淺議無人機航拍的應用

陳智

【摘要】隨著影視界的逐步發(fā)展，隨著人們對揭開神秘事物的好奇心在逐漸增強，導演們也希望能為觀眾呈現不一樣的作品來滿足他們的視覺感受之時，無人機航拍開始逐漸走入他們的視野，并為他們完成一次又一次的完美拍攝。本文基于作者多年來對無人機航拍的實踐經驗，作出個人對無人機航拍的認識，供廣大航拍愛好者啟發(fā)和借鑒。

【關鍵詞】無人機 航拍 應用

航拍又稱空中攝影或航空攝影，是指從空中對地球地貌、城市景觀、工程建設等方面進行攝影攝像活動。航拍圖能夠清晰地表現地理形態(tài)，因此除了作為藝術攝影外，也被運用于軍事、交通建設、水利工程、生態(tài)研究以及電視欄目等方面，其獨特的魅力在于一種大氣的描述，一種氣吞山河的豪情。地面的城市風光、建筑物、機場跑道、整齊的農田……無論是藍天碧水還是紅花綠樹，通過航拍影視語言的表現，這一切都猶如一曲曲輝煌、立體的交響樂呈現在您面前。

一、無人機的發(fā)展歷程

無人機經過幾十年的發(fā)展歷程，從技術角度看已經比較成熟。其成本低，易操縱，具有高度靈活性，能夠攜帶一些重要的設備從空中完成特殊任務，比如空中監(jiān)測、空中監(jiān)視、空中轉信、空中喊話、緊急救援等。在執(zhí)行特殊任務時，生存能力強，機動性能好，使用方便，在處理自然災害、事故災難以及社會安全事件等方面能發(fā)揮出重要作用。

無人機最大的好處，是不必擔心人員安全，也不必擔心飛行員的體力限制。無人機可以執(zhí)行各種最為危險的任務，例如在最惡劣的天氣下攻擊最危險的目標——最壞的結局不過是損失一架可以大量生產的飛機。

（一）軍用無人機需求大幅增長

無人機的快速發(fā)展和廣泛運用是在海灣戰(zhàn)爭以后。以美國為首的西方國家充分認識到無人機在戰(zhàn)爭中的作用，競相把高新技術應用到無人機的研制與發(fā)展上。目前，美國等西方國家軍隊在伊拉克和阿富汗應用有近千架無人機，其中最大的“全球鷹”無人機翼展超過35米，能夠在目標上空逗留40個小時以上，一次起飛后可連續(xù)飛行25000公里。美軍很多時候都是在用“捕食者”等無人機而不是傳統的攻擊機來執(zhí)行前線攻擊任務，巴基斯坦方面甚至在境內擊落過美軍的無人機。

（二）民用無人機發(fā)展迅速

事實上，不僅是戰(zhàn)爭，無人機在諸多事關民生和非傳統安全事務的領域，也能發(fā)揮載人飛機所不及的作用。如災情監(jiān)視、交通巡邏、治安監(jiān)控和航空攝影、地球物理勘探、海岸緝私等。我國也早在1993年就將無人機應用于大氣探測、氣象災害遙感、生態(tài)遙感、人工影響天氣等課題。空中通信中繼是無人機的一個重要用途。當自然災害（如地震、洪水、泥石流、海嘯等）發(fā)生時，在一定地域內地面原有的有線、無線通信系統均遭到破壞，此時此地，在最需要通信聯絡的時候信息傳遞就成為一個大問題。而無人機則可以作為一個便捷的通信中繼機，在指揮中心與現場之間搭建一條無形的信息“橋梁”，快速構成一個應急局域無線通信網以解燃眉之急，為救災贏得寶貴時間。

（三）未來無人機優(yōu)勢無可比擬

無人機不怕疲勞、不怕危險，在執(zhí)行枯燥的、長時間的任務時，比如國界線的巡邏、搜索和救援工作等，會有比較明顯的優(yōu)勢。一般飛行員的極限飛行時間是8個小時，但是無人機在油量充足的情況下，可連續(xù)飛行100多個小時。美國正在研發(fā)的太陽能無人機，就能凸顯無人機的不懼怕枯燥任務的特性。而且在鄰近空間，即介于航空與航天之間，2.5萬米到3萬米的高空。那里的空氣比較稀薄，溫度低，如果有人機飛行，會對配備要求的條件比較苛刻，飛機和人員的成本也會隨之增加。這時如果使用無人機，就可大大降低成本，避免人員的傷亡。

