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無人機(jī)整機(jī)
無人機(jī)配件
無人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具一、高海拔區(qū)域無人機(jī)LiDAR應(yīng)用難點(diǎn)
1、高海拔
對于旋翼類飛行器而言,在螺旋槳的轉(zhuǎn)速不變的情況下,空氣密度越小,飛行器獲得的升力越小。低氣壓則意味著空氣密度低,在零米288.2開氏度時(shí)，空氣密度為1.225千克每立方米,上升到海拔5000 米后氣溫會(huì)降低,空氣密度也僅有0.7364千克每立方米。按照這個(gè)數(shù)值計(jì)算,當(dāng)飛行器飛到海拔5000米的高度,那么它必須多消耗40%的功率才能保持與低海拔地區(qū)相同的推力,或者說同樣的功率只能輸出60%的推力。因此在低海拔地區(qū)可以正常飛行的飛行器可能會(huì)在高原地區(qū)無法起飛,或者發(fā)生墜機(jī)事故。在螺旋槳飛機(jī)的時(shí)代,也就是噴氣式飛機(jī)尚未普及之前,青藏高原航 線的飛機(jī)失事率一直很高,也是由于這一緣故。高的功率消耗對電池的容量提出了更高的要求。
國際標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)
2、極端溫度
以青藏高原舉例，青藏高原年平均氣溫除高原東南部的谷地較高外，大都低于5℃，藏北高原和山脈上部均在0℃以下。年平均氣溫-2.8～17℃；夏季（5～9月）平均最高氣溫11～17℃，平均氣溫在1～12℃；極端最高23.2～26.7℃，出現(xiàn)在6月；平均最低氣溫-7～-9℃、極端最低氣溫-30～-38℃（出現(xiàn)在1月份）。
在所有的環(huán)境因素中，溫度對電池的充放電性能影響最大，溫度下降，電極的反應(yīng)速率也下降。假設(shè)電池電壓保持恒定，放電電流降低，電池的功率輸出也會(huì)下降。在電極/電解液界面上的電化學(xué)反應(yīng)與環(huán)境溫度有關(guān)，電極/電解液界面被視為電池的心臟。如果溫度上升則相反，即鋰聚合物電池輸出功率會(huì)上升。溫度也影響電解液的傳送速度，溫度上升則加快，傳送溫度下降，傳送減慢，電池充放電性能也會(huì)受到影響。
三維激光掃描儀的工作溫度多為0到+40攝氏度左右,存儲(chǔ)溫度-20到+50攝氏度左右,激光掃描儀的激光發(fā)射器在低溫下容易造成形變，影響測量精度，所以一般在工作限制溫度范圍下三維激光掃描儀會(huì)停止工作。
3、大風(fēng)
由于高海拔更接近大氣層中層，一般情況下地面大風(fēng)機(jī)會(huì)增加。大風(fēng)對無人機(jī)起降姿態(tài)等影響較大，尤其在高海拔、大風(fēng)等多種極限條件組合情況下對無人機(jī)起降等性能試驗(yàn)和試驗(yàn)安全都提出了挑戰(zhàn)，因此對飛行器控制系統(tǒng)要求極高，飛行器本身的傳感器和控制算法必須足夠穩(wěn)健, 才能適應(yīng)低溫與大風(fēng)帶來的影響。
4、含氧量低
高海拔地區(qū)含氧量低，對無人機(jī)操作和使用人員會(huì)產(chǎn)生影響。
5、天氣
高海拔區(qū)域受海拔和氣溫影響，雨雪會(huì)比較突然，雨雪天氣下無人機(jī)作業(yè)危險(xiǎn)性大大增加，而且激光掃描儀不允許雨雪天氣的作業(yè)。所以突發(fā)的惡劣天氣是無人機(jī)LiDAR作業(yè)的一大難點(diǎn)。
二、高海拔區(qū)域無人機(jī)LiDAR的應(yīng)用現(xiàn)狀
1、高海拔
