第4章 无人机航空摄影安全作业与操控

无人机测绘技术自然资源与测绘学院徐军TelQ:932014714.1无人机航空摄影安全作业及基本要求4.2无人机模拟器及训练4.3固定翼无人机操控4.4多旋翼无人机操控第4章无人机航空摄影安全作业与操控第4章无人机航空摄影安全作业与操控4.1无人机航空摄影安全作业及基本要求4.1.1飞行安全的定义4.1.2安全作业的重要4.1.3技术准备4.1.4设备器材选用4.1.5场地选取4.1.6飞行流程4.1.1飞行安全的定义飞行安全——指航空器在运行过程中，不出现由于运行失当或外来原因造成航空器上的人员或航空器损坏的事件。环境恶劣的天气条件飞鸟撞击飞机链路干扰磁干扰GNSS干扰飞机机械故障飞控BUG人飞行员操作失误地面指挥及勤务保障过失暴力劫持飞机4.1.1飞行安全的定义必须执行国家相关管理规定——航空管制协调与申报无人机高使用风险性——不规范使用会危机国家和公共安全。4.1.2安全作业的重要性4.1.2安全作业的重要性“无人机安全飞行必看！“4张图为你解读管理新规4.1.2安全作业的重要性“无人机安全飞行必看！“4张图为你解读管理新规4.1.2安全作业的重要性1.资料收集图件与影像资料地形地貌气候条件机场重要设施2.技术设计飞行高度应高于摄区和航路上最高点100m以上总航程应小于无人机能达到的最远航程根据地面分辨率、航摄范围的要求，设计航摄时间、航线设计、影像重叠度、分区等4.1无人机航空摄影安全作业及基本要求资料收集目的：①确定是否适应摄区环境②判断是否具备空域条件③用于航摄技术设计④制定详细的项目实施方案4.1.3技术准备

根据航摄任务性质和工作内容，

选择所需飞行设备器材。

（1）规格型号传感器摄区面积工期要求起降场地气候地形地貌（2）数量摄区面积工期要求（3）技术性能指标影像分辨率续航时间飞机升限检查调试4.1.4设备器材选用（1）常规航摄作业的起降场地要求矩军用、商用机场须在10km以外起降场地相对平坦，通视良好远离人口密集区，半径200m范围内不能有高压线、高大建筑物、重要设施等。地面应无明显凸起的岩石快、土坎、树桩、水塘、大沟渠等附近无正在使用的雷达站、微波中继站、无线通信等干扰源，在不能确定的情况下，应测试信号的频率和强度，如对系统设备有干扰，须改变起降场地采用滑跑起飞和滑行降落的，路面应满足要求保证安全飞行的前提下，起降场地要求适当放宽。（2）应急航摄作业的起降场地要求4.1.5场地选取飞行器手动飞行保证飞行器工作正常架设地面站确保电台通信正常地面测试飞控系统（1）开启设备，测试通信（2）进行认真测试飞行任务地面检测无误后，进行飞行任务，参考步骤如下：开机定位

解算姿态

规划航线并上传

设定飞行高度

飞行任务检查

起飞

进入自动巡航

执行任务

返航回收地面保障检测飞行器状态，准备第二次起落4.1.6飞行流程第4章无人机安全操控4.3固定翼无人机操控4.3.1飞行前准备4.3.2飞行操控4.3固定翼无人机操控1.电磁干扰源测试城市区路由器数量大，难免会干扰遥控器的无线操控地面基站发射功率大，无人机靠近时，直接影响飞行控制正常工作部分较大无线电设备直接影响飞行4.3.1飞行前准备2.气象资料收集

风速建议风速4级以下，遇到楼房建筑或峡谷应注意突风现象雨雪多数无人机无防水功能，机械结构部分进水易锈蚀。大雾影响操纵人员视线和画面质量，难以判断安全距离空气密度空气密度过低会降低无人机升限，导致无人机转速增加，减少续航时间大气温度环境温度过高，不利于无人机散热，环境温度过低电池电量损失加快。4.3.1飞行前准备3.飞行前检查

