无人机

概述

无人驾驶飞机简称“无人机”,英文缩写为“UAV”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机,或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。与载人飞机相比,它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点

应用

无人机按应用领域,可分为军用与民用。军用方面,无人机分为侦察机和靶机。民用方面,无人机+行业应用,是无人机真正的刚需;目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用,大大的拓展了无人机本身的用途,发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。

①应用领域:电力巡检工作

装配有高清数码摄像机和照相机以及GPS定位系统的无人机,可沿电网进行定位自主巡航,实时传送拍摄影像,监控人员可在电脑上同步收看与操控。采用传统的人工电力巡线方式,条件艰苦,效率低下。无人机实现了电子化、信息化、智能化巡检,提高了电力线路巡检的工作效率、应急抢险水平和供电可靠率。而在山洪暴发、地震灾害等紧急情况下,无人机可对线路的潜在危险,诸如塔基陷落等问题进行勘测与紧急排查,丝毫不受路面状况影响,既免去攀爬杆塔之苦,又能勘测到人眼的视觉死角,对于迅速恢复供电很有帮助。

②应用领域:农业保险

利用集成了高清数码相机、光谱分析仪、热红外传感器等装置的无人机在农田上飞行,准确测算投保地块的种植面积,所采集数据可用来评估农作物风险情况、保险费率,并能为受灾农田定损,此外,无人机的巡查还实现了对农作物的监测。推荐理由:自然灾害频发,面对颗粒无收的局面,农业保险有时候是农民们的一根救命稻草,却因理赔难,又让人多了一肚子苦水。无人机在农业保险领域的应用,一方面既可确保定损的准确性以及理赔的高效率,又能监测农作物的正常生长,帮助农户开展针对性的措施,以减少风险和损失。

③应用领域:环保

无人机在环保领域的应用,大致可分为三种类型。一:环境监测:观测空气、土壤、植被和水质状况,也可以实时快速跟踪和监测突发环境污染事件的发展;二,环境执法:环监部门利用搭载了采集与分析设备的无人机在特定区域巡航,监测企业工厂的废气与废水排放,寻找污染源;三,环境治理:利用携带了催化剂和气象探测设的柔翼无人机在空中进行喷撒,与无人机播撒农药的工作原理一样,在一定区域内消除雾霾。推荐理由:无人机开展航拍,持久性强,还可采用远红外夜拍等模式,实现全天候航监测,无人机执法又不受空间与地形限制。时效性强,机动性好,巡查范围广,尤其是在雾霾严重的京津冀地区,使得执法人员可及时排查到污染源,一定程度上减缓雾霾的污染程度。

④应用领域:影视剧拍摄

无人机搭载高清摄像机,在无线遥控的情况下,根据节目拍摄需求,在遥控操纵下从空中进行拍摄。推荐理由:无人机实现了高清实时传输,其距离可长达5公里,而标清传输距离则长达10公里;无人机灵活机动,低至一米,高至四五千米,可实现追车、升起和拉低、左右旋转,甚至贴着马肚子拍摄等,极大地降低了拍摄成本

⑤应用领域:街景

利用携带拍摄装置的无人机,开展大规模航拍,实现空中俯瞰的效果。推荐理由:谷歌和腾讯街景都“Out”了,那一辆辆的街景车一遍一遍地压马路,说不定哪天就把你我的正脸给拍进去了,但无人机就大不一样了,其拍摄的街景图片不仅有一种鸟瞰世界的视角,还带有些许艺术气息。别忘了,在常年云遮雾罩的地区,遥感卫星不够灵光的时候,无人机可要冲锋陷阵。

⑥应用领域:快递

无人机可实现鞋盒包装以下大小货物的配送,只需将收件人的GPS地址录入系统,无人机即可起飞前往。推荐理由:这早已不是天方夜谭,美国的亚马逊,中国的顺丰都在兴冲冲地忙着测试这项业务,而美国达美乐披萨店,已在英国成功地空运了首个披萨外卖。据悉,亚马逊宣称无人机会在30分钟内将货物送达1.6公里范围内的客户手中。据说顺丰研发无人机送货的目的,是为了解决偏远地区送货难的问题。无人机送快递,如果能不落到用户脑袋上的话,还算是个新颖的好点子,至少,在婚礼上用无人机来送戒指的话,还有点小惊喜。

