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设备与工具一、高海拔区域无人机LiDAR应用难点
1、高海拔
对于旋翼类飞行器而言,在螺旋桨的转速不变的情况下,空气密度越小,飞行器获得的升力越小。低气压则意味着空气密度低,在零米288.2开氏度时，空气密度为1.225千克每立方米,上升到海拔5000 米后气温会降低,空气密度也仅有0.7364千克每立方米。按照这个数值计算,当飞行器飞到海拔5000米的高度,那么它必须多消耗40%的功率才能保持与低海拔地区相同的推力,或者说同样的功率只能输出60%的推力。因此在低海拔地区可以正常飞行的飞行器可能会在高原地区无法起飞,或者发生坠机事故。在螺旋桨飞机的时代,也就是喷气式飞机尚未普及之前,青藏高原航 线的飞机失事率一直很高,也是由于这一缘故。高的功率消耗对电池的容量提出了更高的要求。
国际标准大气参数
2、极端温度
以青藏高原举例，青藏高原年平均气温除高原东南部的谷地较高外，大都低于5℃，藏北高原和山脉上部均在0℃以下。年平均气温-2.8～17℃；夏季（5～9月）平均最高气温11～17℃，平均气温在1～12℃；极端最高23.2～26.7℃，出現在6月；平均最低气温-7～-9℃、极端最低气温-30～-38℃（出现在1月份）。
在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，温度下降，电极的反应速率也下降。假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度上升则相反，即锂聚合物电池输出功率会上升。温度也影响电解液的传送速度，温度上升则加快，传送温度下降，传送减慢，电池充放电性能也会受到影响。
三维激光扫描仪的工作温度多为0到+40摄氏度左右,存储温度-20到+50摄氏度左右,激光扫描仪的激光发射器在低温下容易造成形变，影响测量精度，所以一般在工作限制温度范围下三维激光扫描仪会停止工作。
3、大风
由于高海拔更接近大气层中层，一般情况下地面大风机会增加。大风对无人机起降姿态等影响较大，尤其在高海拔、大风等多种极限条件组合情况下对无人机起降等性能试验和试验安全都提出了挑战，因此对飞行器控制系统要求极高，飞行器本身的传感器和控制算法必须足够稳健, 才能适应低温与大风带来的影响。
4、含氧量低
高海拔地区含氧量低，对无人机操作和使用人员会产生影响。
5、天气
高海拔区域受海拔和气温影响，雨雪会比较突然，雨雪天气下无人机作业危险性大大增加，而且激光扫描仪不允许雨雪天气的作业。所以突发的恶劣天气是无人机LiDAR作业的一大难点。
二、高海拔区域无人机LiDAR的应用现状
1、高海拔
目前市面上的大载重多旋翼无人机型号较少，大多数无人机载重为2-4kg，能够搭载10kg载重的无人机很少。在海平面高度大载重电动多旋翼无人机续航时间多在30分钟左右，海拔升限大多在3000米，3000米以上的续航时间会指数下滑，高海拔飞行的续航时间鲜有厂商做过详细测试，而且载重越大对于高海拔飞行的限制条件越多，实现高海拔飞行越困难，有人军用直升机的海拔高度限制也只有6000米左右。
目前影响电动多旋翼续航时间的主要因素是电池，无人机所用锂电池的蓄电量达到提升瓶颈，直接造成电动多旋翼续航时间较短。这个问题是目前电池技术的技术瓶颈所导致的，受限于这个时代电池技术的发展。油动飞机对于海拔的受限更高，高海拔区域空气稀薄，直接造成燃料无法充分燃烧，影响无人机动力系统。在高海拔区域电动多旋翼无人机续航时间缩短的问题极大影响着作业效率，海拔3000米左右无人机LiDAR系统作业效率较为可观，在海拔大于5000米的区域，无人机LiDAR系统作业效率不容乐观。
2、极端温度
影响机载LiDAR系统在高海拔应用的主要因素是激光扫描仪的工作温度限制。目前市面上常见的几款轻型长距扫描仪对于温度的适应性如下：
FARO Focus3D X330
RIEGLminiVUX-1UAV
RIEGL VUX-1UAV
目前市面上长距激光扫描仪型号较少，长距激光扫描仪的使用温度范围并不是很宽泛，基本上都处于0-40度的范围，Riegl VUX-1经过测试可以在0~+40度的温度范围正常工作，在低温环境下我们可以采取加长预热时间、加装保温结构等方式提高激光扫描仪对于低温环境的适应性。
3、大风
常见载重5kg级无人机抗风等级多为4-5级，无法满足高海拔地区作业需求。北斗星通大型八旋翼无人机抗风等级可达6-7级，符合高海拔区域作业要求。
4、含氧量低及天气因素
针对氧气含量低及一些突发性的天气情况，需要作业人员做好充分的准备工作，提高作业效率，以降低作业人员的体能消耗，并提高对于突发情况的处理速度，在保证人员及设备安全的前提下完成测量任务。
通过上述分析可见无人机LiDAR系统在条件严苛的高海拔区域作业确实面临一系列的难题，目前业内少有单位在该条件下做出尝试。北斗星通无人机LiDAR系统针对海拔高度造成的续航时间缩短，以及地形起伏造成的效率降低等问题已经做了多次优化。在海拔3000-5000米的绝大多数区域，北斗星通无人机LiDAR系统都有相应的解决方案完成测量任务，达到客户高精度测量的要求。
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