民用多旋翼航拍无人机飞行的设计初稿(4)(2)

前言

多旋翼无人机发展历程

20世纪40年代，二战中无人靶机用于训练防空炮手。

1945年，第二次世界大战之後将多於或者是退役的飞机改装成为特殊研究或者是靶机，成为近代无人机使用趋势的先河。随著电子技术的进步，无人机在担任侦查任务的角色上开始展露他的弹性与重要性。 20世纪55年到74年的越南战争，海湾战争乃至北约空袭南斯拉夫的过程中，无人机都被频繁地用于执行军事任务。

1982年以色列航空工业公司(IAI)首创以无人机担任其他角色的军事任务。在加利利和平行动（黎巴嫩战争）时期，侦察者无人机无人机系统曾经在以色列陆军和以色列空军的服役中担任重要战斗角色。 以色列国防军主要用无人机进行侦察兵，情报收集，跟踪和通讯。

1991年的沙漠风暴作战当中，美军曾经发射专门设计欺骗雷达系统的小型无人机作为诱饵，这种诱饵也成为其他国家效彷的对象。

1996年3月，美国国家航空航天局研制出两架试验机：X－36试验型无尾无人战斗机。该机长5.7米，重88公斤，其大小相当于普通战斗机的28%。该机使用的分列式副翼和转向推力系统比常规战斗机更具有灵活性。水平垂直的机尾既减轻了重量和拉力，也缩小了雷达反射截面。无人驾驶战斗机将执行的理想任务是压制敌防空、遮断、战斗损失评估、战区导弹防御以及超高空攻击，特别适合在政治敏感区执行任务。

20世纪晚期之前， 他们不过是比全尺寸的遥控飞机小一些而已。美国军方在这类飞行器上的兴趣不断增长，因为他们提供了成本低廉，极富任务弹性的战斗机器，这些战斗机器可以被使用而不存在机组人员死亡的风险。

20世纪90年代，海湾战争后，无人机开始飞速发展和广泛运用。美国军队曾经购买和自制先锋无人机在对伊拉克的第二次和第三次 海湾战争中作为可靠的系统。

20世纪90年代后，西方国家充分认识到无人机在战争中的作用，竞相把高新技术应用到无人机的研制与发展上：新翼型和轻型材料大大增加了无人机的续航时间；采用先进的信号处理与通信技术提高了无人机的图像传递速度和数字化传输速度；先进的自动驾驶仪使无人机不再需要陆基电视屏幕领航，而是按程序飞往盘旋点，改变高度和飞往下一个目标。

1.航拍无人机发展历程

1858

年法国人纳达尔乘坐气球，从白米外的高空纵情一跃，历史上第一张

航拍照片诞生了，一个半世纪后，纳达尔14次捧起大满贯奖杯，成为了横跨两个完全不同领域并获得卓越成绩的历史第一人。当然这是一个玩笑，此纳达尔非彼纳达尔，虽然没有网球名将如此高的知名度，百度上搜索也不会出现他的名字，但作为法国著名摄影师，他用极具想象力的手法以及勇气开启了航拍领域的一扇大门。

中国本土最早的航拍，严格意义上说和我们自己并无多大关系。1900年八国联军来到北京，法国远征军的上尉为了见证这个事件，命令侦查部队的热气球在北京、天津两地进行拍摄，留下了中国历史上已知最早的航拍作品。

从很多资料中都可以看到，早期的航拍与热气球有着不解之缘。哪怕飞机诞生后，主要的拍载具依然是热气球，这其中很大一部分原因在于热气球相对较低的成本。航拍的历史并不长，查资料时都没有那种厚重的沧桑感，但就是在这短短一个半世纪，航拍以令人瞠目结舌的速度演变着，那么1858年之后究竟发生了哪些事，加快了无人机的脚步呢？

一战和二战。战争总促使科技迅猛发展，无人机也不例外。1916年9月12日，第一架无线电操纵的无人驾驶飞机在美国试飞。当时无人机结构简单，而且造价低廉，最重要的是能完成有人驾驶飞机不宜执行的多种任务比如：作为靶机、侦察监视、骗敌诱饵等等。热气球被广泛使用是因为成本，但战争年代，人成为了最高的成本，所以当第一架无人机诞生后各个国家都坐不住了。

实际上无人机的诞生可以追溯到1914年，英国的卡德尔和皮切尔两位将军向英国军事航空学会提出了一个有趣的想法：做一架不需要驾驶员但能飞到敌人领空进行作战的飞机。这么酷炫的想法当然得到了支持，虽然几次试验均以失败告终，但积累的经验成为后人宝贵的财富。

航拍+无人机=无人航拍机，如果说整个发展进程用100天来表示，前1-99天是无人机和航拍融合发展的过程，剩下那短暂的1完成了无人航拍的巨变，航拍在极短时间内由军事、气象监测这些高大上的领域下架到民用领域，而最先吃到甜头的就是电影行业。

早期由于无人航拍机的载重有限，无法搭载专业的电影摄像机，而飞机上自带的摄像机无法满足大荧幕的需求，好莱坞剧组依然会使用直升机作为航拍载具。可喜的是这样的弯路并没有走太久，市场变大使得无人机公司赚的盆满钵盈，更加出色的无人航拍机投入使用。