⑦应用领域:灾后救援

利用搭载了高清拍摄装置的无人机对受灾地区进行航拍,提供一手的最新影像。无人机动作迅速,起飞至降落仅7分钟,就已完成了100,000平方千米的航拍,对于争分夺秒的灾后救援工作而言,意义非凡。此外,无人机保障了救援工作的安全,通过航拍的形式,避免了那些可能存在塌方的危险地带,将为合理分配救援力量、确定救灾重点区域、选择安全救援路线以及灾后重建选址等提供很有价值的参考。此外,无人机可实时全方位地实时监测受灾地区的情况,以防引发次生灾害。 其实,无人机又岂止有八大热门应用领域,十大二十大已然不止,还有诸如劲鹰无人机测绘方面的巨大优势。

⑧应用领域:遥感测绘

首先说遥感,就是遥远的感知,广义来说,就是你没有到目标区域去,利用遥控技术,进行当地情况的查询。狭义上讲,就是卫星图片及航飞图片。测绘遥感,就是利用遥感技术,在计算机上面进行计算并且能够达到测绘目的行为。


分类

国内外无人机相关技术飞速发展,无人机系统种类繁多、用途广特点鲜明,致使其在尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度,任务等多方面都有较大差异。由于无人机的多样性,出于不同的考量会有不同的分类方法:

1、按飞行平台构型分类,无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。

2、按用途分类,无人机可分为军用无人机和民用无人机。军用无人机可分为侦察无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机以及靶机等;民用无人机可分为巡查/监视无人机、农用无人机、气象无人机、勘探无人机以及测绘无人机等。

3、按尺度分类(民航法规),无人机可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机以及大型无人机。微型无人机是指空机质量小于等于7kg,轻型无人机质量大于7kg,但小于等于116kg的无人机,且全马力平飞中,校正空速小于100km/h(55nmile/h),升限小于3000m。小型无人机,是指空机质量小于等于5700kg的无人机,微型和轻型无人机除外。大型无人机,是指空机质量大于5700kg的无人机。

4、按活动半径分类,无人机可分为超近程无人机、近程无人机、短程无人机、中程无人机和远程无人机。超近程无人机活动半径在15km以内,近程无人机活动半径在15~50km之间,短程无人机活动半径在50~200km之间,中程无人机活动半径在200~800km之间,远程无人机活动半径大于800km。

5、按任务高度分类,无人机可以分为超低空无人机、低空无人机、中空无人机、高空无人机和超高空无人机。超低空无人机任务高度一般在0~loom之间,低空无人机任务高度一般在100~1000m之间,中空无人机任务高度一般在1000~7000m之间,高空无人机任务高度一般在7000~18000m之间,超高空无人机任务高度般大于18000m。


选型指南

1、遥控

目前遥控无人机的遥控,主要为三大种类:手机/平板遥控:目前愈来愈多无人机可用手机或平板,透过体感方式操作。相比起传统遥控器来说,它的好处是更小巧、更轻便、透过体感操作也更易上手;但它的坏处是不稳定的 WiFi 信号连线,导玫长距离飞行很容易断线(在市郊空旷环境,一般在 50-100 米左右就会断线);而且,它的操作虽然直观,但很难作出很精确的动作,换句话说是:易学难精。 传统遥控器操作:虽然愈来愈多无人机改用手机控制,但最正规的无人机仍然是以传统遥控器操控(部份遥控器可以与手机或平板配合使用)。相比手机来说,遥控器虽然比较笨重,也更难上手;但它的信号远较手机稳定,而且遥控距离比较远(一般遥控范围在在100 米或以上)。遥控器对于初学者比较难学,但当熟习后就更易进行复杂、精准的飞行动作。(上图) 手表、手环、语音控制等:近年开始有不少无人机生产商研发出各种新的遥控工具,但这些新技术目前还不够成熟,初学者尽可能避免这种遥控工具。

2、自稳

新款的高阶无人机都懂得“自稳”:当它起飞后即使你什么也不做,什么也不碰,它也会在同一高度、同一位置悬停,不会飘来飘去,你推摇杆它会动、你停手它就停下来。所以,即使你完全不懂怎样飞,也不怕飞丢了飞机,也有时间好整以暇的慢慢研究。不过,也并不是任何四轴飞行器都能自稳,你在挑选时必须满足以下条件:

1)在户外自稳,无人机必须要同时有 GPS 和气压计;

2)在室内自稳,无人机必须要同时有视觉定位和超声波定高;

3、图传

当无人机飞高、飞远后,它就变得很细小、甚至小得连肉眼都看不见。在这时候我们可能看不到无人机在什么位置、也不知它向什么方向在飞,届时我们就很难控制无人机的飞行路线。我们想知道无人机看到什么,让我们更容易操作,所以我们需要“实时影像传送”,简称“图传”,或有人称之为 FPV (First Person View)。