二、無人機在航拍中的優(yōu)越性

無人機航拍是一個集單片機技術、航拍傳感器技術、GPS導航航拍技術、通訊航拍服務技術、飛行控制技術、任務控制技術、編程技術等多技術并依托于硬件的高科技產物，其拍攝影像具有高清晰、大比例尺、小面積、高現勢性的優(yōu)點，特別適合獲取帶狀地區(qū)航拍影像（公路、鐵路、河流、水庫、海岸線等）。且無人駕駛飛機為航拍攝影提供了操作方便，易于轉場的遙感平臺；起飛降落受場地限制較小，在操場、公路或其他較開闊的地面均可起降，其穩(wěn)定性、安全性好，轉場等非常容易；小型輕便、低噪節(jié)能、高效機動、影像清晰、輕型化、小型化、智能化更是無人機航拍的突出特點。

當然，說起航拍，可能大家都想起了直升飛機拍攝，人坐在上面想下面拍攝。其實，所有航拍都是這樣，所有的載起攝影設備上天進行高空俯拍的拍攝都可以叫做航拍。直升機的拍攝效果不可否認很不錯，但是無人機更適合商業(yè)航拍。從無人機的構造上講，無人機航空攝影是地面遙控飛行師和遙控攝影師運用改良后的產業(yè)用遙控飛行平臺，搭載照相機、攝像機等影像攝制設備以及無線遙控設備、微波傳輸設備，進行拍攝的一種新興航拍手段。所謂無人機不是簡單的航空模型，作為一種無人駕駛的飛行器。它內部裝有先進的計算機飛控、姿態(tài)傳感、無線電數據傳輸、定位自助駕駛、圖像傳輸和攝像機云臺遙控伺服系統等裝置，是一部裝備精良的“飛行電腦”。所以，如若認為無人機是一個遙控的玩具類飛行器，那就大錯特錯了。

電視是視覺的藝術，影視作品運用具備藝術表現力的畫面，帶給觀眾強有力的視覺沖擊，強化信息傳播的效果。航空攝像作為現代化的攝影手段，能夠以人們一般難以達到的高度俯視事物的全貌，以徹底解放的視角，給受眾傳達一種宏觀形象，帶來煥然一新的視覺享受。近年來，隨著電視、飛行技術的發(fā)展，各種方式的航拍在電影、電視紀錄片的制作中得到了廣泛應用。目前，由于航拍的特殊方式和要求，飛行器的選擇對航拍的最終效果有著決定性的作用，這也是航空拍攝與其他攝像方式最大的區(qū)別，除直升飛機外，目前運用于航拍的飛行器還有：無人駕駛的遙控飛機、動力傘、飛艇等。根據航空攝像需要的技術要求，直升機的優(yōu)勢主要表現在以下四個方面：

（一）操作性方面

直升機具備其他航空器航拍不能比擬的優(yōu)勢，飛機起降方便，在空中飛行可執(zhí)行前飛、倒退、懸停、垂直飛行等特殊任務，轉彎半徑小，拍攝條件受到氣流等自然條件的局限較小，根據航拍需要，飛行動作可以重復操作，按外國攝影家的說法是攝影（像）機的超級三腳架。與直升機相比，動力傘和動力滑翔機主要依賴風力和氣流的變化影響，存在較大的操作局限性，留空時間短，不適合重復拍攝鏡頭。飛艇極容易受到氣流影響，難以操縱，并且飛行方式軌跡變換緩慢，在短時間內很難根據拍攝要求在空中做出相應的變化。

（二）控制性方面

航拍中，直升機爬升力較強，可以根據拍攝高度進行自由控制，在短時間內完成從低海拔爬升至幾百米高空的飛行任務，另外，在沒有障礙物的外部環(huán)境下，直升機能夠進行50米以內的超低空拍攝。動力傘、動力滑翔機、飛艇對上升氣流的依賴較大，受風的影響大，不適宜做超低空飛行，短時間內提升飛行高度困難，飛艇更適合拍攝飛行海拔較高，特別是對大范圍空曠區(qū)域全貌的拍攝。無人駕駛的遙控飛機運用遙感實時無線傳輸技術，飛行范圍要求在操控者目視距離之內，不能進行超視距飛行，它的拍攝范圍主要局限在捕捉高于大型搖臂鏡頭，低于普通飛機航拍的攝像鏡頭效果。

