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在正式开始航拍前，我们有必要了解一些有关无人机的基础知识和飞行安全常识，以保障航拍工作的顺利进行。
知识目标
● 掌握航拍无人机的基本组成及操控。
● 知道无人机飞行安全要求。
● 了解无人机飞行时的具体风险控制。
素养目标
● 培养学生遵章守纪的思想意识。
● 培养学生对比分析问题并阐述观点的能力。
● 培养学生爱国主义情怀，自主创新意识。
1.航拍无人机一般由哪些系统组成？
2.使用航拍无人机时，都有什么安全要求？
航拍无人机，一般由无人机飞行平台、飞行控制与管理分系统、云台相机系统等组成。
飞机平台是无人机飞行的主体平台，主要提供飞行能力和装载的功能，由机体结构、动力装置、电气系统、雷达避障系统等组成。
飞行控制与管理分系统是对无人机实现控制与管理，是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务、返场着陆等整个飞行过程的核心系统。飞行控制与管理分系统包括：机载飞行控制与管理分系统、地面控制情况管理。
云台相机系统由相机和云台组成。云台是安装、固定相机的支撑设备，承载相机进行水平和垂直两个方向的转动，它分为固定和电动云台两种，目前使用最多的是电动云台，如图1-3所示。
图1-3 H20T云台相机
固定云台适用于航拍前进方向上的画面，起飞前在云台上固定好相机，也需要提前调整好相机的水平和俯仰的角度，如图1-4所示。
电动云台可航拍多角度的画面，在飞行过程中可以随意控制镜头的角度。电动云台又可以细分为两轴和三轴云台。航拍无人机上使用最多的是三轴云台，它能在无人机无法稳定悬停的情况下保证拍摄画面的稳定性。云台主要由支架、驱动电机和控制电路板三部分组成。
图1-4 禅思Z15搭载松下GH4相机
早期的航拍无人机是无人机厂商和相机厂商各司其职，通过携带微单或单反相机进行航拍。大疆于2014年推出了Phantom 2 Vision+航拍器，使用DJI VISION App远程控制相机，实现实时视频图像传输、FPV飞行以及相册同步分享。相机与无人机的一体化成为趋势，一方面航拍无人机更利于飞行，另一方面相机与图传、App结合，操控和调参更加便利。我们以大疆Mavic系列的无人机为例，着重介绍相关飞行控制系统。
飞行控制系统，简称“飞控系统”，主要包括主控（FC）、惯性测量单元（IMU）、全球定位系统（GPS）、指南针和LED指示灯共5个模块。
主控，即飞行控制器（Flight Controller，简称FC）是飞控系统的中央控制器，负责数据信号的接收、处理和传输，向动力系统发送指令，调整飞行姿态。
惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，简称IMU）是飞行器内部重要的传感器，用来感知飞行姿态、加速度和高度变化，然后将所得数据传递给主控，由主控处理并输出飞行控制指令。
首次飞行前或长时间使用飞行器后需要对IMU进行校准，IMU失准会影响主控调整飞行姿态和飞行安全。IMU的校准方法可按照DJI GO 4 App的引导步骤进行，如图1-5所示。
图1-5 IMU校准示意图
GPS在飞行器中起着定位和导航的作用，进入DJI GO 4 App的飞行图传界面后，在GPS信息一项中会显示出信号强度和搜星数量，如图1-6所示。
图1-6 GPS示意图
GPS信号强度越强、搜星数量越多，定位就越精准，可帮助飞行器定点悬停、自动返航等。如果GPS信号很弱，飞行器可能会被动进入姿态模式不能定点悬停，只能通过启用下视觉定位系统帮助飞行器定位，而且无法实现失控返航的功能，此时强制起飞会有炸机或丢机的风险。