我们买无人机的时候,除了要注意它是否有图传,还要注意:图传距离。不少无人机厂商会标榜图传的最大距离,但实际上图传距离很容易受到干扰而严重缩短。以市郊空旷地区计算,一般以手机操作的无人机,图传距离多为 50-100 米左右,而传统遥控器操作的无人机,图传距离为 100-300 米左右,而高端的无人机,甚至可以远达 500米以上。购买无人机时,不可轻信厂商“最大距离”的宣传,最好能多了解一下产品的口碑。 图传画质:图传距离虽然重要,但图传画质一样重要:愈清晰的图传画质,就能让你更清楚的了解飞行的动态。目前,主流的无人机图传画质以 360-480p 为主,部份高级无人机亦有 720p 级别的高清图传画质。


维护保养

无人机维修是无人机维护修理的简称,指为使无人机保持和恢复到规定状态所进行的维护、修理和管理工作的统称,包括养护、修理、改装、大修、检查以及状态确定。

保持无人机处于规定状态的活动,通常称之为维护,有时也称之为保养,如润滑、检查、清洁、添加油料等。使处于故障、损坏或失调状态的无人机恢复到规定状态,所采取的措施称之为修理或修复,如调整、更换、原件修复等。大部分情况下,维护和修理不能决然分开,维护过程往往伴随必要的修理,修理过程必然伴随着维护,所以统称为维修。

维修作业主要划分为三大部分,保养、预防性维修和修复性维修。

(1)保养,是指为保持无人机固有设计性能而进行的表面清洗、擦拭、通风、添加油液或润滑剂、充气等工作。

(2)预防性维修,通过对无人机系统性检查、设备测试和更换以防止功能故障发生,使其保持在规定状态所进行的全部活动。它可以包括调整、润滑、定期检查等,主要用于其故障后果会危及安全和影响任务完成,或导致较大经济损失的产品。预防性维修的目的是降低产品失效的概率或防止功能退化。它按预定的时间间隔或按规定的准则实施维修,通常包括保养、操作人员监控、使用检查、功能检测、定时拆修和定时报废等维修工作类型。新设备研制初期,就应考虑预防性维修问题,提出减少和便于预防性维修的设计要求;应进行可靠的维修分析,应用逻辑判断的方法确定设备的预防性维修要求,制订设备预防性维修大纲,规定设备需要进行预防性维修的产品、工作类型、间隔期和进行维修工作的维修级别,确保以最少的维修资源消耗保持设备固有可靠性和安全性水平。

(3)修复性维修,无人机发生故障后,使其恢复到规定状态所进行的全部活动。它可以包括下述一个或全部步骤:故障定位、故障隔离、分解、更换、再装、调准及检测等维修工作类型。修复性维修是在操作人员和(或)维修人员发现异常或故障后,或产品的状态监控表明其技术已不能或接近不能正常工作时进行,其维修内容和时机不能事先做出确切安排,因而称非计划维修。


注意事项

●开机前的准备工作

1.选择飞行条件良好的场地:空旷无遮挡、无电线;周围没有手机基站、WIFI、高压电线、电子围栏等干扰。选取的地点提前在电脑卫星图上观察,并记下周边建筑物的大致高度和方位,做到心中有数,保证天线能实时对准飞机,且之间无遮挡。与此同时,也可将兴趣点提前确定,这样飞机升空后就能直奔兴趣点,增加效率。

2.飞精灵时,尽量在风力在4级或4级以下,并确定风向和天气。

3.开机前应先取下镜头盖、云台锁,并提前准备好手机,有条件应戴上挂带。

4.确认自动返航已开启,返航高度高于周边所有建筑物20m。

5.开机前确认①油门居中;②拨杆位于P模式(以P3S为例:S1拨杆拨到顶端)。

6.内存卡已插入且内存卡未满。

7.检查物品是否齐全:飞行器、遥控、电池、手机/平板、螺旋桨和一。

对替换桨(以下为选配:吊带、遮阳板)