1.无人机的检查部件衔接部分是否牢靠布线是否安全机载设备是否工作正常2.遥控器的检查操控模式信号连接情况电量是否充足各键位是否复位天线位置3.地面的检查地面通信地面站工作是否正常4.环境的检查周围环境是否适合作业起降场地是否合理4.3.1飞行前准备无人机的检查：

1.外观机械部分检查相关零部件外观和螺旋桨电机安装是否紧固机架是否牢固、螺丝有无松动飞行器电池安装是否正确安装是否紧固飞行器重心位置是否正确2.电子部分检查各个接头是否松动电线外皮是否完好电子设备是否安装牢固电子罗盘指向是否正确电池是否有破损、鼓包胀气、漏液地面站是否可通信3.上电后的检查地面站与无人机配对电池接插方法是否正确配对后电机是否旋转正常电调指示音是否正确各电子设备有无异常磁罗盘校准……测试飞行起飞前确认GPS卫星达到6或6颗以上4.3.1飞行前准备4.航线规划、航线控制与航线修正

（1）航线规划在特定的约束条件下，寻找运动体从初始点到目标点预定性能指标最优的飞行航线。步骤：①从任务说明书种了解本次任务，包括上级部署的航线、飞行参数、动作要求；②给出航线规划的任务区域，确定地形信息、威胁源分布状况及无人机性能参数等限制条件；③对航线进行优化，满足无人机的最小转弯半径、飞行高度、飞行速度等约束条件；④根据任务说明书的内容，以及上级指定的航线，在电子地图上画出整个飞行路线。4.3.1飞行前准备（2）航线控制（见右图）（3）航线修正根据需要适时局部调整和修正参考航线。4.3.1飞行前准备1.起飞操控

（1）无人机的常用起飞方法

①滑跑起飞将无人机航向对准跑道中心线，启动发动机，从起飞线开始滑跑加速，在滑跑过程中逐渐抬起前轮。达到离地速度时，开始离地爬升，直至达到安全高度。4.3.2飞行操控1.起飞操控

（1）无人机的常用起飞方法

②母机投放让有人驾驶的飞机把无人机带上填，在适当位置投放起飞。4.3.2飞行操控（1）无人机的常用起飞方法

③火箭助推发射时，火箭助推器点火，无人机的发动机同时启动，无人机加速从导轨后端滑至前端。离轨后，火箭助推器继续帮助无人机加速，直到舵面上产生的空气动力能够稳定控制无人机时，火箭助推器自动脱离。无人机依靠自己的发动机维持飞行。4.3.2飞行操控（1）无人机的常用起飞方法④车载起飞将无人机装在一辆起飞跑车上，然后驱动并操纵起飞跑车在跑道上迅速滑跑，随着速度增大，作用在无人机上的升力也增大，当升力达到足够大时，无人机便可以腾空而起。4.3.2飞行操控（2）滑跑与拉起①滑跑起飞：滑跑过程中，中速油门，拉10°升降舵，缓慢平和将油门加到最大，等待无人机达到一定速度。②起飞：包括起飞和转弯。

起飞：无人机达到一定速度，自动离地。离地瞬间，将升降舵平稳回中，机翼保持水平飞行，等待无人机到达一定速度。

转弯：无人机爬升到安全高度时，进行第一个转弯，将油门收到中位，然后水平转弯。调制油门，让无人机保持水平飞行，进入航线。4.3.2飞行操控（3）进入水平飞行状态①控制飞行轨迹：对油门进行细致的调制，以保持无人机水平飞行。②开始水平飞行：从转弯改出后，进入顺风边飞行。此时不急于调整油门，只有在操纵无人机飞行一段时间后，发现无人机一直持续爬升或下降，才需要进行油门的调整。4.3.2飞行操控2.飞行航线操控

