自制作无人机教程（下部7-12章）

自制作无人机教程下部7-12章目录\h第7章遥测电台\h7.1软件监视与控制\h7.2制作步骤\h7.2.1第1步：安装地面站电台\h7.2.2第2步：准备安装飞行器电台\h7.2.3第3步：接通电台\h7.2.4第4步：安装飞行器电台\h第8章摄像头和FPV设备\h8.1流行的无人机摄像头\h8.1.1M4/3相机\h8.1.2Mobius运动摄像头\h8.2用于直播流的FPV\h8.3制作步骤\h8.3.1第1步：固定摄像头支架\h8.3.2第2步：固定隔振板\h8.3.3第3步：放置摄像头于快拆支架中\h第9章ArduPilotMega设置\h9.1制作步骤\h9.1.1第1步：更新固件\h9.1.2第2步：连接并完成必要的设置\h9.1.3第3步：添加可选硬件\h9.2探索MissionPlanner的其余功能\h9.2.1飞行模式\h9.2.2地理围栏\h9.2.3基础调整\h9.2.4扩展调整\h9.2.5标准参数\h9.2.6飞行数据\h9.2.7飞行计划\h9.3准备处女航\h第10章安全、负责任的飞行\h10.1安全第一\h10.2培训和教育\h10.3资源\h10.4重要链接\h10.5关键飞行安全规则\h10.6第一人称视角\h10.7飞行的场合和时机\h10.8飞行前检查列表和飞行日志信息\h10.9飞行器检查\h10.10飞行和维护日志\h10.11法规和监管\h第11章现实世界中的应用\h11.1有益的无人机\h11.2航空摄影\h11.3地图绘制与测量\h11.4精准农业\h11.5搜索与救援\h11.6基础设施检查\h11.7环境保护\h第12章扩展无人机的能力\h12.1增加一个摄像头和第一人称视角\h12.2用其他传感器采集更多数据\h12.3改变速度：各就各位，预备，起飞\h12.4延长飞行时间第7章遥测电台7.1软件监视与控制到目前为止，你已经注意到关于RC发射机的一个非常重要的情况：它们只从一个方向发起通信——从发射机到飞行器。为了访问飞行器的机载数据，我们必须使用一个专用的双向电台——遥测链路。选择合适的频率遥测电台可以在两种标准频率下工作。在美国，我们通常使用915MHz频段，而欧洲则偏好433MHz频段。这些标准的确定是为了避免公开市场上其他电子设备的干扰。在错误的频段上工作在某些地区是非法的。一定要查阅所在国家的法律，了解应该使用的标准。顾名思义，遥测链路从飞行器上取得一系列计量值，将其发回地面，可在地面控制软件中显示（见图7-1）。此外，数据（如路径点、自主飞行任务和飞行器配置）可以从同一个地面控制软件上传到飞行器。图7-1这台安卓平板电脑加上遥测电台和一个免费的应用，就可以作为一个地面站在地面上就能访问这类信息，是一个巨大的优势。它能够帮助你在失控之前发现问题。地面控制软件需要的数据点包括维度、经度、高度、飞行器姿态、当前电池电压、飞行器方向、速度和飞行时长等。你可以在地面控制软件的手册中找到通信数据的完整列表。7.2制作步骤这部分制作需要如下材料：·1英寸双面胶·1英寸维可牢·束线带7.2.1第1步：安装地面站电台遥测电台套件实际上包含两个不同的电台。其中一个安装在飞行器上，另一个与你的地面控制软件连接（见图7-2）。地面电台可以多种方式安装；但是，我们一般用维可牢将其固定在运行软件的平板电脑或者笔记本电脑背后。这使我们在不使用地面控制软件时可以移除电台。图7-2使用时用维可牢将遥测电台固定在平板电脑背面，不飞行时可以轻松拆除地面站软件因为APM是一个开源平台，有许多可用的地面站软件集。我们最喜欢的是安卓平板上的Tower和WindowsPC上的MissionPlanner。如果你使用的是Mac笔记本，可以下载APMPlanner。它与MissionPlanner非常类似，具有跨平台版本，可用于Windows、OSX和Linux。7.2.2第2步：准备安装飞行器电台对于飞行器电台，我们建议使用双面胶带将电台固定在机身框架上（见图7-3）。切下两条大约宽0.5英寸的双面胶，贴在电台对角的两端上。至于安装位置有一定的灵活性，但是我们建议将电台放在机身的后半部分。这将使遥测电台尽可能地远离RC接收机。图7-3可以使用双面胶将电台固定在机身上现在还不需要固定电台。我们希望用胶带将其固定，但是仍然需要为电台接线，这在安装之前进行将容易得多。哪一面是“上”？一定要将这些组件安装在正确的位置上。你很容易确定机身的“前部”，因为它有为摄像机隔振支架预留的大型开口。另一个标志是连杆向框架的后方（而不是向前）折叠。7.2.3第3步：接通电台为新的遥测电台接线十分简单（见图7-4）。找到电台自带的合适电缆，将其插入飞行器电台的后半部分。这条电缆有5条单独的电线（4条黑线和1条红线），但是两端的插头都有6条线槽，其中1条留空。这是常规的做法。电缆的另一端将插入自动驾驶以上的遥测端口。图7-4如果在安装到框架之前进行，遥测电台的连接就会轻松得多7.2.4第4步：安装飞行器电台现在，你已经连接好电台，可以继续将其安装在机身后部（见图7-5）。应该用双面胶将其固定到位。电台一定要伸出框架之外，使天线能够在需要时自由旋转，但是也不要伸出太多，以免妨碍操作。你将会注意到电缆插头侧面的小突起，它使电缆只能从一个方向插入。在用力插入电缆之前找到这些突起，确认方向（见图7-6）。图7-5安装好电台的最终产品图7-6每个插头侧面的引导片使其只能从正确的方向插入第8章摄像头和FPV设备航空摄影目前是无人机的首选用途，所以无人机摄像头的主题可以单独成书。介绍摄像头的书籍可以涵盖各种各样的配置，从价值5万美元的大型好莱坞影院装置到小型运动摄像头，后者正是我们在制作示例中所使用的。本章粗略介绍固定支架摄像头的基础知识，这种摄像头具有实况直播的能力，通常将信号发到小型显示器或者视频眼镜上。8.1流行的无人机摄像头如果你对这一主题很陌生，为无人机选择合适的摄像头可能是一个很困难的任务。在选择任何无人机的新摄像头时，我们首先要注意以下5个方面：重量和尺寸和无人领域的其他组件一样，重量始终是首先要考虑的因素。较轻的组件总是更合意。远程触发拍摄视频时，你可以简单地在地面启动视频录制，降落时停止。但是，对于静态照片来说稍微复杂一些。静态照片需要在整个飞行期间持续触发。通常的解决方案是在摄像头中集成一个定时曝光控制计。这个设备本质上就是一个定时器，每过X秒就触发相机快门一次。其他流行解决方案包括可以实际按下摄像头快门按钮的机械伺服臂，甚至可以通过辅助RC发射机控制的红外遥控器。直播流无人机摄像头的另一个任务的关键特性是通过摄像头上的某种输出端口输出直播流的能力。