（三）穩(wěn)定性方面

在航拍過程中，高空中氣流變化以及各種自然條件的限制，造成飛行器在運行過程中不可避免產生震動，對敏感的攝像機鏡頭來說，不能保持穩(wěn)定對鏡頭拍攝是致命性的缺陷。動力傘、動力滑翔機受氣流和風力的影響，航拍鏡頭晃動比較嚴重，無人駕駛遙控飛機受到速度的限制，極速雖然能夠達到約每小時50公里左右，在這種情況下，航拍鏡頭抖動也會相當厲害。使用直升機航拍，由于減震設備的運用，飛行中的機械震動能夠得到最大限度的弱化，在天氣狀況較好的飛行環(huán)境下，通過攝像師的控制，航拍震動對鏡頭影響很小，直升機航拍穩(wěn)定性超過其他飛行器，能夠實現航拍鏡頭的流暢和平穩(wěn)。

（四）安全性方面

與其他航空器相比，直升機航拍的安全性主要表現在三個方面，首先直升機是靠自身的動力系統獨立運行的，受到環(huán)境氣流影響很小，而動力傘完全依靠外部氣流等自然因素，動力滑翔機和飛艇雖然也有動力系統，但是在很大程度上還要受到外部環(huán)境的制約。其次中型直升機一般為雙發(fā)動機，如果單一發(fā)動機出現故障，還可以單發(fā)運行，即使小型單發(fā)直升機在遇到緊急情況下，飛行員亦可以利用螺旋槳的反作用力迫降，出現事故機率小，其他飛行器在高空飛行中，一旦動力系統出現問題，很容易出現重大安全事故。第三，直升機具有相對封閉的空間，受自然條件影響小，而其他飛行器都是在開放式或半封閉狀態(tài)下，容易受突發(fā)的自然狀況干擾。

三、小型無人直升機的常態(tài)化應用

目前，小型無人直升機已經憑借優(yōu)越的適應性和廣泛性，成為當前我國航空攝像的主要拍攝方式。隨著航空技術的發(fā)展，航拍配套設施也在不斷更新，更多優(yōu)秀攝像師加入到航拍的隊伍中，對直升機航拍的關注和研究從各個方面不斷完善。特別在個人影像時代，專業(yè)的電視機構面臨很大挑戰(zhàn)，常規(guī)拍攝器材和拍攝手段日益普及，門檻降低，其視覺呈現已經不能完全滿足觀眾的審美需求。拍攝裝備、技術方面專業(yè)性的消解，不利于電視機構參與全媒體環(huán)境下的競爭。為此，更多使用非常規(guī)視角拍攝，已是電視媒體必然趨勢，這其中，小型無人直升機的常態(tài)化應用是一種重要手段。

上個世紀90年代，觀眾已經從國外紀錄片和故事片中，看到了小型無人直升飛機完成的航拍鏡頭。大家熟悉的BBC動物節(jié)目中大量空中視角的主觀鏡頭，好萊塢電影《阿甘正傳》中羽毛飛舞的空鏡，都是使用此類設備拍攝的。新世紀以來，無人直升機航拍逐步在國內開始應用，但規(guī)模不大，其設備選型、改進，拍攝系統搭建，專業(yè)飛行操作人員和拍攝操作人員都經歷了較長的摸索、磨合階段。

筆者從業(yè)的云南廣播電視臺在全國屬于小型無人直升機使用最早的電視臺之一。2009年，云南廣播電視臺都市頻道對昆明二環(huán)高架全線貫通進行直播報道，為體現高架快速路的全貌，第一次實現了小型無人直升機航拍并實時傳輸直播信號。2010年，怒江國際野水漂流賽上，筆者親自完成了對賽事的無人直升機航拍，這是云南衛(wèi)視第一次使用這樣的技術，其用于野水漂流體育賽事，既能將賽事與云南雄奇的山水景觀融為一體，又降低了航拍成本，獲得一致好評。此后，在云南廣播電視臺，無人直升機航拍運用逐漸常態(tài)化，云南衛(wèi)視2011年《士兵突擊》第1季，2013年第2季，2014年第3季2012年《地球之聲》萬人長跑，昆明長水機場啟用，昭通抗震救災，2013年第六屆漢語橋世界中學生中文比賽，都運用無人機進行了航拍，而日播節(jié)目《旅游新時空》一度還將小型無人直升機常態(tài)化應用。同時，還在專題類節(jié)目、突發(fā)新聞現場類節(jié)目的拍攝中都收到了良好的效果。它能夠在3平方公里的區(qū)域內，完成超低空到高空的多種拍攝需求。