起飞和降落阶段采用手动操控；作业阶段采用地面站操控。（1）手动操控无人机的遥控器有两个操作杆，每个杆控制两个动作。油门（THR）：控制飞行器的上下飞行和离地高度。方向舵(RUD)：控制飞行器的偏航（绕立轴旋转）副翼(AIL)：控制飞行起的左右平移，机头不偏转（绕纵轴旋转）升降舵(ELE)：控制飞行起的前后平移，机头会俯仰（绕横轴旋转）4.3.2飞行操控遥控器操作杆功能的常见组合有：美国手、日本手、中国手。美国手日本手（多旋翼航拍、玩具直升机、玩具潜艇）（航模）4.3.2飞行操控4.3.2飞行操控（1）手动操控①直线飞行与航线调整细微的航线调整及维持直线飞行时通过“点碰”（轻触）副翼的动作来进行。②转弯与盘旋a.转弯操控：压坡度、回中、转弯、回中、改出、回中b.180°水平转弯c.360°盘旋③高度控制与改出a.通过油门控制高度b.改出4.3.2飞行操控（2）地面站操纵A.地面站软件主界面4.3.2飞行操控（2）地面站操纵B.地面站常用功能操作方法①参数设置高度空速安全设置②拍照拍照模式启动拍照停止自动拍照③捕获捕捉各个舵机的关键位置（中立位、最大油门位、最小油门位、停车位）4.3.2飞行操控（2）地面站操纵B.地面站常用功能操作方法④地图操作建立地图视图操作测量距离添加标志⑤航线操作新增航点编辑航点上传下载航点自动生成航线⑥飞行记录回放记录回放4.3.2飞行操控C.地面站航线飞行操作流程①安装并连接地面站。②安装机载设备，连接电源，连接空速管。③飞控开机工作5~10分钟。④打开地面站软件，参照飞行前检查表，对各个项目逐一检查。4.3.2飞行操控⑤起飞后，如果无人机没有进行调整并记录中立位置，则须先进行调整；如果已经调整过，则在爬升到安全高度后，切入航线飞行。⑥当无人机飞出遥控器有效控制距离后，通过地面站关闭接收机，以防止干扰或同频遥控器操作。⑦在滑翔空速框中输入停车后的滑翔空速，以便在无人机发动机停车时能够及时单击“启动滑翔空速”⑧飞行完成后，无人机回到起飞点盘旋，如果高度过高，不便于观察，可以在地面站降低起飞点高度，并上传。⑨遥控无人机进行滑跑降落，或者遥控到合适的位置进行开伞降落。4.3.2飞行操控飞机起飞包括起飞滑跑和爬升两个各主要阶段。4.3.2飞行操控3.进场与降落操控