目前市面上的大載重多旋翼無人機(jī)型號較少，大多數(shù)無人機(jī)載重為2-4kg，能夠搭載10kg載重的無人機(jī)很少。在海平面高度大載重電動(dòng)多旋翼無人機(jī)續(xù)航時(shí)間多在30分鐘左右，海拔升限大多在3000米，3000米以上的續(xù)航時(shí)間會(huì)指數(shù)下滑，高海拔飛行的續(xù)航時(shí)間鮮有廠商做過詳細(xì)測試，而且載重越大對于高海拔飛行的限制條件越多，實(shí)現(xiàn)高海拔飛行越困難，有人軍用直升機(jī)的海拔高度限制也只有6000米左右。
目前影響電動(dòng)多旋翼續(xù)航時(shí)間的主要因素是電池，無人機(jī)所用鋰電池的蓄電量達(dá)到提升瓶頸，直接造成電動(dòng)多旋翼續(xù)航時(shí)間較短。這個(gè)問題是目前電池技術(shù)的技術(shù)瓶頸所導(dǎo)致的，受限于這個(gè)時(shí)代電池技術(shù)的發(fā)展。油動(dòng)飛機(jī)對于海拔的受限更高，高海拔區(qū)域空氣稀薄，直接造成燃料無法充分燃燒，影響無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。在高海拔區(qū)域電動(dòng)多旋翼無人機(jī)續(xù)航時(shí)間縮短的問題極大影響著作業(yè)效率，海拔3000米左右無人機(jī)LiDAR系統(tǒng)作業(yè)效率較為可觀，在海拔大于5000米的區(qū)域，無人機(jī)LiDAR系統(tǒng)作業(yè)效率不容樂觀。
2、極端溫度
影響機(jī)載LiDAR系統(tǒng)在高海拔應(yīng)用的主要因素是激光掃描儀的工作溫度限制。目前市面上常見的幾款輕型長距掃描儀對于溫度的適應(yīng)性如下：
FARO Focus3D X330
RIEGLminiVUX-1UAV
RIEGL VUX-1UAV
目前市面上長距激光掃描儀型號較少，長距激光掃描儀的使用溫度范圍并不是很寬泛，基本上都處于0-40度的范圍，Riegl VUX-1經(jīng)過測試可以在0~+40度的溫度范圍正常工作，在低溫環(huán)境下我們可以采取加長預(yù)熱時(shí)間、加裝保溫結(jié)構(gòu)等方式提高激光掃描儀對于低溫環(huán)境的適應(yīng)性。
3、大風(fēng)
常見載重5kg級無人機(jī)抗風(fēng)等級多為4-5級，無法滿足高海拔地區(qū)作業(yè)需求。北斗星通大型八旋翼無人機(jī)抗風(fēng)等級可達(dá)6-7級，符合高海拔區(qū)域作業(yè)要求。
4、含氧量低及天氣因素
針對氧氣含量低及一些突發(fā)性的天氣情況，需要作業(yè)人員做好充分的準(zhǔn)備工作，提高作業(yè)效率，以降低作業(yè)人員的體能消耗，并提高對于突發(fā)情況的處理速度，在保證人員及設(shè)備安全的前提下完成測量任務(wù)。
通過上述分析可見無人機(jī)LiDAR系統(tǒng)在條件嚴(yán)苛的高海拔區(qū)域作業(yè)確實(shí)面臨一系列的難題，目前業(yè)內(nèi)少有單位在該條件下做出嘗試。北斗星通無人機(jī)LiDAR系統(tǒng)針對海拔高度造成的續(xù)航時(shí)間縮短，以及地形起伏造成的效率降低等問題已經(jīng)做了多次優(yōu)化。在海拔3000-5000米的絕大多數(shù)區(qū)域，北斗星通無人機(jī)LiDAR系統(tǒng)都有相應(yīng)的解決方案完成測量任務(wù)，達(dá)到客戶高精度測量的要求。
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