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行业解决方案

禾文航拍解决方案

发布时间:2019-08-15 16:26 阅读次数:
 
1、行业背景
以往,航拍素材需要雇佣载人航空器来进行拍摄。而载人航空器虽然具备续航时间长、有效载荷大等优势,但其单次起落价格昂贵且需专门申请空域,不适合民间团队使用,同时由于机动性的限制,载人直升机很难拍出灵动的画面。而更现实的问题在于——载人航空器的飞行风险相对较高,尤其是某些特定镜头的拍摄常常需要航空器在并不适合飞行的高度或以较危险的方式进行作业(图1)。这就对航拍作业所使用的飞行平台提出了要求,即:
1. 成本低
2. 空域申请方便
3. 安全系数高
4. 可搭载多种载荷
载人直升机在危险高度进行航拍作业
图1 载人直升机在危险高度进行航拍作业。
2、无人机航拍的优势
快捷方便:以III类多旋翼无人机为例,其起飞质量为15~25Kg,重量较轻且便于随车/船等载具携行。一台预先调试好的无人机可在到达现场后5分钟内完成起飞准备。
成本低廉:以DJI Inspire2+ZenmuseX7为例,影视级航拍价格低于30000元/日,相对于载人航空器动辄以十万计的价格凸显价格优势。
机动性强:多旋翼无人机的升力由螺旋桨转速决定,在进行作动时,多个电机同时进行加/减速,使得动作速度相较其他类型的无人机有了大幅提升。
条件需求低:载人航空器升空降落一般都需要较大的起降场地,而无人机只需要一块50~100cm见方的区域即可起飞降落(停机坪大小不固定,根据具体无人机型号而定)。在极端环境下,部分具有保护装置的无人机甚至可以使用双手进行放飞或回收。(图2)
操作简单:载人航空器需要专业的人员在经过长时间带飞、单飞后才可以驾驭,而无人机由于使用了飞行控制系统,绝大多数操作均由飞控自动进行,故不需要过长时间的学习和训练即可操作,且飞行过程中,航拍作业人员可将更多精力放在画面上。
小型无人机停机坪即可满足无人机起飞需要
图2:小型无人机停机坪即可满足无人机起飞需要
 
3、无人机航拍仍存在不足
① 图像稳定性差:众所周知,无人机在飞行过程中会由于气流、飞控姿态补偿作动和电机、螺旋桨的正弦振动等各方面原因产生晃动和震动。为了保证图像清晰度,航拍无人机一般都搭载了自稳云台和减震系统对相机进行增温和减震。而当前市面上的大多数增稳云台的控制系统均为BaseCAM及其二次开发产品进行控制,该控制系统控制精度较低,云台电机响应速度较慢,难以满足专业航拍的需求。而常见无人机的减震系统均采用单一类型的减震球组进行减震,无法消除自激振动。
② 航线追踪性能差:目前,大多数常见的无人机飞行控制系统均由开源的PX4进行二次开发而来,配合Mission Planner进行地面站控制,而由于采用的是原始的GPS定位方式,故该类型系统的定位精度较低,常常会出现找点困难、转弯过大或过小以及航线飞行过程中偏航的情况,严重影响无人机作业效率和飞行安全。
③ 智能化程度偏低:以往的无人机从购买、加工部件到装配再到调试和飞行以及飞行中的各种情况的处理均需飞行人员或飞行团队解决,诸多情况下,飞行人员在航拍作业过程中,不仅要将注意力放在拍摄上,还要时刻为了飞机的状态提心吊胆,如此一来,一心二用的情况下拍摄质量大打折扣。
④ 不支持多种载荷:增稳云台使用多个伺服电机驱动来达到稳定效果,而伺服电机的扭力输出由姿态算法控制,如此一来就需要尽量降低电机额外负载使电机处于最佳工况。而这一切都需要预先确定加装相机后的整体重心在合适的位置。所以现在的云台均需搭载专用相机和镜头,这就造成了航拍作业人员无法通过更换设备来快速适应不同的拍摄环境和拍摄需要。
 
4、禾文航拍设备解决方案:
针对上述问题,我公司与深圳市大疆创新科技有限公司(DJI)进行了通力合作,共同制定了针对不同作业领域的多种无人机及机载载荷解决方案。
下文仅航拍无人机及机载载荷进行阐述。
①:图像稳定性:DJI基于Zenmuse内核,开发了多种机载载荷,配合专用的GCU(Gimble Control Unit)模块与飞行控制系统数据进行联动处理,使得云台响应速度达到了前所未有的高度。无人机的减震系统与云台相机的光学/电子防抖系统使得震动被降至最低,有效消除果冻效应。而定制的步进伺服电机和专用驱动程序更可将角抖动量限制在±0.01°,进一步提升图像稳定性(图3)。
Zenmuse X5S机载云台
图3
Zenmuse X5S机载云台
②:航线追踪性能:DJI基于载波相位差分技术,开发了D-RTK GNSS(图4)高精度定位系统和D-RTK 2高精度GNSS移动站(图5),通过地面基站和卫星定位对无人机位置进行厘米级定位。结合最新的GS-Pro地面站软件进行精准航线规划。从根本上解决了无人机航线飞行的诸多问题。
D-RTK GNSS定位系统
 
图4 
D-RTK GNSS定位系统
 
D-RTK 2高精度GNSS移动站
图5
D-RTK 2高精度GNSS移动站
③ 智能化程度:DJI基于先进的程序控制技术,使用CAN总线技术将无人机所有的机载设备相互连接,各模块数据互通。使得无人机可以自行根据当前所处位置的环境以及自身各模块工况进行各种调整,让绝大多数操作自动进行,让飞行人员可以把几乎全部的注意力都集中在拍摄作业上(图6)。
 
目前智能化程度最高的无人机——Matrice M200/210
图6
目前智能化程度最高的无人机——Matrice M200/210
④ 多种载荷兼容性:DJI基于地面云台——Ronin的Fast Track技术开发了专门用于无人机的Ronin云台——Ronin MX(图7),该云台兼容绝大多数市面上主流的拍摄设备,大到RED ONE和ARRI MINI,小到NEX-5N和A7均可使用,而且根据使用镜头的不同,用户可通过调整云台滑轨对云台载荷重心进行快速校正。避免了换镜头就要换飞机的尴尬局面。而基于Zenmuse内核开发的ZenmuseA7云台(图8)更可通过直接更换兼容DJI-DL卡口的镜头以提高拍摄适应性和拍摄质量。
 
 
Ronin MX机载/地面两用云台
图7 Ronin MX机载/地面两用云台
Zenmuse X7机载云台
图8
 
 
5、禾文航拍作业解决方案
在航拍作业时,公司团队遵循“到场即飞,拍摄可视,安全有序,保证质量”的原则。
① 到场即飞:我公司团队使用DJI定制机型进行航拍作业,作业前需要的准备时间小于3分钟,可以随时随地快速做好作业准备。
② 拍摄可视:我公司免费为客户提供拍摄画面实时监控,客户可随时通过地面监视器监控航拍画面并可随时指示飞行人员进行拍摄。飞行人员严格按照客户提出的要求进行飞行。
③ 安全有序:从起飞到拍摄再到降落都严格按照中国民用航空局颁布的《轻小型无人机运行规定》进行。做好现场秩序维护,防止由无人机飞行造成的各类事故的发生。
④ 保证质量:素材均严格按照客户要求的格式和分辨率进行拍摄并妥善存储(SSD存储介质)。