（1）进场操控A.进场方式：五边进近程序。

①一边（逆风飞行）：起飞、爬升，收起落架，保持对准跑道中心线。

②二边（侧风飞行）：爬升转弯，与跑道成大约90°。

③三边（顺风飞行）：收油门，维持正确的高度，并判断与跑道的相对位置是否正确。

④四边（底边飞行）：对正跑道，维持正确的速度和下降速率。

⑤五边（最后的进场边）：做最后调整，保持正确的角度和速率下降、进场、着陆。B.正风进场C.侧风进场4.3.2飞行操控（2）降落操控A.无人机常用降落方式

①脱壳而落

②网捕而回

③乘伞而降

④气垫着陆

⑤冒险迫降

⑥滑跑降落4.3.2飞行操控（2）降落操控B.滑跑降落操控

①降落场地选择：a.提前观察好理想的降落场地。

b.本着“靠近公路，便于回收”的原则。c.尽量避免降落在刚收割的庄稼地里。d.降落前认真观察拟降场地有无电线杆，看清电线杆走向，特别对高压线避而远之。

②降落操纵方法：a.收小油门，根据飞行速度来确定进入对头降落航线的距离。b.进入对头降落航线后，将油门放到比怠速稍高一点，判断降落的速度，确定是否要复飞，根据降落地点的距离，对飞行高度进行适当调整c.在对准航线、离降落点不远的地方将油门放到怠速，在即将触地的时候，稍拉杆，让无人机保持仰角着陆。4.3.2飞行操控飞机的着陆过程包括：（着陆距离包括着陆下滑和着陆滑跑距离组成）下滑拉平平飞减速飘落触地滑跑着陆4.3.2飞行操控飞机在起飞和着陆贴近地面时，由于流过飞机的气流受地面的影响，使飞机的空气动力和力矩发生变化。地面效应4.3.2飞行操控1.上下翼面压差增加，从而使升力系数增加。2.地面阻碍使下洗流减小，使诱导阻力减小，阻力系数减小。

飞机脱离地面效应区飞机处于地面效应区地面效应的效果4.3.2飞行操控C.伞降操控

①伞降系统的工作过程

回收速度较小的无人机：直接打开主伞减速

回收速度较大的无人机：首先打开减速伞，无人机减速和稳定姿态；当减小到一定速度再打开主伞，让无人机以规定的速度和较好的姿态着陆。②伞降系统的组成：引导伞、减速伞、主伞、伞包、连接带和吊带、分离接头、控制系统、机械系统.4.3.2飞行操控C.伞降操控③无人机伞降操作流程：a.进入回收航线：调整飞行轨迹及航向，让无人机按预定航线进入回收场地。b.无动力飞行阶段：减速到预定速度，发出停车指令关闭发动机，无人机无动力滑翔。c.开伞减速阶段：发出开伞指令，开舱门，带出引导伞，由引导伞拉出主伞包，充气张满。d.飘移段：无人机以稳定速度匀速降落。4.3.2飞行操控D.复飞操纵复飞——指无人机在即将触地着陆前，将机头拉起，重新起飞的动作。

①导致复飞的因素天气因素设备与地面因素操纵人员因素其他因素②复飞的三个阶段复飞的起始阶段复飞的中间阶段复飞的最后阶段③复飞的操作步骤向拉杆的方向点碰一下升降舵，以防无人机触地。加大油门，使无人机恢复爬升，并重飞一圈着陆航线。④复飞的操作要点先点碰一下升降舵以确保无人机不再下降离地较近时，拉升降舵之前首先确保机翼水平，以防无人机转弯刚开始进入复飞的时候，油门只需要加到1/4即可。4.3.2飞行操控4.飞行后的检查与维护

（1）检查项目油量电气、电子系统机体机械系统发动机（2）维护项目电气机体发动机4.3.2飞行操控第4章无人机安全操控4.4多旋翼无人机操控4.4.1安装飞行器4.4.2飞行前准备4.4.3飞行操控4.4多旋翼无人机操控1.解锁云台扣

无人机起飞前要先解除云台锁扣。4.4.1安装飞行器2.安装螺旋桨

印有黑圈的螺旋桨安装到带有黑点的电机桨座印有银圈的螺旋桨安装到没有黑点的电机桨座4.4.1安装飞行器3.安装智能飞行电池

将电池推入电池仓，直到听到“咔”的一声，以确保电池卡紧在电池仓内。4.4.1安装飞行器4.准备遥控器

（1）展开遥控器上的移动设备支架或显示设备，并调整天线位置；（2）按下移动设备支架侧边的按键以伸展支架，放置移动设备，调整支架确保夹紧移动设备；（3）使用移动设备数据线将移动设备与遥控器USB接口连接。4.4.1安装飞行器5.无人机与遥控器部件说明

4.4.1安装飞行器5.无人机与遥控器部件说明

4.4.1安装飞行器4.4.1安装飞行器4.4.1安装飞行器1.飞行前检查（1）检查项目遥控器、智能飞行电池及移动设备是否是否电量充足云台卡扣是否已解除，摄像头及TOF模块保护玻璃片是否清洁螺旋桨是否正确安装确保已插入MircoSD卡电源开启后相机和云台是否正常工作开机后电机是否能正常启动

