划、影像获取等注意事项和问题解决方案进行了详细的分析，对低空无人机现场执行具有重要的指导意义和参考价值。
关键词: 多旋翼无人机; 动力电池; 飞控系统; 航线规划; 高度补偿值
测绘无人机被称为航空遥感领域的新尖兵，具有低成本、高精度、操作简便的优势，在传统测绘、数字城市建设、地理国情监测、灾害应急处理等方面得到了很好的应用。其生产成果已对城市产业、民生、环境、行政治理、资本配置产生了积极的作用。尤其是倾斜摄影系统为数字、智慧城市提供了更真实、更完整、高精度的实时、有效的三维空间数据。对于低空无人机倾斜摄影系统，笔者通过实际应用和细心摸索，积累了一定的经验，现做如下阐述。
多旋翼无人机倾斜摄影系统适用于100—300 m 高度层的航空摄影数据采集飞行任务，尤其适合小范围重点区域、困难地区、小范围补飞的高分辨率航摄和建模任务。
多旋翼无人机一般由无刷电机、电子调速器、飞行控制板、螺旋桨、动力电池、机架等组成，最主要的是飞控系统。飞控系统集成了主控板、GPS、IMU、电源模块、LED显示灯、IOSD 及2.4 G 蓝牙电台地面站。
1.1 桨叶安装
飞行前要安装螺旋桨，首先要检查桨叶是否完好，是否有裂纹或破损缺口，为了保证飞行安全，及时更换掉破损或有裂痕的桨叶。安装时要注意正反桨，桨座的螺纹旋转方向是不同的，要注意母座与公座要对应安装，否则会造成桨座损坏。桨叶拆卸需要一手紧握电机转子，一手按照连接座上面的安装标记反向旋转，否则越拧越紧，导致破坏桨叶和桨座。
1.2 动力电池安装
动力电池表面一定使用3 M 背胶魔术贴，毛面粘贴在电池表面，勾面粘贴在无人机电池舱上，电池舱锁扣锁死后，经验推荐用自锁式扎带锁紧，以防止动力电池在飞行过程中由于外界风力过大电池窜动，影响飞行，造成飞机炸机。
2.1 动力电池电压检查
当前旋翼无人机多数使用锂聚合物电池，例如: 格氏16 000 mAh 6s 15C 动力电池，电芯组合方式6S1P，6 片电芯串联，每片满电电压≤4.2 V，放电后电压≥3.70 V，保存电压最好在3.8—3.85 V 之间。飞行前，要使用电池平衡显示器检测电池电量，正常满电显示25.2 V( 6×4.2 V) ，如果电池电压不均衡，可以用电池平衡显示器进行平衡操作。飞行前2 块动力电池的电量相差不能超过0.1 V。为了延长动力电池的使用寿命，最佳存放电量为3. 8—3.85 V，在飞行过程中，如果地面站显示电压低于22 V，应立即返航，否则不但对电池寿命有影响，而且还可能因为电量不足，造成飞机无法安全返航。
2.2 地磁检校及地磁检测
地磁检校和作业前试飞，首先要单独标注使用2 块动力电池，这样可以不浪费其他电池电量，确保飞行作业的电池使用。选择一块空旷的场地，周围不要有较高建筑物，先手动打开驾驶员遥控器电源开关，然后接通无人机动力电池，5s 内不要有任何操作，让无人机完成自检。观察LED 灯闪烁状态，收到4 颗GPS 卫星后再进行地磁检校。检校后一定断开电源，再接通电源后试飞。
试飞完成后一定要进行飞控数据分析，通过多旋翼无人机倾斜摄影系统自带的DataViewer 软件提取和查看飞控数据质量。飞控数据，指飞机通电之后，飞行控制器会开始把各类工作状态，如控制、导航信息，记录在内部存储介质中，直到飞行器断电。每次开关机都会产生一个数据文件，编号从小到大排布。当一个log 文件超过450 M 后会被切割，按飞行数据大约每分钟10 M 来估算，450 M 足可以存储45 min 的飞行数据( 一般2 块动力电池的续航时间大概在25—30 min) 。特别注意要及时清理内部存储的log( 飞行数据) 文件，如果全部文件数据量超过存储空间，系统会全部清除存储数据，导致数据丢失无法提交成果，造成项目返工。