小型無人直升機就動力系統而言，小型無人直升機分為油動和電動兩種，在云南這樣的高原地區(qū)，電動動力系統比較實用。因為在高海拔地區(qū)，尤其是海拔2000米以上，油動動力系統容易出現問題，而電動的，根據筆者的實際使用，在海拔4500米的高度都沒有問題。當然，電動直升機有個缺點，就是飛行時間只有油動的一半，在10分鐘左右。

就試航能力而言，小型無人直升機對起飛對場地的要求極低，在2平方米的地方就可以起飛。如果沒有這樣的起飛條件，也可以由兩人把飛機舉過頭頂起飛，在《士兵突擊》第2季我們就用這種方法在山上起飛。氣象條件方面，風速不大于每秒6米，能見度不小于100米，小雨小雪都可飛行。

操控層面，小型無人直升機是由飛行控制系統，云臺控制系統，微波傳輸系統組成。兩人配合完成飛行和拍攝。飛行范圍以操縱者為中心，半徑400米，高度從1米到150米可任意升降，可以貼近水面和樹森飛行。飛行控制系統，由一人完成，由遙控發(fā)射機、接收機、舵機、陀螺儀自主飛行控制器組成。操控手掌握無人直升機飛行原理、無線遙控技術，熟練掌握低空無人機的起飛、航線規(guī)劃和飛行、降落等操控技能，能夠分析各種天氣環(huán)境下無人機的飛行技術要點，根據航拍任務要求完成低空無人機的操控，掌握無人機搭載設備的安裝調試與操控。云臺控制系統，由一人完成，由云臺遙控發(fā)射機、接收機、舵機、電子陀螺儀，地面接站組成。使用攝像機，索尼微單相機，松下微單，佳能5D2、5D3、Bmcc攝像機，相機都可以。拍攝的畫面通過微波傳輸到地面，做畫面構圖監(jiān)視使用。由于微波傳輸畫面質量問題，目前還不能很好地運用在直播中。

從人員配置方面考慮，無人機機械師需要熟練掌握無人機的組裝工藝、調試、維護維修；掌握發(fā)動機結構、拆裝與維修；掌握接收機、電調、舵機與翼之間的連接與調試、故障判斷與處理等。地勤人員掌握無人機地面站的架設、調試，掌握配合操控手做好航拍掌握無人機自駕儀軟件的操作，掌握場地勘測、根據天氣、飛行場地環(huán)境進行無人機飛行路徑的規(guī)劃等技能。

特別需要指出的，是在小型無人直升機航拍的使用中，航拍導演起到很關鍵的作用，他要指揮整個航拍團隊懂得航空攝影，無人直升機的操作和飛行，在飛行過程中的航線，高度鏡頭語言及后期如何使用。被拍攝場景需要什么樣的航拍視覺，這就要了解拍攝場景的空域條件風速、風向、光線等。

最后一點，是無人機飛行安全問題。在使用過程中需要向有關部門提出申請，在近幾年的使用過程中，在云南省出現過無人機失事的情況，主要是由于人為操作不當以及飛機的維護不到位、天氣原因所造成的。培養(yǎng)一個無人機操縱者不是一兩個月就能完成的，需要六七年的飛行經驗才能擔當此任務。它既要有過硬的飛行操作技術，也要有很好的心理素質。畢竟這是一個高危的行業(yè)，一個電視臺投入三四十萬，在第一二次的使用當中飛機就出現問題，這對電視臺的打擊是非常大的。而且在無人機的使用中，切記不能飛到人群上空，這是大忌，一旦出事必將是不可想象的后果。所以說就要求從業(yè)者嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)范。一個專業(yè)化的無人機拍攝團隊不僅需要專業(yè)的飛行員，還需要強大的研發(fā)維護團隊，專業(yè)的飛機維護工程師、機械師、調試師等技術人員，同樣是一個無人機航拍公司成功的關鍵。故建議今后電視臺成立專門的航拍指導小組，用于無人機拍攝質量的監(jiān)控和與外圍專業(yè)的航拍公司對接協調工作。在節(jié)目的生產過程當中，經常性的使用此類前沿的拍攝手段提高節(jié)目質量，從而達到與國際先進的節(jié)目制作接軌。