●起飞前的准备工作

1.GPS情况良好(否则无法实现P模式)。

2.指南针是否受干扰,是否已经校准。周围有变压器、大型金属物等物体均会干扰指南针的稳定。

3.旋紧螺旋桨(但不必过度旋紧),并确认是否上紧。由于是自紧桨,电机旋转会继续把桨旋紧。

4.电池、遥控器、手机电量是否充足。

5.机身电机座和起落架有无开裂迹象。

6.电机内部有无明显杂物,如有则应及时清除。

7.螺旋桨表面有无明显损坏,螺丝表面有无滑丝现象。

8.云台是否居中,云台自稳系统是否正常工作。

9.夜航前必须打开前臂灯,如有条件可带上一个手电,在降落时照射地面,方便飞行器确认降落地点。

10.开机顺序:先开启遥控器电源,再开启飞行器电源。

●升空的注意事项

1.起飞后让飞机在5M处悬停一会,再进行上升、下降、前后左右平移、左右自转等动作,观察姿态是否稳定。

2.遥控的天线与飞机的脚架保持平行,且天线和飞机之间没有任何遮挡。

3.如果可以,应尽量避免飞行器出现在人群正上方。

●降落的注意事项

1.如果场地允许,配合Z字形下降路线(大疆已对精灵3的下降速度做了限制,所以,不走Z字也可以)。

2.降落前疏散围观人群(最好的方法是在一个偏僻的地方独自飞行)。

●意外的处理或避免

1.丢失图传信号:丢失图传信号马上停下一切操作,冷静思考,因为此时飞行器会自动悬停,不会引发事故,而错误的操作才是事故的根源。可采取以下任一操作:①马上开启自动返航;②在空中寻找飞机的踪迹,并目视飞回;③若目视无法找到飞机的踪迹,则回忆最后的机头朝向,根据印象飞回;④开启智能飞行中的“返航点锁定”模式,直接向后拨杆飞回。

2.失控:由于失控后飞机本身可自动返航,最稳妥的做法应是在原地等候。但如果周围有同伴且返航高度不够保险(有可能撞上周围障碍物),可留下一人等候,另一人拿着控制器前往失控的地点。

3.操控不当撞上障碍物:可为飞机安装防撞环。

4.避免射桨:①飞行前检查螺旋桨和电机的螺丝表面有无滑丝现象,并且螺旋桨表面有无损坏或裂纹;②起飞前适度旋紧螺旋桨(太用力可能滑丝)。


故障排除

一、无人机主桨是松的

这不属于无人机故障,因为螺旋桨是靠离心力展开的,飞机旋桨出厂安装就是正确的,如果人为紧固,反而会造成偏心引起剧烈的震动。加油门的时候飞机会侧偏和后退。可能是由于自身的桨叶受到涡流的影响而变得不稳定,提速的时候快一点就可以解决,这也不属于无人机故障。

二、无人机出现GPS长时间无法定位的情况

首先,冷静下来等待,因为GPS冷启动需要时间。如果等待几分钟后情况依旧没有好转,可能是因为GPS天线被屏蔽,GPS被附近的电磁场干扰,你需要把屏蔽物移除,远离干扰源,放置到空旷的地域,看是否好转。另外造成这种情况的原因也可能是GPS长时间不通电,当地与上次GPS定位的点距离太长,或者是在飞机定位前打开了微波电源开关。你尝试关闭微波电源开关,关闭系统电源,间隔5秒钟以上重新启动系统电源等待定位。如果此时还不定位,可能是GPS自身性能出现问题,你就需要拿去给专业的无人机维修人员处理。

三、无人机控制电源打开后,地面站收不到来自无人机的数据

检查是否连线接头松动了或者没有连接,是否点击地面站的链接按钮、串口是否设置正确、串口波特率是否设置正确、地面站与飞机的数传频道是否设置一致、飞机上的GPS数据是否送入飞控,其中只要有一个环节出问题就无法通讯,检查无误后重新连接。如果检查无误后还是连接不上,重新启动地面站电脑和飞机系统电源,一般都可以连上通讯。

四、飞机在自动飞行时偏离航线太远

检查飞机是否调平,调整飞机到无人干预下能直飞和保持高度飞行。其次,检查风向及风力,因为大风也会造成此类故障,应选择在风小的时候起飞无人机。再者,检查平衡仪是否放置在合适的位置,把飞机切换到手动飞行状态,把平衡仪打到合适的位置。

五、舵机老发出吱吱的来回定位调整响声

有的舵机无滞环调节功能,控制死区范围调得小,只要输入信号和反馈信号老是波动,它们的差值超出控制死区,舵机就发出信号驱动电机。另外,没有滞环调节功能,如果舵机齿轮组机械精度差,齿虚位大,带动反馈电位器的旋转步,步范围就已超出控制死区范围,那舵机必将调整不停。

无人机属于精密器械,任何部件的微小变动都会影响其飞行状态和使用寿命。因此,我在处理无人机故障时都十分小心谨慎,也劝各位飞友以科学严谨的态度处理无人机故障,不要随意改动无人机以免适得其反。


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