这个端口可以是数码高分辨率多媒体接口（High-DefinitionMultimediaInterface，HDMI）输出，或者是通过不同插头类型的模拟信号端口。不管你是否相信，模拟信号在大部分时候是首选的方法。原因是我们的视频发射机只能接收模拟信号。摄像头分辨率找到符合上述要求的一些摄像头之后，就需要考虑总体的分辨率了。就视频而言，分辨率不是问题，现在，即使小型运动摄像头也可以达到4000的高分辨率。但是，静态照片是另一回事。一定要检查“百万像素”标称，确保符合你的需求。成本用上述4个特性缩小潜在候选摄像头的范围之后，就应该考虑价格了。不同类别的摄像头有各自的价格区间，所以一定要做些研究以确保得到合理的价格。小型的钥匙扣摄像头不到100美元，不错的运动摄像头价格在100～500美元，小型M4/3相机的价格在300～1000美元，数码单反相机的价格则在500美元以上。8.1.1M4/3相机2002年，4/3全数码化开放标准系统推出，该系统允许互换不同制造上的相机机身和镜头（见图8-1）。这一名称来源于图像传感器的长宽比，该传感器比全幅DSLR小30%～40%，但是仍比紧凑型的“傻瓜”相机大9倍左右。图8-1非常流行的M4/3相机LumixGH4，配备奥林巴斯17mm广角镜头4/3系统给UAV领域带来最明显的好处是较小传感器使更小、更轻的摄像头成为可能。相应地，更小、更薄的镜头使光线有可能从更接近直角的方向进入相机传感器。直射光线增加了景深，降低了照片跑焦的风险。这还使拍摄图像的四角更加明亮，中心之外区域的分辨率更高。根本上，使用4/3相机，可以用相对较小的摄像头载荷获得高质量的照片。对于我们的制作示例，我们建议使用Mobius运动摄像头或者808钥匙扣摄像头。8.1.2Mobius运动摄像头对于我们的小型四轴直升机，我们建议使用Mobius运动摄像头或者同等重量级的摄像头（见图8-2）。这种特殊型号的摄像头重量很轻，易于使用，很适合于“小熊座”的尺寸，它的几个关键特性如下：·占用空间小：61mm（长）×35mm（宽）×18mm（高）。·重量轻：大约38g（取决于购买的型号）。·内置可充电锂聚合物电池：不需要连接到飞行器的电源系统。·全高清视频：1080p/30FPS；慢动作高清视频720p/60FPS。·静态照片定时曝光控制计，分辨率最高为2304×1536。不需要外部相机触发器，它每X秒钟触发一次。·拍摄视频时可以实时传送，非常适合搭配视频接收机。图8-2运动摄像头列举：GoProHero3、Mobius广角、Mobius标准镜头和808钥匙扣摄像头8.2用于直播流的FPV无人机的一个奇妙的功能是能够实时看到它在天上所见到的情况。这是通过增加一台视频发射机来实现的。这台发射机（VTx，见图8-3）从摄像头取得直播流，通过特定频段发送给地面的接收机。然后，接收机连接到显示器或视频眼镜，显示直播视频。图8-3配备可选苜蓿叶天线和直角连接器的5.8GHz视频发射机传统上，这种通信通过5.8GHz模拟视频发射机/接收机进行。但是，最近一些制造商开始使用5.8GHz或者2.4GHzWiFi网络，在移动设备上显示视频流。两种设计的总体架构相同：你仍然有一台发射机，将信号发射到地面供接收机接收，然后在某种显示器上显示。在我们的套件上能配备什么设备？因为我们制作的是自主式“小熊座”套件，附加设备的容限很低。如果你已经安装了机载的APM、GPS和摄像头，就只能再安装一种附加设备了。简言之，你可以在FPV发射机或者遥测电台中选择，但是我们不建议将两者都安装到无人机上。我们已经在前面介绍了添加遥测电台的过程，因此将继续顺延这一制作路径，不进一步回顾FPV的信息。但是，如果你对安装视频发射机或其他FPV设备感兴趣，可以访问我们关于这一主题的网页（/fpv/）。8.3制作步骤这部分制作需要如下材料：·1英寸双面胶·剪刀·12英寸的线或者无蜡牙线8.3.1第1步：固定摄像头支架第2章中你曾经看到，“小熊座”机身上有一块小的隔振板，该设计用于固定小型运动摄像头。如果在四轴直升机上安装Mobius摄像头，它应该自带一个快拆支架（见图8-4）。我们的第一步是将快拆摄像头支架固定在摄像头隔振板上。这只需要割下两块大约为0.5英寸长的双面胶，并将其放在快拆板的底部。现在，从胶带上撕去保护层，将快拆支架固定在隔振板上（见图8-5）。图8-4Mobius摄像头的快拆支架图8-5固定到隔振板之后的快拆支架确保平直！双面胶很难从小的塑料部件（如快拆摄像头支架）上撕下。花点时间，确保摄像头支架很好地对齐，在隔振板上保持平直。如果没有做到这一点，将双面胶撕下重新粘贴是很痛苦的事情，没有人希望看到摄像头在机身上是歪斜的！8.3.2第2步：固定隔振板如果之前还没有完成这一步，现在正是将隔振板固定在机身上的橡胶球形支座上的好时机。简单快捷的方法是使用一条线或者无蜡牙线将球形支座拉过安装孔，如图8-6所示。对4个橡胶球重复这一步骤。你面对的是正确的方向吗？确保摄像机支架面对正确的方向。支架有3个侧边，另一端开放以便摄像头滑入。确保开放端指向飞行器的前方。图8-6将隔振板固定在橡胶球形支座上8.3.3第3步：放置摄像头于快拆支架中现在，我们的摄像头快拆支架已经固定在隔振板上——隔振板也已经安装在橡胶球形支座上——剩下的就是将摄像头滑入摄像头支架（见图8-7）。确保摄像头的镜头指向摄像头支架外部，然后将摄像头中部的小凹槽对准摄像头支架侧壁伸出的5个突片。这些突片用于固定放置在支架内的摄像头。现在，轻轻地将摄像头推入支架，同时握住支架后部，提供额外的支撑。图8-7放在快拆摄像头支架旁边的Mobius摄像头第9章ArduPilotMega设置现在，我们已经完成实体制作的大部分，是时候进入MissionPlanner，开始设置自动驾驶仪了。一旦完成了这一过程，我们只要再做一些收尾工作，飞行器就可以飞行了！本章的结构和其余各章略有不同，我们直接进入制作步骤，然后研究MissionPlanner应用程序的其余部分。9.1制作步骤这部分制作需要如下材料：·一台运行Windows7或者更新系统的笔记本电脑（如果只有Mac，可以建立一个BootCamp分区以安装Windows）·最新版本的MissionPlanner应用程序·Micro-B型USB1.1/2.0电缆9.1.1第1步：更新固件我们应该做的第一件事是确保运行最新版本的固件。根据ArduPilotMega（APM）制造的时间，它可能有许多不同的版本。不要抱着侥幸心理使用随产品自带的版本；完成更新，这样可以确保你走在正确的道路上：a.开启笔记本电脑电源打开MissionPlanner。b.将USB电缆插入APM，另一端连接笔记本。