[科普中國]-航拍

航拍又稱空拍、空中攝影或航空攝影，是指從空中拍攝地球地貌，獲得俯視圖，此圖即為空照?qǐng)D。航拍的攝像機(jī)可以由攝影師控制，也可以自動(dòng)拍攝或遠(yuǎn)程控制。航拍所用的平臺(tái)包括飛機(jī)、直升機(jī)、熱氣球、小型飛船、火箭、風(fēng)箏、降落傘等。為了讓航拍照片穩(wěn)定，有的時(shí)候會(huì)使用如Spacecam等高級(jí)攝影設(shè)備，它利用三軸陀螺儀穩(wěn)定功能，提供高質(zhì)量的穩(wěn)定畫面，甚至在長(zhǎng)焦距鏡頭下也非常穩(wěn)定。

航拍圖能夠清晰的表現(xiàn)地理形態(tài)，因此除了作為攝影藝術(shù)的一環(huán)之外，也被運(yùn)用于軍事、交通建設(shè)、水利工程、生態(tài)研究、城市規(guī)劃等方面。2010年代之后，由于多軸遙控飛行器的普及，有不少業(yè)余玩家進(jìn)行航拍活動(dòng)。

歷史納達(dá)爾是首位實(shí)現(xiàn)航拍的攝影師和氣球駕駛者，他于1858年在法國巴黎上空拍攝。航拍的軍事用途于第一次世界大戰(zhàn)期間由飛行員得到了發(fā)展，新沙佩勒戰(zhàn)役是其中著名的戰(zhàn)役之一。

用途地理學(xué)研究

救難

特工監(jiān)視活動(dòng)

警方追蹤疑犯

電視臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)直播盛事

遙控飛機(jī)娛樂

挑戰(zhàn)空中攝影的挑戰(zhàn)包括：

透視矯正－空中拍攝的照片，往往采取某一定角度拍照。這意味著，角度不正確的照片將與附近的物體大于遠(yuǎn)的物體。透視矯正扭曲的形象，以便在同等大小的物體的真實(shí)世界有同等大小的照片，見正射影像。

注冊(cè)－空中拍攝的照片通常映射到現(xiàn)實(shí)世界中的物體（例如街道、建筑物等），航空照片可以轉(zhuǎn)換成一系列線的道路上載的照片。

拼接－創(chuàng)建一個(gè)大面積的航空照片拼接這些照片，使他們形成一個(gè)單一的大型照片，此過程將創(chuàng)建“天衣無縫”的圖像。

著名的航空攝影師Nadar （1820–1910）

Eduard Spelterini（1852–1931）

O. G. S. Crawford （1886–1957）

Walter Mittelholzer （1894–1937）

Ladislaus Almásy （1895–1951）

亞恩·阿蒂斯－貝特朗（Yann Arthus-Bertrand，1946）

Antoine de Saint-Exupéry （1900–1944）

Roger Henrard （1900–1975）

Boris Carmi （1914–2002）

Roger Agache(* 1926)

Georg Gerster （1928）

Irwin Scollar （1928）

Otto Braasch （1936）

Gerhard Launer （1949）

喬治?史坦梅茲（1957）

橫山松三郎：日本軍人，于1878年在日本首次使用氣球進(jìn)行空中攝影。

德川好敏：日本軍人，于1911年在日本首次使用飛機(jī)進(jìn)行空中攝影）。

齊柏林：導(dǎo)演，執(zhí)導(dǎo)臺(tái)灣首部空拍影像制作的電影《看見臺(tái)灣》。

陳敏明：辦有多場(chǎng)攝影展覽并出版多本空拍書籍。

以航拍方式拍攝的紀(jì)錄片鳥瞰新重慶

鳥瞰中國

看見臺(tái)灣

航拍中國

硬件傳感器1、AD公司的MEMS角速率傳感器ADXRS150或者ADXRS300,價(jià)格一樣，量程分別為150和300度/秒，國際上流行的小型飛控的首選陀螺，其精度能滿足小型無人機(jī)的飛行控制。數(shù)量上需要3個(gè)，分別對(duì)應(yīng)3軸