4.4.2飞行前准备1.飞行前检查（1）飞行环境要求恶劣天起下请勿飞行，如大风（5级及以上）、下雪、下雨、有雾天；，选择开阔、周围无高大建筑物的场所作为飞行场地（影响指南针工作站，遮挡GPS信号）；飞行时，请保持在视线内控制，远离障碍物、人群及水面；请勿在有高压线、通信基站或发射塔等区域飞行，以免遥控器收到干扰；在海拔6000m以上飞行，环境因素会导致飞行器电池及动力系统性能下降，影响飞行性能，需谨慎飞行。

4.4.2飞行前准备（3）禁飞区包括机场限制飞行区域及特殊飞行限制区域。

禁飞区：禁止飞行的区域限飞区：限制飞行高度的区域（飞行高度限制在120m以下）八边形禁飞区4.4.2飞行前准备4.4.2飞行前准备2.指南针校准

需要重新校准的情况：1.长时间未使用的无人机或长距离运输的无人机2.指南针数据异常，机尾LED飞行指示灯红黄交替闪烁3.飞行器机械结构有变化4.飞行时漂移比较严重，或者不能直线飞行4.4.2飞行前准备4.4.2飞行前准备1.飞行模式

P模式（定位）：也称GPS模式，适合新手，使用最频繁S模式（运动）：也称S模式，熟练飞手体验竞速A模式（姿态）：不用或不装GPS，考验飞手对于无人机的操控性手动模式：无人机所有动作都需要飞手遥控器控制，多为玩穿越机的老司机4.4.3飞行操控P模式（定位）GPS信号好时，利用GPS可精确定位GPS信号欠佳，光照条件满足视觉系统需求时，利用视觉系统定位GPS信号欠佳，光照条件不满足视觉系统需求时，飞行器不能精确悬停，仅提供姿态增稳，且不支持智能飞行。4.4.3飞行操控S模式（运动）使用GPS模块与下视视觉系统可实现精确悬停，该模式下飞行器感度值被适当提高，务必格外谨慎飞行。感度：物理输出与逻辑输出的关系，如俯仰设为70%，遥控打满杆（物理输出），飞控只发出70%的逻辑输出。4.4.3飞行操控A模式（姿态）不使用GPS模块与视觉系统进行定位，仅提供姿态增稳，若GPS卫星信号良好可实现返航姿态模式下，飞行容易受外界干扰，飞行器操控难度将大大增加。4.4.3飞行操控4.4.3飞行操控2.开关机

电池和遥控器的开关方式相同，短按1次电源键后，长按设备电源2s，即可实现开关机。无人机开启时，先开遥控器，后开飞行器；关闭时，先关飞行器，后关遥控器。4.4.3飞行操控（1）启动电机

执行掰杆动作可以启动电机，电机起转后，马上松开摇杆。4.4.3飞行操控电机停机方式

方法一：飞行器着地后，先将油门杆推至位置①，然后执行掰杆动作②，电机将立即停转，停转后松开摇杆。方法二：飞行器着地后，将油门杆推到最底的位置并保持，3s后电机停转。4.4.3飞行操控（2）空中停机