c.进入MissionPlanner的InitialSetup（初始设置）选项卡，单击左侧菜单中的InstallFirmware（安装固件）。d.从屏幕中间的图形按钮选择ArduCoptervX.XQuad（其中vX.X是你的版本号）固件类型（见图9-1）。图9-1选择需要更新的固件类型（我们的例子中是ArduCopterQuad）e.系统将要求你确认想要更新的固件。单击Yes继续（见图9-2）。f.MissionPlanner将找到可用于你的APM固件的最新版本，并启动更新。单击OK继续（见图9-3）。g.固件更新开始（见图9-4）。h.固件上传之后，需要对其进行验证（见图9-5）。i.在更新完成之后，MissionPlanner发出警告，更新可能需要一些附加步骤（见图9-6）。图9-2单击YES确认你想要升级图9-3MissionPlanner自动找到你的APM支持的最新固件版本图9-4固件上传开始图9-5固件验证进行中图9-6更新已完成！单击OK继续保持连接在更新完成之前不要断开USB电缆。注意进度条以了解何时完成更新是很重要的，绝对不要打断这一过程。波特率和COM端口每当用MissionPlanner连接APM时，都必须指定通信的波特率。这一指标定义了数据通信的速度（位/秒）。通用的经验法则是对通过USB电缆的通信使用115200，对遥测电台通信使用57600。其他应用程序可能会自动检测通信类型并调整，但是了解这一细节仍然很重要，因为MissionPlanner要求输入这一数值。此外，你必须知道APM与笔记本电脑通信使用哪一个COM端口。MissionPlanner能很好地发现你的APM，默认选择正确的COM端口，但是这需要一个窍门。你必须在打开MissionPlanner之前插入APM。如果这一步仍然无效，查看PC设置，找出所有开放的COM端口，你应该能看到APM以“ArduinoMega”的名称列出。记下这个COM端口以便继续。9.1.2第2步：连接并完成必要的设置现在，你已经上传了固件，我们已经有了一个很好的起点。下面我们来完成必要的设置，使这只“小鸟”做好飞翔的准备！实际上，完成这一步有两种方式。第一种是使用上一步中使用的InstallFirmware按钮正下方的Wizard（向导）。第二种方式是人工操作。我们在本例中将介绍人工操作，但是两种方式本质上是一样的。向导强制将所有步骤一起完成，而人工输入允许只完成想要做的步骤。每当设置新的飞行器时，我们都应该完成所有步骤，但是未来你可能只需要重新操作一两个步骤（如GPS或者IMU校准）即可，我们打算从头开始讲解。进行任何设置之前，我们都必须将APM连接到MissionPlanner。这需要选择COM端口和波特率，然后单击应用右上角的Connect（连接）按钮。连接之后，你会注意到左栏中会出现一组新的菜单选项，包括MandatoryHardware（必备硬件）和OptionalHardware（可选硬件）。步骤2.1：设置机身类型单击MandatoryHardware标题下左侧栏目中的Frametype按钮，并选择Xcopter类别（见图9-7）。图9-7选择机身类型忽略默认设置你将会注意到，在机身选择的旁边是一个标题为DefaultSettings（默认设置）的下拉式菜单。在本次制作期间可以忽略该项目。它是某些现成无人机的快捷方式。例如，如果你拥有一架3DRoboticsIris+四轴直升机，就会在这个菜单中发现针对该型号的设置。遗憾的是，MissionPlanner没有自带我们型号的所用设置，所以我们必须人工设置。没关系，这样做你会学到更多！对比X与+选择X机身类型时，你可能注意到有一些选项。最常见的是X和+（其他软件有时称为“I”）。这指的是机身的配置，以及和APM布置的关系。如果你可以想象一条横穿APM、延伸到机身前部的直线，X配置中这条直线指向两个电动机之间，而+配置则直接指向某一个电动机。图9-8说明了这两种配置。图9-8两种不同配置（X和+）的四轴直升机步骤2.2：校准加速计下一个子步骤是校准我们的加速计。这为APM设置了一个基准，以了解“上”、“下”等方向。MissionPlanner要求你将无人机移到不同的位置，一定要在水平的工作平面上有一块干净的区域，以跟踪所描述的方向。在尽可能水平的区域内进行这项工作很重要。如果有这样的区域，可以使用气泡水平仪确认选择的区域是否水平。我们常常使用小的电视柜，因为如果偏离水平，很容易使用垫片调整。单击左侧菜单中的AccelCalibration（加速计校准）按钮（见图9-9）。这将在主应用窗口中放置一个标记为CalibrateAccel的按钮。单击该按钮并根据MissionPlanner的指令。它将要求你将无人机放在多个不同位置，然后按下任意键继续。一旦此过程完成，你将看到校准通过或失败的通知。要求你使用的位置是：图9-9校准加速计水平飞行器正面向上时保持的正常位置。倒放正如其名：将飞机从正常位置倒放。机头向下飞行器的前部直指地面，尾部向上。机头向上机尾向下，机头向上。左飞行器左侧向下，右侧向上。右飞行器右侧向下，左侧向上。步骤2.3：设置罗盘单击左侧菜单中的Compass（罗盘）按钮，将在主应用窗口中显示罗盘设置屏幕（见图9-10）。设置罗盘是非常重要的过程，包括3个基本步骤：图9-10罗盘设置a.启用自动磁偏角：找到并选中主应用窗口的Enable（启用）和AutoDecDeclination（自动磁偏角）复选框。这个设置允许APM使用自己的GPS找到你所在的位置，然后对该位置微调你的罗盘。该设置考虑了正北和地磁北极之间的偏差。b.选择罗盘类型和方向：在主应用窗口的Orientation（方向）框中选择APMwithExternalCompass（带外部罗盘的APM）选项。这将把该字段底部的文本改为ROTATION_ROLL_180。该信息将告诉APM罗盘指向的方向，也因此它有了开始测量的基准。c.执行校准：现在，我们已经确定了罗盘的方向，可以对其进行校准了（见图9-11）。单击主应用窗口底部的LiveCalibration（实时校准）按钮，按照MissionPlanner的指令进行。这一步可能需要花费几分钟，应用程序要求你沿着所有轴转动飞行器，使其可以在一个虚拟球体中获取一些采样点。花一点时间并按照指令进行，直到MissionPlanner通知校准通过。如果因为某些奇怪的原因校准失败，不要担心。只需要再次进行校准，确保沿着罗盘的所有轴移动即可。图9-11罗盘校准步骤2.4：电台校准接下来是电台校准。APM称发射机为电台，所以从现在开始我们将这两个术语互换使用。