2、AD公司的MEMS加速度傳感器ADXL202或者ADXL210，價(jià)格也一樣，量程分別為+－2g和+－10g，也是小型飛控的首選。數(shù)量需要2個(gè)，每個(gè)2軸，總共4軸，但是有一軸是重復(fù)的

3、氣壓高度傳感器和氣壓空速傳感器。兩個(gè)傳感器雖然都是氣壓傳感器，但是量程是有所區(qū)別的，作為高度傳感器的量程通常選用：15kpa~115Kpa。空速傳感器是差壓傳感器，其量程通常選用0～4Kpa，從而獲得比較高的分辨率。

4、如果要控制直升機(jī)、旋翼機(jī)等能懸停的飛機(jī)，還需要磁傳感器以獲取懸?；蛘叩退龠\(yùn)動(dòng)時(shí)的機(jī)頭指向，固定翼飛機(jī)有一定飛行速度，這個(gè)傳感器不是必須的。

5、如果要做自動(dòng)降落功能，還必須有超聲波傳感器等測(cè)量對(duì)地高度的傳感器。因?yàn)闅鈮焊叨葌鞲衅鞲鷼鈮簣?chǎng)有關(guān)系，所以經(jīng)過一段時(shí)間氣壓場(chǎng)變化后，絕對(duì)高度將會(huì)不再準(zhǔn)確，因此飛機(jī)在自動(dòng)滑跑降落時(shí)必須在離地0.5米至1米的平飄需要測(cè)量相對(duì)地面高度的傳感器來完成。

飛行裝備航拍利用的無人機(jī)航拍飛控是一個(gè)集單片機(jī)技術(shù)、航拍傳感器技術(shù)、GPS導(dǎo)航航拍技術(shù)、通訊航拍服務(wù)技術(shù)、飛行控制技術(shù)、任務(wù)控制技術(shù)、編程技術(shù)等多技術(shù)并依托于硬件的高科技產(chǎn)物，因此要能設(shè)計(jì)好一個(gè)飛控，缺少上面所述的任何一項(xiàng)技術(shù)都是不可能的，越多的飛行經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)?zāi)転樵O(shè)計(jì)初期提供很多避免出現(xiàn)問題的方法，使得試飛進(jìn)展能夠更順利，要知道飛控的調(diào)試主要就是試飛，不比別的自控產(chǎn)品，試飛是高風(fēng)險(xiǎn)的，一旦墜機(jī)，硬件損壞，連事故原因都很難分析，就更難解決問題了。這也是成熟的、可靠的飛控很少的原因。

軟件軟件包括飛控內(nèi)部的軟件和地面站的軟件。

飛控內(nèi)部軟件是飛控的靈魂，如果只有硬件只是電子垃圾。

一談到軟件很多朋友就是討論使用ucos、linux等等的操作系統(tǒng)。其實(shí)作為飛行控制這種實(shí)時(shí)性要求很強(qiáng)的控制系統(tǒng)，不一定要采用操作系統(tǒng)。使用操作系統(tǒng)對(duì)硬件和時(shí)序的控制能力降低，CPU的有效使用率降低，對(duì)內(nèi)存的需求增加。在UP10和UP20中都沒有采用操作系統(tǒng)。

UP10完成了傳感器數(shù)據(jù)采集，GPS信息獲取，接收機(jī)信號(hào)獲取，舵機(jī)控制，與地面站通訊，飛行控制率計(jì)算，導(dǎo)航控制，任務(wù)控制等所有功能。其中舵機(jī)控制和接收機(jī)信號(hào)獲取擁有最高的優(yōu)先級(jí)，與地面站的通訊優(yōu)先級(jí)最低，合理處理CPU的優(yōu)先級(jí)問題能夠避免CPU控制時(shí)序的混亂和相互的干涉問題。