向内拨动左摇杆的同时按下“返航”按键。空中停机会导致飞行器坠毁，仅用于特殊情况需要紧急停止电机，以最大程度减少伤害。4.4.3飞行操控（3）操控飞行器

遥控操控方式分为：美国手、日本手、中国手目前以美国手最为流行，一般遥控器出厂默认美国手。A.一般操控动作美国手4.4.3飞行操控B.智能返航长按“智能返航”按键直至蜂鸣器发出“嘀嘀”音，激活智能返航。返航指示灯白灯长亮表示飞行器正在进入返航模式返航过程中，用户仍然可以通过遥控器控制飞机。。短按一次“智能返航”键，重新获得控制权。4.4.3飞行操控C.基础飞行把飞行器放置在平整开阔地面上，用户面朝机尾；开启遥控器和智能飞行电池；连接移动设备与Phantom4Pro/Pro+，选择“开始飞行”，进入相机界面；等待飞行器状态指示灯绿灯慢闪，进入可安全飞行状态。执行掰杆动作，启动电机；往上缓慢推动油门杆，让飞行器平稳起飞；需要下降时，缓慢下拉油门杆，使飞行器缓慢下降于平整地面；落地后，将油门杆拉到最低的位置并保持3s以上，直至电机停转。4.4.3飞行操控（4）遥控信号的最佳通道范围

操控飞行器时，务必是飞行器处于最佳通信范围内。4.4.3飞行操控4.4无人机航摄工作及操纵技巧一、无人机航摄工作流程

4.4无人机航摄工作及操纵技巧二、数码相机在低空摄影中的参数设定1.相关参数说明（1）摄影基线和旁向间距的计算（2）数码相机的焦距与航高（3）摄影比例尺与地面分辨率（4）数码相机的高程精度（5）数码相机检校4.4无人机航摄工作及操纵技巧二、数码相机在低空摄影中的参数设定2.相机参数设定（1）感光度（2）光圈（3）快门（4）景深4.4无人机航摄工作及操纵技巧二、数码相机在低空摄影中的参数设定3.影响相机参数设置的因素（1）光源（2）测光4.4无人机航摄工作及操纵技巧三、无人机操控技巧1.风速较快时的操控方式2.起飞滑跑时发生意外的应付3.操作失误时的应付（1）光源（2）测光三、飞行器操控4.2固定翼无人机操控2.开关机

P模式（定位）S模式（运动）A模式（姿态）3.7多旋翼无人机结构与飞行原理一、多旋翼无人机概述多旋翼无人机——由三个或三个以上旋翼共同构成的垂直起降型飞行器，也叫多轴飞行器。优点：构造精简，易于维护，操作简便，稳定性高，携带方便缺点：续航能力相对较弱，任务载荷小三轴四轴六轴八轴3.7多旋翼无人机结构与飞行原理二、多旋翼无人机系统的组成1.机架——飞行载体，使用高强度、重量轻的材料。机架顶部3.7多旋翼无人机结构与飞行原理二、多旋翼无人机系统的组成2.电机——提供动力，使由电动机主体和驱动器组成。3.7多旋翼无人机结构与飞行原理二、多旋翼无人机系统的组成4.电调——提供驱动电机的指令，控制电机完成规定的速度和动作。3.7多旋翼无人机结构与飞行原理二、多旋翼无人机系统的组成5.桨叶——将电机转动功率转为动力按材质一般可分为尼龙桨、碳纤维桨和木浆3.7多旋翼无人机结构与飞行原理二、多旋翼无人机系统的组成6.电池——将化学能转化为电能一般采用普通锂电池和智能锂电池3.7多旋翼无人机结构与飞行原理二、多旋翼无人机系统的组成7.遥控系统——无线控制终端，一般由遥控器和接收机组成。3.7多旋翼无人机结构与飞行原理二、多旋翼无人机系统的组成8.飞行控制系统——无高精度感应器元器件由陀螺仪、加速计、角速度计、气压计、GPS、指南针及控制电路组成。陀螺仪3.7多旋翼无人机结构与飞行原理三、多旋翼无人机飞行原理飞行原理：通过调节多个电机来改变螺旋桨转速，实现升力的变化，进而达到飞行姿态控制的目的。以四旋翼飞行器为例，电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转；这种旋转方式，可以平衡旋翼对机身的反扭矩；飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应全被抵消。3.7多旋翼无人机结构与飞行原理一般情况下，多旋翼飞行器可以通过调节不同电