单击左侧菜单中的RadioCalibration（电台校准）按钮（见图9-12）。这将在主应用窗口中显示校准页面。这里，常规的思路是让MissionPlanner与你的电台通信，找出每个通道的范围。在校准期间，系统会要求你将操纵杆、开关和旋钮转到最小和最大设置，以便应用程序了解每个通道的范围。一个个绿色的条形图将表示电台的每个通道，它们将随着电台的控制而移动（见图9-13）：a.打开发射机电源（如果你还没有这么做的话）。b.单击主应用窗口中Radio8条形图下绿色的CalibrateRadio（校准电台）按钮。c.按照指令将所有电台控制设备开到最大和最小设置，包括你将要使用的所有控制设备，如发射机上的操纵杆、开关、旋钮和滑块（根据你拥有的电台类型）。你将注意到，每个通道的条形图上将出现一条细红线，表示其最小–最大设置。d.完成之后，单击ClickwhenDone（完成时单击）按钮（和校准功能是同一个按钮，只是标签不同）。图9-12电台校准开始之前完成校准之后，将显示一个小的弹出窗口，告诉你电台每个通道的最小–最大值（见图9-14）。单击OK离开该屏幕，进入下一步。图9-13注意表示每个通道最小–最大值的红色线图9-14祝贺你！电台已经校准步骤2.5：设置飞行模式你已经校准了电台，下面让我们在飞行模式开关上设置正确的飞行模式。要启动这个过程，首先单击左侧菜单中的FlightModes（飞行模式）按钮。这将在主应用窗口显示飞行模式的指定视图。我们将使用这个视图设置悬停和稳定飞行模式。如果你的电台有一个三位开关（有的只有两个位置），可以选择一个额外的飞行模式，如Auto（路径导航）或者RTH（返航）：a.在开启电台电源的情况下，切换飞行模式开关的不同位置，同时观察MissionPlanner。你将注意到，开关的每个位置将会使应用程序中不同的飞行模式菜单变成绿色。记下每个开关位置“点亮”的模式菜单。b.使用每个飞行模式的下拉菜单，指定希望用该开关位置开启的模式。例如，如果开关位置1点亮了应用程序中的模式菜单2，你可以在下拉菜单中更改，将悬停飞行模式指定给该开关位置（见图9-15）。现在，切换到开关位置2，用模式菜单指定稳定模式（见图9-16和图9-17）。图9-15开关位置1点亮飞行模式菜单2图9-16开关位置2点亮飞行模式菜单4图9-17使用下拉菜单将稳定飞行模式指定给模式菜单2步骤2.6：设置故障安全我们的必要设置快要完成了。最后一件事是故障安全设置。这个设置使我们能够定义在飞行器的某个部分失效时采取的措施，比如当失去无线电连接或者电池电力在飞行时下降到某一水平时采取的措施。要开始这一步骤，首先在左侧菜单中单击FailSafe（故障安全）按钮：a.找到主应用菜单右侧的Battery（电池）框。将LowBattery（电池低电压）设置为10.4，ReservedMAH设置为0。这使我们只监控电压，而不用监视电池的容量。只有在任何时候都使用相同大小的电池，且准确地知道触发故障安全措施之前需要多少“剩余容量”时，才会设置MAH。在使用超出一种电池大小时设置这个选项，可能会导致过早触发故障安全。b.现在，我们需要设置发生电池故障安全事件时采取的措施。从同一个Battery字段的下拉菜单中选择其中一项（见图9-18）。下拉菜单中的选项有：·Disabled（禁用）·Land（着陆）·RTH（返航）图9-18电池故障安全选项c.在下方的Radio（电台）框中，从下拉菜单中选择所需的操作（见图9-19）。这将告诉APM，当无线电联系中断一段时间（由APM决定）时应该采取什么措施。现在，将FSPWM文本输入框中的值设置为975。这将告诉APM，RTH事件期间的PWM值。电台故障安全措施为：·Disabled（禁用）·EnabledalwaysRTH（启用，总是返航）·EnabledContinuewithMissioninAutoMode（启用，继续自动模式中的任务）·EnabledalwaysLand（启用，总是着陆）图9-19电台故障安全选项9.1.3第3步：添加可选硬件你已经完成了必要硬件的设置！现在是时候转向可选硬件了。APM允许在自动驾驶仪上添加许多可选硬件。这是该系统吸引众多业余制作者和发烧友的优秀特性之一。最常见的增补硬件是遥测电台和电池监测仪，但是其他选项也很多，包括声呐传感器、空速监视仪、光学流传感器、屏幕显示器（OSD）、摄像机云台（基于伺服机构）、天线跟踪器和蓝牙模块。这些增补硬件中大部分超出了本书的范围。实际上，仅是这些选项就可以独立成书！在这个特殊步骤中，我们将介绍两种最流行的选择：遥测电台和电池监视仪。如果你选择不安装这些组件，可以跳过步骤3。步骤3.1：3DR电台（遥测）在第7章中，我们为APM安装了遥测电台。这些电台是成对出厂的，都调谐为同一频道（或称NetID）。理论上，除了接通这些电台的电源，按下连接按钮之外，你不需要做任何事情。但是，知道电台设置在哪里、在必要时如何更改，是很好的事情（见图9-20）。如果和朋友一起放飞直升机，调整自己的NetID以避免相互干扰，也是一个好主意。图9-20加载遥测电台设置按照如下步骤，检查电台相互通信是否符合预期：a.确定是否已经通过USB连接到MissionPlanner，如果已经连接，断开并拔出电缆。b.接通发射机和安装遥测电台的无人机的电源。c.将地面遥测电台连接到笔记本并打开MissionPlanner。d.在必要时设置COM端口，将波特率设置为57600，然后单击Connect。如果你打算更改NetID设置，以便在和其他人一起飞行时不造成干扰，只需要使用下拉菜单找到一个新的频道。一定要将本地（Local，地面）和远程（Remote，空中）电台设置为同一个ID，然后单击主应用窗口顶部的绿色SaveSettings（保存设置）按钮。步骤3.2：电池监测仪许多人喜欢的另一个可选硬件是电池监测仪。这是一种简单的设备，但是可以提供非常有价值的信息，可以在电池故障的时候拯救你的飞行器。正如第5章中所介绍的，电池监测仪安装在主配电插座和电池之间。它使用一个小芯片与APM通信，分析电池的电流和剩余容量。MissionPlanner的这个页面允许你调整几个电池监测仪的设置。选择左侧菜单中的BatteryMonitor（电池监测仪），可以打开这个屏幕，你可以控制3个设置：监测仪描述电池监测仪将监控的内容。选项有Disabled（禁用）、BatteryVolts（电池电压）和VoltageandCurrent（电压及电流）。我们建议在拥有电池监测仪时使用VoltageandCurrent选项（见图9-21）。该选项能够提供更多信息，这总是件很好的事情。