通訊程序在編制與地面站的通訊程序部分，一定要考慮到無線通訊的誤碼率問題，所有上下行數(shù)據(jù)必須都要加以校驗(yàn)，特別是飛行航點(diǎn)數(shù)據(jù)這些重要數(shù)據(jù)要反復(fù)校驗(yàn)，一旦錯(cuò)誤將會(huì)將飛機(jī)導(dǎo)航到不可知的方向。1

導(dǎo)航邏輯一定要嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)于可能出現(xiàn)的一些問題要提前考慮到。

對(duì)于可能出現(xiàn)的GPS丟星，發(fā)動(dòng)機(jī)停車，飛機(jī)機(jī)體解體，遙控失靈等問題要考慮補(bǔ)救措施。

舵機(jī)的反舵設(shè)置，不同布局的混控設(shè)置等最好在飛控中都能實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于地面站軟件，要考慮到方便、實(shí)用、可靠，美觀是其次的。其實(shí)要設(shè)計(jì)一個(gè)好的地面站也是需要經(jīng)驗(yàn)來支持的。

其它這個(gè)地面站軟件應(yīng)該考慮到如下功能：

地面站軟件集成化

可以支持多種地圖：電子地圖，掃描配準(zhǔn)地圖，自定義地圖

飛行儀表（空速，地平儀，高度，轉(zhuǎn)速，羅盤，升降率）

傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

飛行中實(shí)時(shí)PID調(diào)節(jié)：地面站實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行數(shù)據(jù)，并動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)曲線，實(shí)時(shí)修改PID增益參數(shù)

飛行中可以設(shè)定目標(biāo)航點(diǎn)

可以實(shí)時(shí)操作任務(wù)舵機(jī)位置，操作和顯示任務(wù)IO口

可使用地面站遠(yuǎn)程控制飛機(jī)飛行

圖形化方便靈活的航點(diǎn)編輯方式（包括制式航線）：可以直接在地圖上使用鼠標(biāo)增加、刪除航點(diǎn)，可以直接拖動(dòng)編輯所選擇的批量航點(diǎn)，可以手動(dòng)修改航點(diǎn)數(shù)據(jù)。支持單點(diǎn)和所有航點(diǎn)上傳和下載。

調(diào)整舵機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和中立值

記錄遙測(cè)數(shù)據(jù)

顯示飛機(jī)的飛行軌跡和姿態(tài)

危險(xiǎn)告警(電壓、溫度、GPS狀況、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、高度、爬升率等)

回放飛行數(shù)據(jù)

數(shù)傳電臺(tái)的選擇不要一味的追求發(fā)射功率，可以通過好的增益天線來獲得遠(yuǎn)距離的傳輸，飛機(jī)上數(shù)傳的安裝要避免對(duì)舵機(jī)、遙控接收機(jī)、飛控內(nèi)部的傳感器造成干擾。

試飛前的準(zhǔn)備工作要做充分，遙自控切換要切實(shí)可靠（調(diào)試初期出現(xiàn)任何問題要能及時(shí)切換到遙控狀態(tài)），準(zhǔn)備好試飛計(jì)劃，做好飛行前檢查，做好飛行后總結(jié)，由簡(jiǎn)到難，逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

另見航空考古學(xué)

航拍攝影師分類

空中園林藝術(shù)

機(jī)載實(shí)時(shí)提示高光譜增強(qiáng)偵察

Douglas Douglas-Hamilton, 14th Duke of Hamilton1932年照片飛越珠穆朗瑪峰

Fairchild K-20早期航空相機(jī)

風(fēng)箏空中攝影

國家古跡記錄公共檔案遺產(chǎn)，擁有英格蘭最多的航拍資料

Astrocam

Oraclemodel photographic rocket

Pictometry

遙感

衛(wèi)星圖像

無人飛行載具

ViewGL

Neuve Chapelle戰(zhàn)役

美國聯(lián)邦航空條例

大疆創(chuàng)新

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所