飞控数据分析，主要看姿态数据和OSD( 视频叠加系统) 数据，内容包括卫星数、俯仰角、横滚角、偏航角、指南针模长( 也叫磁力计模) 、飞行状态等。这里主要看GPS数量和磁力计模数据，卫星数要≥4 颗，磁力计模曲线值应在750—1 800 之间，如果大于1 800，说明飞行任务区域地磁场较大，干扰无人机飞行。磁场可以用一个三维向量( Mx，My，Mz) 来表示，模长为该向量的长度L =
无人机倾斜摄影系统相机集成1 个垂直、4 个倾斜相机，像元物理尺寸2. 4 um，满电工作1. 5 h，影像分辨率0.02—0.1 m，可以获取小范围、高精度的大比例尺倾斜航空影像。
由于云台内部电池长时间不用会自动放电，所以每次使用前一定要为云台充满电。云台充电时一定确保5个镜头均不能弹出，设备处于关闭状态。充满电时指示灯全亮。在拷贝影像数据时尽量将云台设备连接电源适配器，以防电脑供电不足使数据传输中断。
飞行前，云台手动定点曝光后一定要重启设备后才能执行航拍任务。如果云台开启后5 个镜头不能同时弹出或者开启后设备自动关闭，这时要检查云台电量和内存TF 卡存储是否空间不足。一是电量在2 格以下需要充电; 二是要保证有足够的存储空间，一般只保留上一架次的影像数据。
航线规划设计不但要满足任务需求，而且要保证飞行安全。也就是应注意航线覆盖率和高度补偿值的设置问题。
3.1 航线覆盖率
通过多次飞行任务得出经验，平地地区航向和旁向重叠率60%就可以，居民区75%，密集居民区80%以上，高层建筑区85%以上。设计中一定注意外扩问题，对于居民楼及高层建筑区，坚持飞行航高多少米，飞行区域四周就要外扩多少米，这样才能保证后期三维模型的精度和完整性。此外，航线走向要跟目标建筑物平行飞行，这样减少了飞机转弯时间，大大提高了飞行效率。为保证飞手在视线清晰的空间操作无人机，航线长度最好设计在500 m 以内。
3.2 高度补偿值的设置
到达飞行任务区域后首先选择起降场地，地面站连接无人机设置高度补偿值后才能进行航线设计。根据项目要求确定飞行高度，最为可靠的飞行高度计算方法是:飞行高度=相对飞行高度+任务区域的海拔高。高度补偿值使用地面站推荐值为好，前提是地面站已连接无人机，无人机GPS 信号良好。如果在楼顶或高出地面的建筑平台上起飞，高度补偿值的估值应该加上楼高或者平台的高度。
2.4 G 蓝牙地面站虽然很好地解决了同频干扰的问题，但是因为其独特的无线电特性，也同样会出现无人机与地面站失联的现象。由于其发射的波长很短，所以微波的直线型很强，但它避让障碍物的性能就差了。所以无人机在航拍过程中如果发生失联，地面站人员应立即告知飞手旋转电台天线，尽量让电台与无人机形成直线，躲避障碍物。如始终连接不上，飞手可以通过遥控器监视无人机电压，判断航线结束时机，遥控无人机平稳返航。
相反，如果遥控器信号丢失，可以用地面站对无人机进行返航操作。操作方法有两种: 一是点击“一键返航”按钮，飞机会自动降落在起降地点。二是键盘控制返航，在地面站上点击“暂停”按钮，选择进入“键盘模式”，使用WASD 按键控制无人机飞行，直至安全落地。
北方冬季航拍作业时，要时刻观察动力电池的电压变化情况，室外温度过低，电池放电能力会大大降低，根据经验，单片电压降到3.8 V 时要进行返航操作。
本文主要阐述了多旋翼无人机在使用过程中的注意事项和技巧以及出现问题的解决方案，无人机作业安全问题是首要问题，所有的飞前安全检查都是非常必要的。细心地做到每个零部件都要通过检查是无人机安全返航着陆的前提保障。
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