传感器这个菜单可以选择使用电池监测仪的传感器类型。如果你是从MakerShed购买的套件，应该使用3DRPowerModule选项，如果是在其他地方购买的监测仪，可以咨询商店，确定他们卖给你的监测仪类型，然后从列表中选择。如果不知道类型且没有办法确定，使用Other（其他）选项通常有效。APM版本这个选项不言自明。对于我们制作的直升机，选择APM2.5+3DRPowerModule选项。如果购买的是不同版本的APM（如Pixhawk或者PX4），从选项中找到并选择。图9-21电池监测仪设置页面9.2探索MissionPlanner的其余功能干得好！你已经完成了配备APM的新四轴直升机的设置了！下面我们花几分钟来观察一下MissionPlanner应用的其余功能。到目前为止，我们使用的功能都在InitialSetup选项卡中。现在，我们将研究其他选项卡中的一些功能。有些功能和我们已经讨论过的功能相似，但是大部分都是新功能。单击顶部的Config/Tuning（配置/调整）按钮，探索出现在左侧菜单中的一些选项。9.2.1飞行模式这个屏幕（见图9-22）实际上和本章前面讨论的FlightModes屏幕完全相同。你可以使用这个页面为无线电发射机上的不同开关位置指定不同的飞行模式。图9-22飞行模式屏幕9.2.2地理围栏对于新飞行员来说，地理围栏（GeoFence）可能是很巧妙的安全功能。它的功能正如其名：在起飞点附近设置一个虚拟的围栏，不允许飞行器超越该范围。可以将其视为用一根虚拟牵引绳控制四轴直升机的方法！APM将使用初始起飞位置指定返航点，由此开始，你在屏幕上选择的选项将规定飞行器的飞行距离，以及“围栏”被突破时发生的情况。如果想要使用这一功能，只需简单地选中主应用窗口顶部的Enable复选框，然后在下面设置参数（见图9-23）。记住，这里的参数使用公制单位，所以其中的数字表示米，而不是英尺。图9-23GeoFence屏幕9.2.3基础调整如果你曾在网上阅读关于无人机的文章，就可能听说过人们以某种方式调整其四轴直升机。这里的思路是，不同的无人机有不同的飞行特性，自动驾驶仪（在我们的示例中是APM）必须调整以匹配这些特性。想想我们的“小熊座”，它的特性明显不同于一架35磅重、下挂单反相机的八轴直升机。调整使你可以在这两种飞行器上使用相同的自动驾驶仪，并且对其进行改良，以便在任何一种环境中工作。基本调整是APM调整的入口点（见图9-24）。吸引人们使用APM平台的特性之一是，它有几乎无限的参数集，可以用来微调高级功能（大部分功能超出了本书的范围）。这个页面可以设置一些改变飞行器“感知”的功能。你可以调整无人机对发射机输入的响应、无人机对自动调平功能的敏感度、油门悬停位置以及油门输入对飞行器爬升率的影响。每项输入都有一个简单的描述，说明了该滑块位置对飞行器的影响。如果你有遥测电台，很容易在飞行器飞行期间打开MissionPlanner，微调这些参数，实时观察其效果。图9-24基本调整参数9.2.4扩展调整扩展调整屏幕允许你进行许多高级的飞行特性调整（见图9-25）。扩展调整有时候称作PID（比例、积分、微分）调整，该屏幕可以调整飞行器的3种运动（翻滚、俯仰和偏航），其变量反馈到一个PID控制器算法。这种控制器在大规模工业控制系统中非常流行。这一过程通过创建一个控制回路反馈，计算误差值并试图校正误差得到预期的结果。幸运的是，APM有现成的标准设置，对于大部分安装来说都工作得很好。如果飞行器表现得不如预期，你觉得需要调整PID以得到最好的性能，我们建议对这一主题进行单独的研究。PID调整很复杂，超出了本书的范围。还有一些选项可以自动调整APM的PID设置，但是我们发现这一过程的结果好坏参半。即使这对你来说是一个选择，更深入地学习PID调整的理论以便理解后台发生的情况，也不失为一个好主意。如果你对这方面感兴趣，我们的网站上提供了一个很好的出发点（/pid-tuning）。图9-25扩展调整屏幕9.2.5标准参数标准参数页面展示了APM平台极度灵活的特性（见图9-26）。该屏幕显示很长的参数列表，设置它们有助于定制或微调飞行器，满足特殊的需求。这个列表太长，无法在此一一讨论，我们当然希望你能够自己动手探索；但是，一定要注意：改变这些参数时要小心！如果不理解参数的作用，在更改和试飞之前查阅APM网站。在Ardupilot网站上可以找标准和高级参数的完整列表（/copter/docs/parameters.html）。图9-26标准参数9.2.6飞行数据到目前为止，本书花费了相当的篇幅讨论通过遥测电台将遥测数据发送到地面站的方法。飞行数据屏幕（见图9-27）正是查看大部分这类数据的地方。当你打开FlightData（飞行数据）选项卡时，就会注意到屏幕右侧有一幅很大的地图。图上将实时更新飞行器所在的位置（只要你安装了GPS）。图9-27飞行数据屏幕应用程序左侧将是一个分为上下两部分的栏目。上半部分包含一个你可能很熟悉的仪表。它本质上是一个在全尺寸飞机上能够看到的地平仪。唯一的不同是，我们的地平仪上有一些与飞行器类型直接相关的附加数据。这个仪表将通过随着飞行器的飞行移动地平线（由绿色和蓝色区域分隔），显示其高度，并且显示飞行器的方向、飞行模式、GPS状态、电池水平和罗盘方向。地平仪之下的空间用于显示一些从APM返回地面站的数据点。这些数据点在飞行中非常有用，它们将帮助你确定飞行器的飞行速度、距离起飞点的位置和当前高度等。9.2.7飞行计划最后，我们将简单地了解一下飞行计划屏幕，你可以用这个屏幕规划自主飞行（见图9-28）。乍看之下，它和飞行数据屏幕非常类似，因为它也有相同的地图，但是这个地图内置了许多附加功能。图9-28飞行计划屏幕从整个任务到单独路径点，一切都可以在这个屏幕上进行规划。不管任务复杂性如何，它们都由一组引导飞行器到特定纬度、经度和高度的路径点组成。你还将告诉飞行器在完成每条路径时应该进行的操作——例如，你可能希望它暂停30s，或者直接转向下一个路径点，以及在到达路径点途中应该控制的飞行速度。在进行任何自主飞行之前，扎实地掌握人工飞行是非常重要的。每个飞行员都应该能够在GPS或者传感器失效时人工控制飞行器返航。平板电脑自主飞行软件虽然MissionPlanner是一个健全的应用程序，足以规划和执行自主飞行计划，但是在现场使用它并不总是件容易的事情，因为它运行于笔记本电脑。许多人喜欢使用较小的安卓平板电脑，减少飞行时需要携带的设备数量。平板电脑甚至可以直接安装到2.4GHz无线电发射机上，将所有控制系统集中在一处。如果你对现场工作所用的平板电脑感兴趣，可以下载3DR安装应用Tower。这是历史悠久的DroidPlanner应用的最新版本。