当GPS信号强度首次达到4格及以上时，飞行器会记录返航点，如果在DJI GO 4 App中将失控行为设定为“返航”，当飞行器发生失控后，会自动飞回返航点。
指南针用于分辨飞行器在地理坐标系中的方向，与GPS协同工作，如果指南针出现异常，会同时影响飞行器定点悬停和返航。在实际飞行过程中，指南针会很容易受环境干扰，特别是带有大量金属结构的建筑、自然界的大型金属矿藏等磁场的干扰。
在首次进行飞行时或App提示指南针异常时，就需要校准指南针，方法可按照App中的提示进行，如图1-7所示。
图1-7 指南针校准示意图
LED指示灯会发出不同颜色和频率的灯光，可帮助我们了解飞行器的工作状态和异常提示。在正式飞行前，应熟悉这些常用LED指示灯闪烁的含义，以帮助我们更好地操控飞行器。大疆Mavic系列无人机的LED指示灯的状态说明如图1-8所示。
图1-8 LED指示灯的状态说明
特别要注意的是： 当LED指示灯为红灯快闪时，即严重低电量报警，需要尽快降落，避免坠机。
在开始正式航拍前，必须充分了解有关无人机飞行的安全注意事项，包括法律法规、飞行安全问题等。
不同的国家和地区都有相关的无人机飞行管理法规，在飞行前，一定要了解清楚相关规定，遵守法规。在限高区，不超高飞行；在禁飞区，更要严格禁止放飞无人机，以免触犯相关法律法规。
为保证无人机的飞行安全，起飞前的检查是必须进行的安全措施。主要包括：
①观察周围环境，规划航线。
②检查飞行器结构是否完好。
③检查螺旋桨安装是否到位。
④检查电池电量。
⑤检查失控行为设置。
⑥检查返航点是否已经记录。
⑦检查指南针校准情况。
⑧检查GPS信号。
⑨检查起飞场地，不要在尘土较多或可能影响飞行器桨叶旋转的草地上起飞。
在城市高楼间进行航拍时，高大建筑物很容易影响飞行器的信号接收。室外飞行时，飞行器需要依靠GPS进行定位，一旦信号不稳定，飞行器在空中就会失控。特别是在建筑物之间穿梭时，操作者无法直接目视飞行器的飞行状态，只能通过图传画面看到镜头前的情况，此时如果操作不当很容易撞上周边的建筑物，造成坠机事故。特别是城市环境中，地面上的行人、车辆较多，发生坠机后可能造成更为严重的安全事故和财产损失。
因此在城市高楼间飞行时，一定要启用无人机的视觉感知系统，开启避障功能，当飞行器在飞行中检测到障碍物时，将会自动刹车和悬停。
在拍摄工程建设项目时，特别是钢筋结构较多的建筑，容易干扰飞行器的指南针，从而导致飞行方向错乱。在靠近这些建筑飞行时，要小心谨慎，避免发生飞行事故。
在航拍时，经常会遇到附近有输电线或高压线的情况。有高压线的地方其实并不适合飞行，高压线附近的强电场或磁场产生的电磁干扰可能会对飞行器的电子元件造成损伤，导致飞行事故。另外输电线、高压线较为细小，飞行器的避障功能很难检测感应到，图传屏幕中也很难发现。建议航拍前提前进场考察现场，避开输电线、高压线。
在湖面、海面等环境下航拍时，由于水面会影响超声波的定高效果，且因水面的纹理和反差较小，也会导致视觉定位受到影响。飞行器会出现掉高的情况，严重时会掉入水中。因此在水面飞行时，不宜将飞行器贴近水面飞行。
在岸边起飞时，建议将失控行为设置为失控返航；如在船上起飞，应将失控行为设置为悬停，防止因船只移动，飞行器返航后落入水中。
乘船操作飞行器时，船体的晃动会影响飞行器的自检，导致自检不通过，所以应在岸上开机后再到船上起飞。
无论是在什么样的环境进行航拍，都应在起飞前仔细观察拍摄环境，规划好飞行路线，避开潜在风险，才能保障飞行安全。