最开始无人航拍机真的就是飞机的样子，而且操作复杂需要高价聘请专人操作。但后来“飞机”演变成了“飞行器”，多轴螺旋桨加上陀螺仪稳定器，让RED、ARRI这样的大家伙也过把坐飞机的瘾。至此，航拍的成本有了质的变化，不止好莱坞，就是国内一些工作室拍微电影都要玩一玩航拍了。 不过航拍在电影中的地位还没达到举足轻重的地步，更多只是在营造画面冲击力时的点缀。从手法看，航拍可以完成推、拉、摇、移等镜头的拍摄，这些镜头在剧组中通常会借用滑轨以及摇臂等设备，那无人航拍机有朝一日能否成为这些设备的替代品，传统观念中，航拍器飞在高高的空中，能够拍出震撼的大场面。不为人知的是航拍器的极限贴地距离很低，只要操作航拍器的人技术靠谱，完成大部分跟拍镜头是不成问题的。试验中我们只是选择了一架中端无人航拍器，跟拍的速度也很慢，就可以达到不错的效果了。

2、无人机航拍特点及应用范围

无人机航拍影像具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点。特别

适合获取带状地区航拍影像（公路、铁路、河流、水库、海岸线等）。且无人驾驶飞机为航拍摄影提供了操作方便，易于转场的遥感平台。起飞降落受场地限制较小，在操场、公路或其它较开阔的地面均可起降，其稳定性、安全性好，转场等非常容易。 多用途、多功能的影像系统是获取遥感信息的重要手段。遥感航拍使用的摄影、摄像器材主要是经过改装的120照相机，拍摄黑白、彩色的负片及反转片。也可使用小型数字摄像机或视频无线传输技术进行彩色摄制。小型轻便、低噪节能、高效机动、影像清晰、轻型化、小型化、智能化更是无人机航拍的突出特点。

无人机航拍摄影技术以低速无人驾驶飞机为空中遥感平台，用彩色、黑白、红外、摄像技术拍摄空中影像数据；并用计算机对图像信息加工处理。全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了遥感、遥控、遥测技术与计算机技术的新型应用技术。

无人机航拍摄影技术可广泛应用于国家生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测与估产、农业作业、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、森林病虫害防护与监测、公共安全、国防事业、数字地球以及广告摄影等领域，有着广阔的市场需求。

3、航拍无人机种类及特点

按照不同平台构型来分类，航拍无人机可主要有固定翼无人机、无人直升

机和多旋翼无人机三大平台，其它小种类无人机平台还包括伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等。固定翼无人机是军用和多数民用无人机的主流平台，最大特点是飞行速度较快；无人直升机是灵活性最强的无人机平台，可以原地垂直起飞和悬停；多旋翼（多轴）无人机是消费级和部分民用用途的首选平台，灵活性介于固定翼和直升机中间（起降需要推力），但操纵简单、成本较低。其中多旋翼无人机目前应用于航拍领域最多。

4、多旋翼航拍无人机构造

典型的小型多旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电

机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PWM编码板）组成。航拍多旋翼为了达到航拍的功能还会增加其他的一下附属部件，一般有GPS定位模块、三轴或多轴增稳云台、地面站控制台、数字图像传输模块、降落伞模块、自动起落脚架、低电压报警模块。部分高标准的专业航拍无人机还会配备超声波定高模块、光流声呐探测模块、红外热感应成像系统等一些高级应用模块来协助作业。

5、航拍无人机发展瓶颈

无人机航拍现在已经进入到一个瓶颈了，无人机航拍主要的是3个部分 一

个是机体本身，需要一个稳定，合适的平台，这样拍出来的照片成片率才高，二是一个合适的相机，毕竟现在大家航拍的用得多的还是佳能的，这个就不是我们能控制的了，但是目前技术仍然能满足需求，相机的发展越高，那么相应的清晰度就越高。第三需要一个良好的飞行控制系统，有个飞控才能更好的规划航线和飞出所需要的航拍区域。

6、航拍无人机发展趋势

随着中国改革开放的逐步深入，经济建设迅猛发展，各地区的地貌发生巨大

变迁。现有的航空遥感技术手段已无法适应经济发展的需要。新的遥感技术为日益发展的经济建设和文化事业服务。以无人驾驶飞机为空中遥感平台的技术，正是适应这一需要而发展起来的一项新型应用性技术，能够较好地满足现阶段我国对航空遥感业务的需求，对陈旧的地理资料进行更新。 随着我国经济和文化建设的发展，不少古建筑、考古现场等发现、田野考古探索、城乡的地貌发生巨大变化。一些版图反映不出新的面貌。

目前使用资料较为陈旧。常规的成图周期，已不能满足需要。我们利用遥感航拍

技术更新的地理资料对地区的经济建设起到了积极的促进作用。

为适应城镇发展的总体需求，提供综合地理、资源信息。正确、完整的信息资料是科学决策的基础。各地区、各部门在综合规划、田野考古、国土整治监控、农田水利建设、基础设施建设、厂矿建设、居民小区建设、环保和生态建设等方面，无不需要最新、最完整的地形地物资料，已成为各级政府部门和新建开发区急待解决的问题。我们用遥感航拍技术准确地反映出。地区新发现的古迹、新建的街道、大桥、机场、车站以及土地、资源利用情况的综合信息。遥感航拍技术是各种先进手段优化组合的新型应用技术。

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