如果你想要了解更多关于平板电脑地面站的知识，可以访问我们的网站（/ground-stations/）。9.3准备处女航从技术上说，现在你已经完成了制作工作。所有组件都已经安装，飞行控制器设置完毕，你几乎准备就绪，可以对其进行测试，看看它能不能很好地飞行！但是，我们想先向你提供一些建议。如果你对遥控飞行很陌生，我们建议你先阅读剩下的章节，更好地理解如何以安全的方式飞行。在完成那些章节的阅读之后，你可以继续如下步骤：1.停止螺旋桨转动，再次检查所有电动机的旋转方向是否正确。你可能还记得在本书前面的章节中，我们从ESC中将插塞接头插入电动机时尚不知晓正确的方向。现在正是复核的时机。启动你的电动机（默认操作是左操纵杆向下并向左持续3s），一次检查一个电动机。如果发现旋转方向有误，更改三个插塞接头中的任意两个，使其反向旋转。2.在螺旋桨关闭、电动机正确旋转的情况下，检查APM是否正确地自动调平。你可以通过慢慢地旋转电动机，同时手持四轴直升机，向某个方向轻轻倾斜来确定。如果APM的工作正如预期，它应该自动增大电动机（更靠近地面）转速。如果发现不正确，复核所有ESC是否都插入APM上对应的输出端子。3.如果到目前为止一切正常，那么可以装上螺旋桨，尝试起飞！不要着急，慢慢地起飞。轻柔地旋转螺旋桨，看看能否让四轴直升机离开地面。此时注意操纵杆的控制要柔和。确认一切正常，如向左翻滚指令确实使飞行器向左飞行。如果一切看上去都正常，慢慢加大油门，直到离地1～2英尺。不要太靠近地面，否则地面效应可能会造成麻烦。地面效应发生在螺旋桨排开的空气与地面接触的时候，它所造成的扰动可能将飞行器推向四周。4.慢慢实践！这不是一场竞赛，立即升空并不会得到奖励。现在花点时间感受你的飞行器，以后会更容易取得成功。第10章安全、负责任的飞行10.1安全第一我们在日常生活中经常听到“安全第一”这句话，理由很充分：尽所能保护自己和他人的安全，这比任何设备和任务的完成都更重要。手工制作小型UAV并安全、负责任地飞行，将确保你长时间地参加这项活动。坚持制作和飞行小型UAV的人们能够理解认真对待安全的重要性。这是对飞行器模型和整个UAV社区的尊敬和贡献。牢记本章中的概念，参与空中机器人活动是学习或者增强纪律性的极好途径。你必须全心全力，尽一切可能完成产生成功、安全结果的所有事项。10.2培训和教育要在探索多轴直升机的同时保持安全，很大的一部分工作是尽可能地学习它们的技术和潜在风险。小型UAV自主控制和安全性技术不断取得新的进展，紧跟这些发展能够保证飞行安全。但是，我们不建议依赖自动飞行控制模式。GPS锁定和稳定模式是奇妙的特性，但是对于任何设备无法发送和接收命令时，负责任的操纵者应知道如何接管飞行器，人工控制飞行。没有什么能够替代你自己在知识、经验方面的积累，以及“操纵杆上”的实践。>使用飞行模拟软件可以形成肌肉记忆和本能的飞行控制能力。10.3资源制作并安全、负责任地放飞UAV是你的职责，但是你并不孤单。如果你对飞行器的设计、制作或者飞行有任何不确定的地方，都可以寻求帮助。有许多可供小型UAV开发者使用的资源和在线论坛，在那里，你可以得到关于UAV安全性和技术的建议及信息。2014年年底，有3个组织与美国联邦航空局（FAA）紧密合作，就小型UAV安全飞行的政策说明和最佳实践达成了共识。这3个组织是国际无人机系统学会（AUVSI）、航空模型学会（AMA）和小型无人驾驶航空器联合会（SUAVC），它们编撰了一份驾驶小型UAV的守则，称为“空中规则”。它们建议的安全指导方针是一个很好的起点，但是我们建议你积极、定期地查看这些规则，因为规则是不断发展的。我们在下面的列表中对其进行了分项总结，并用一些专业、负责任的小型UAV飞行活动的思路详加介绍。10.4重要链接主要SUAS资源组的重要链接包括：·AUVSI（/home）·AMA（/）·SUAVC（/）·FAA（/uas/getting_started/fly_for_fun/）此外，还可以查阅我们的安全性规程完整列表（/docs/UAVSafety.pdf）。AMA也有一个关于RC飞行器飞行最佳实践的单页PDF文件（/files/105.pdf）。10.5关键飞行安全规则准备升空时，安全和负责任的飞行应该始终是你的首要考虑事项。熟悉如下事项，你能够很好地与周围的人们共享蓝天：·始终在400英尺以下的高度飞行。全尺寸飞行器在500英尺以上的高度飞行。这样做能够在有人驾驶飞行器和无人驾驶飞行器之间留出100英尺的缓冲区。·在你的视线（LOS）之内飞行。这意味着，你在操纵时始终能够看到你的飞行器。根据我们的经验，在与太阳相同的方向上观察飞机可能产生能见度问题。仔细考虑飞行时间和所处的方向。彩色的起落架或者LED灯有助于识别多轴飞行器的前端和后端，从而保持方向感。使用FPV视频眼镜安全飞行的说明请参见本节后面的部分。·加入当地的UAV或者模型飞行器爱好者俱乐部。如果在你的地区做不到，可以创建自己的MeetUp群，讨论关于UAV安全、负责任飞行的最佳实践的发展。·绝不要在任何机场的5英里范围内飞行，不要在活动前后一小时内在大型体育馆的3英里内飞行，也不要在国家公园或者军事基地飞行。/drone/no-fly/上的交互式地图可以帮助你识别禁飞区。·参加飞行课程。这将有助于帮你复习飞行原理，并从全尺寸飞机飞行员的视角体验飞行。你还可以寻找关于小型无人飞行器操纵的当地课程。·在每次飞行之前，一定要检查你的设备，确保所有组件都处于正常工作状态。·飞行只是为了消遣！不要在未经FAA授权的情况下进行商业目的的飞行。你应该在积累多年经验后再考虑这种飞行。飞行器的保险对于娱乐使用并非必需，但是购买一份保险是个好主意。如果加入AMA飞行俱乐部，会员资格中就包含了有限的保险。商业使用必需购买保险。·绝不能鲁莽地飞行。这不仅很危险，而且对于所在地区的人们和财产都是不尊重的，你可能会因此收到传票和高额罚单。一定要注意安全。10.6第一人称视角许多多轴飞行器爱好者喜欢用视频眼镜进行第一人称视角（First-PersonView，FPV）飞行，视频眼镜能给飞行员带来坐在驾驶舱中的感觉。UAV的前端安装一个小的摄像头，提供无人机视角的实时视图。FPV飞行的快速流行归功于有组织的小型无人机竞赛。2015年四五月份的《Make》杂志中有许多出色的FPV特性和信息。下面是一些提示：·请一位朋友随行，作为观察员。你需要有人作为“第二双眼”，保持直升机在视线之内，对可能干扰飞行路径的任何情况加以警告。·和附近的其他FPV飞行员沟通清楚使用的视频通道（频率），避免接收和能见度的干扰。·前往远离人群、房屋、道路和电力线路的空旷、偏远地区。·避免带孩子或宠物进入FPV飞行区域，因为他们可能会不知不觉地进入你的飞行路径。·遵循上一节概述的其他安全指导方针。10.7飞行的场合和时机在安全、成功的飞行中，计划是关键的步骤。就像老话所说：“不好好地计划；那就是打算要失败了。”在处女航之前和每次起飞之后有许多事情需要考虑。我们用一个飞行前的检查列表确定已经复核了计划任务所需的所有条件。你可以使用自己喜欢的办公应用生成自己的飞行前检查列表。在网上应用商店中可以找到许多此类应用。我们喜欢使用的工作安排应用是Wunderlist。它很容易实现多平台同步，而且是免费的。飞行前检查列表中应该包含的信息点请参见下一小节。我们还喜欢使用苹果地图中的3D功能规划任务。我们可以用非常接近的视角，查看飞行中想要实现的目标。为了确保你在跟踪UAV时不会遇到直射的阳光，当日时间和日照功能也很重要。识别潜在风险的最佳途径因人而异。我们喜欢预先到访一个地点，观察该地点是否有足够的空间、是否有危险。制定一个计划，将与飞行区域相关的所有风险降低到可以承受的程度。即使在一个空旷的场地上，你也必须得到在该区域的许可（至少得到口头允许）。如果你自己有很大的院子，只要它距离重要机场5海里（1海里约1.85千米）（或者更远），你就拥有了理想的无压力定期实践场地。最后，美国国家公园（在本书编写的时候）是禁飞区。我们希望未来有某种程度的改变。至少，我们希望看到允许航空摄影人员可以在国家公园管理部门的规则下进入公园的规程。10.8飞行前检查列表和飞行日志信息和全尺寸飞行器一样，飞行前检查列表和飞行日志对维护安全飞行器和飞行环境是至关重要的：·日期和时间。·确定的位置，安全起飞和着陆区域。·操作员和所有飞行团队成员，如观察员或者摄像头操作员。·所有线路和硬件连接牢固。·飞行器、电台与频道、飞行模式/设置。·使用的螺旋桨和电池。我们喜欢标记和跟踪每块电池的使用情况。·GPS：锁定的卫星数量。·天气、太阳的方向、风向和风速。最大安全风速取决于飞行器的重量和设计。“小熊座”很轻，重量只有2lb（约0.9kg），所以最好在10英里/小时以下的风速条件下飞行。较重的多轴飞行器可以承受更强的风。而且，要避开雨天，水和电是难以调和的。·目的/主题、任务和联系人。·潜在危险和每种危险的应对策略。·达到的高度与速度。·载荷安全——最好在无载荷条件下起飞。·摄像机设置和内存卡可用空间。·飞行长度和观测数据——设备或者体验中有没有出现任何不正常的现象？绝对不要飞跃人群或者车流。尽可能远离任何人飞行，但是避开每个人有时候很困难。如果飞行期间有观众，要建立一个安全的起飞和降落区（见图10-1）。我们在UAV和任何人或物体之间保持30英尺的最小距离。我们喜欢使用安全三角形标记安全区域的边缘。你也可以使用特大号的防水布，然后在各个角落上放置安全三角锥。防水布还能够防止灰尘进入UAV敏感的电子装置。用绳索、标杆、油漆或者球场标志粉形成实体安全线，是避免观众靠近的极佳方式。如果有观察员随行，请她告诉附近的所有人，让人们知道你将要做的事情，命令观察员远离飞行区域并始终注意UAV的位置。记住，FAA禁止在所计划活动的前后一小时（当然还包括活动持续期间）内飞近看台上坐满观众的大型体育场。提防飞行区域内的任何电缆。空中的电力线，甚至地面上的松散电缆在飞行中也是非常危险的。伸展的树枝、灯杆和建筑结构也可能造成威胁。保持距离，完全避开这些物体，是唯一能够彻底避免相关风险的方法。图10-1起飞和降落期间始终在飞行器周围建立安全区10.9飞行器检查主观臆断可能铸成大错。不要因为昨天飞行得完美无瑕而假定你的多轴飞行器工作得很好。在每次飞行之前都要进行系统地检查。在这一爱好活动中，测试是必不可少的。较为全面的检查和常规的例行维护，以及与此搭配的文档记录，也是很好的思路。在不使用螺旋桨的情况下测试电动机和设置。最后，加上螺旋桨，向后退，进行螺旋桨方向测试。如果发现任何问题，或者必需维修（更新）任何装置，立刻记录在文档中。检查电池规格（见第5章）。它们的使用年限、搬运和储存方式、完整状态或是有未用完的电量，对锂聚合物电池都有所影响。你应该知道如何负责任地使用、存储和处置它们。找到当地能够接收已使用的锂聚合物电池的回收中心。必须明白，锂聚合物电池的使用是存在危险的，需要密切关注。你应该携带灭火器以防万一。10.10飞行和维护日志飞行前检查列表中的大部分信息都可用于生成飞行日志。重要的是记录每次飞行。这能够帮助你识别所收集数据中的模式，改善UAV的制作和飞行性能。记录飞行日志的另一个好处是，能够表明自己始终坚持飞行中以安全作为第一要务，在飞行受到质疑时能更好地证明自己的动机。除了飞行日志之外，我们还建议为UAV保留单独的维护日志。日志可以是简单的纸张和活页夹，也可以是在你喜欢的移动电子设备中以数字化形式保存的详细文件。记录你每次进行的维修或者改进，以及维护时间。回答“造成问题的原因是什么？”和“为什么必须进行维修或者更换？”等问题。在工作结束时完成任何相关的测试，并记录观察到的现象。当然，使用高质量的组件有助于减少难题和维修以及文档记录的时间。例如，和塑料机件相比，金属件更耐久。我们在第2章中所说的仍然有效：记录无人机制作期间的整个决策过程，尤其是在第一次制作空中机器人的时候。描述整个制作期间选择每个组件的决定因素。比较你所考虑的零件或者品牌，以及每个决策的结果。这看上去似乎有些多余，但是以后即使只保存了一半的此类信息，都足以让你感到高兴。10.11法规和监管在许多国家，爱好者们享受模型飞行的乐趣已经有将近100年的历史。在整个20世纪，航空模型社区是基于常识而形成的，因为他们通常自我约束，减少或者完全消除事故。最近，这些飞行器的能力有了很大的提高，引起了立法者们的注意，尤其是在美国，我们强烈建议刚刚加入航空模型爱好者行列的人们要了解当地和所在国家关于这项技术的法律。这一领域发展迅猛，到本书上架时，书中所说的一切可能已经过时。如果你生活在美国，FAA或者AMA网站是最好的起点。各国的法律下面列出几个已经制定了全面小型UAV政策的国家的相关网站，它们能够帮助你找到适用于所在区域的法律（商业和非商业应用之间的区别是在全球范围内确定你所应遵循规则的主要因素）：美国联邦航空局（FAA）：/uas/航空模型学会（AMA）：/飞行前须知：/加拿大加拿大航空局（CAA）：http://www.tc.gc.ca/eng/civilaviation/standards/general-recavi-uav-2265.htm？WT.mc_id=1zfhj#safety英国民用航空管理局：http://www.caa.co.uk/Consumers/Model-aircraft-and-drones/Flying-drones/澳大利亚民用航空安全局：.au/德国联邦航空委员会（LBA）：http://www.lba.de/DE/Home/home_node.html第11章现实世界中的应用11.1有益的无人机在安全和负责任使用的条件下，小型UAV有广泛的应用。当我们与学生交谈时，他们总是不断地提出该技术的创新使用方式。UAV可以给工业、民众和我们的星球带来很大的利益。许多大学现在开设了无人驾驶航空系统专业。北达科他州立大学在2009年率先开设了这一课程，堪萨斯州立大学是第二所开设UAS专业的美国大学。UAV在农业中的需求推动中西部的学校引领该技术的研发。下面，我们将探索现实生活中最能受益于UAV的应用领域。这只是无人机帮助我们节约时间、金钱、惠及人类生活的开始。>DronesforGood国际竞赛鼓励工程师们设计出以新的方式惠及全人类的UAV，其首奖高达100万美元。11.2航空摄影拍出独特观感和视角的摄影作品，是许多人加入UAV爱好者行列的重要动机（见图11-1和图11-2）。轻巧、耐久的运动摄像头在小型无人机的流行中起到了关键的作用。无人机能够观察更大区域、增加对环境的清晰认识，在电影产业、体育广播和新闻报道中得到了应用。我们在2010年开始用Terry自制的UAV进行风景和建筑摄影。图11-1用索尼NEX-5n相机拍摄的马里兰州巴尔的摩的弗朗西斯·斯科特·凯伊纪念碑UAV和相机技术都在持续快速发展。现在，我们首选的是M4/3相机——其本质上是傻瓜相机和全幅数码单反的混血儿。使你可以从地面触发快门的远程传感器是一项重要的功能。另一种方法是将相机设置为在固定间隔内拍摄照片，如每5s拍摄一张。我们已经发现，两人小组最适合于拍摄。飞行员可以集中精力操作飞行器，而摄像头操作员使用第二个控制器控制云台和摄像头。地面站监视器可以从机载摄像头的视角观察，微调飞行姿态以拍摄最终作品。关于UAV摄影设备的更多信息参见第8章。图11-2用佳能S95相机拍摄的马里兰州巴尔的摩的消防员狂欢节11.3地图绘制与测量无人机正在证明自己是革新地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）的有效工具。无人机的载荷可以用摄像头和传感器采集一系列数据。这些设备和地面的地理参考标识一起使用，可以产生分辨率高达每像素5cm的高精地图。UAV地图测绘主要涉及两类软件。第一类是任务规划软件，第二类则是数据处理软件。UAV以“割草机”模式自主飞行（见图11-3）。任务规划应用多种多样，包括免费的开源应用。任务完整地上传到UAV，执行任务时，载荷直指下方，定时捕捉数据，创建该地区的重叠图像——前后至少60%，两侧至少40%。采集数据之后，对其进行消除变形并拼接生成正射镶嵌图像。和导航软件一样，数据处理解决方案也包括本地安装的应用和基于云的服务等多种形式。图11-3白线显示了UAV以割草机模式飞行的地图测绘路径11.4精准农业为了满足不断增长的人口对营养的需求，新技术是必不可少的。仅在美国就有220万个农场，精准农业将从小型UAV中获益良多。农场主、农艺师和农业辅助服务提供商都意识到了这一点，他们在技术上的敏感性超过了你的想象。无人机比常规的飞机更便宜、更容易使用。UAV还可以更快地完成以前由有人驾驶飞机完成的任务，得到更精确的结果。此外，因为农场通常位于人口稀少的地区，无人机引起的隐私和安全性问题远少于城市地区。UAV可以在两个主要领域帮助农场主们。第一个领域是利用GIS，这通常使用的是固定翼无人机。它们的能耗较小，有助于在空中停留更长的时间。从红外传感器和拼接图像文件中收集数据，农场主可以高效地绘制农场地图、估算粮食产量、评估植株健康状况、识别野草或者染病的植物、记录植物生长情况、测量水合程度。然后，这些信息都经过分析，用于做出最佳的作物管理决策，选择性地对单个植物使用化肥和农药，改进农田规划。这是UAV的第二类应用。直升机或者多轴飞行器能够携带用于喷撒不同配方的载荷，逐行、精准地应用于需要的谷物上。加拿大、巴西和瑞典都已经有了成功的UAV精准农业项目，而日本在这方面堪称典范。日本农业省于1983年委托雅马哈公司开发用于农业的无人驾驶航空系统。雅马哈RMAX无人直升机从1991年开始为作物喷洒农药。今天，RMAX为日本40%的稻田（约250万英亩，1英亩约为0.004km2）喷药。据估计，粮食产量增加了30%，同时保持着无懈可击的安全记录。无人机确实给农业带来了革命性的变化。11.5搜索与救援无人机已经多次成功地用于救援失踪人员，不管这些事故是由于自然灾害、绑架还是迷路。配备高分辨率摄像头或者红外传感器的UAV可以在几分钟内搜索数百英亩的地域。要覆盖相同的地域，需要数十或者数百名志愿者耗费几个小时甚至几天的时间。失踪的最初一段时间最为关键，及早动用资源搜救对其生还与否有极大的影响。下面是有效地设计（或使用）无人机，以低成本和低风险展开搜救工作的一些团队的例子：·皇家加拿大骑警在新斯科舍省外的托普塞湖（TopsailLake）附近找到了在森林中徒步迷路数日的一家人。·新西兰海岸警卫队使用无人机找到了在海中迷失方向的人员和船只。·瑞士的一个集团已经开发了用于执行封闭室内任务的无人机——GimbalUAV。它可以进入封闭空间，跳过障碍或在地面上滚动。·业务无人机用户DavidLesh发现82岁的失踪者GuillermoDeVenecia在一片大豆田里徘徊。在用其他方法搜索数日之后，Lesh的无人机在200英尺的高度上飞行，很快发现了DeVenecia。·得克萨斯州的非盈利组织EquuSearch因为向哥伦比亚特区上诉法庭提交申诉而引起广泛注意，该组织投诉FAA在一封电子邮件中下令停止使用UAV进行搜救。法庭发现FAA的电子邮件“不是代表该机构最终结论的正式禁止令”。EquuSearch已经为许多失踪人员的寻找工作做出了贡献。11.6基础设施检查陈旧的基础设施和极端的天气可能会给交通、通信和能源设施造成灾难性的影响。在这些行业相关结构的检查上，与常规的有人驾驶飞行器相比，UAV有许多优势（见图11-4）。无人机可以拍摄大特写画面，进入难以到达的区域。安全性是另一个显著的优势。想一想工作人员必须爬上建筑物或者使用铲斗车和起重机将他们悬挂在大桥和摩天大楼侧面的场景。这些过时的方法很危险、费时又昂贵。一次有人驾驶飞行的成本足以使公司拥有和运行整套的UAV图像系统。图11-4携带垂直向上摄像头的无线电遥控飞行器检查无人机的空对空图像；这架X8由BeresfordDavis操纵，照片由TerryKilby拍摄将UAV保持在精确的GPS坐标上，以及从三个轴上移动机载