Перейти к содержимому
2

90. Полезные нагрузки: камеры, гироскопы, LiDAR, мультиспектр, грузы #

БПЛА «для чего?» — ответ в полезной нагрузке (ПН): камера (видео/фото/термо), LiDAR (облако точек), мультиспектр (NDVI/спектры), груз (5–50 кг), датчики. Здесь — типы нагрузок, их параметры (разрешение, частота, точность), GSD (наземное разрешение), интеграция (масса/ЦТ/питание/интерфейс). Закрыт полный набор «что везёт БПЛА».

Содержание

1. Цели статьи

Полезные нагрузки БПЛА: типы (камера/термо/LiDAR/мультиспектр/груз/датчики), параметры (разрешение, частота, точность), GSD (наземное разрешение), интеграция (масса/ЦТ/питание/интерфейс). Материал рассчитан на инженера/оператора: подобрать нагрузку, рассчитать GSD/плотность/питание, «вписать» в БПЛА (ЦТ, масса).

  • Различать ПН: камера (видео/фото/термо), LiDAR, мультиспектр, груз, датчики.
  • Считать GSD: GSD = H·p/f (статья 90, задача 1).
  • Считать плотность LiDAR (точек/м²), частоту термодатчика (Mpx/с).
  • Знать NDVI: (NIR − Red)/(NIR + Red) (0–1, «здоровье» растительности).
  • Интегрировать: масса/ЦТ (статья 32), питание (5–48 В), интерфейс (MAVLink/ONVIF).
Позиция в категории 9. 86–89 — архитектура/ФК/связь/миссии, 90 (здесь) — нагрузки. ПН — «взвесь» БПЛА: масса/ЦТ/питание/интерфейс (статьи 32, 86). Категории 10 (91–97) — обслуживание всего набора (включая ПН).
↑ К оглавлению

2. Глоссарий величин

Полный перечень величин с единицами измерения.

ВеличинаОбозначениеЕдиницыТипичные значения
Разрешение (видеокамера)—Мпикс1–100 (видео 4–20, фото 20–100)
Частота кадровf_видГц (кадр/с)30–120 (видео), 1–10 (фото)
Разрешение термодатчика—пикс320×240 / 640×512
Частота термодатчикаf_термГц9–60 (30 — тип)
Частота LiDAR (сканирование)f_LкГц (импульс/с)10–300
Точность LiDARσ_Lсм (м)1–3 см (10–30 мм)
Плотность облакаρ_Lточек/м²5–500
GSD (наземное разрешение)—см/пикс (м/пикс)1–20 см/пикс
Каналы мультиспектраNкшт4–8 (Red/Blue/Green/NIR +)
NDVI—безразмерный0–1 (0,6–0,8 — «здоровая» растительность)
Масса нагрузкиm_ПНкг0,05–50
Потребление нагрузкиPПНВт5–500
↑ К оглавлению

3. Типы нагрузок

ПНЧто делаетТиповые параметрыПрименение
ВидеокамераВидео (HD/4K/6K)4–20 Мпикс, 30–120 Гц, 1/1,3"–1"Осмотр, съёмка, поиск
Фотомодуль (заменяемый)Фото (высокое разрешение)20–100 Мпикс, 1/1,8"–4/3"Картография, фотограмметрия
Термодатчик (IR)Тепловидение (8–14 мкм)320×240 / 640×512, 9–60 ГцПоиск людей, дефекты (нагрев), энергосети
LiDARОблако точек (3D)10–300 кГц, 1–3 см, 100–2000 мТопография, модели, инвентаризация
МультиспектрСпектры (4–8 каналов)Red/Blue/Green/NIR (+RE), 1–5 МпиксNDVI (с/х), экология, вода
Газовый сенсорГазы (метан/CO2)ppm/ppb, 1–10 ГцЭкология, энергетика, промышленность
Груз (подвес/контейнер)Доставка (0,5–50 кг)0,5–50 кг, крюк/контейнерДоставка, «тяжёлый» БПЛА
Гироскоп/датчикиИзмерение (вибрация, температура)по датчикуДиагностика (статья 94)

«Комбинированные» ПН: «термо + видео» (2 камеры на 1 гироскопе), «LiDAR + RGB» (облако + цвет), «мультиспектр + RGB» (спектры + фото). Масса/питание — «сумма» (статья 90 §6).

↑ К оглавлению

4. Камеры

Видеокамера. Разрешение (4–20 Мпикс: \(HD 1080 = 2{,}1 \); 4K = 8,3; 6K = 11,9 Мпикс), частота (30–120 Гц: 30 — видео, 60 — плавное, 120 — «замедление»). Сенсор: 1/1,3" (мало) → 1" (много, «шум» меньше). Объектив: 8–24 мм (широкий), 16–50 мм (зум, 2–5×). Стабилизация: гироскоп 2–3 оси (крен/тангаж/рыскание) — «гасит» вибрацию БПЛА (статьи 74, 94: 0,1–0,5 g RMS).

[Фотограмметрия — Photogrammetry (рисунок — Wikipedia) / Фотограмметрия] Фотомодуль (картография). Разрешение (20–100 Мпикс), сенсор (1/1,8"–4/3"), зум (1–10×). GSD (наземное разрешение): (статья 90, задача 1) GSD = H·p/f: \(H = 100\ \text{м} \), p = 5 мкм (размер пикселя), \(f = 10\ \text{мм} \) (фокус) → GSD = 5 см/пикс. «Картография»: GSD 2–5 см/пикс (H 50–100 м); «осмотр»: 5–15 см/пикс.

Термодатчик (IR). Разрешение: 320×240 (0,77 Мпикс) / 640×512 (0,33 Мпикс — «среднее»), частота: 9–60 Гц (30 — тип). Чувствительность (NETD): 40–60 мК (минимальный различимый перепад температуры). Диапазон: 8–14 мкм (атмосферное окно пропускания). «Палитра»: белое-горячее/черное-горячее/железо (IRON). Применение: поиск (тепло 37 °C vs фон 15 °C), дефекты (нагрев 5–20 К), энергосети (контакты +10–30 К).

↑ К оглавлению

5. LiDAR и мультиспектр

LiDAR. [LiDAR — LiDAR / Лидар] Лазерный радар: «импульс → отражение → дальность». Параметры: частота сканирования (10–300 кГц: импульс/с), точность (1–3 см: 10–30 мм), дальность (100–2 000 м), FOV (поле: 30–120°). Плотность: (статья 90, задача \(2) \rho_{L} = f_{L}\cdot t/(S_{зоны} \)): \(f_{L} = 100\ \text{кГц} \), \(t = 1\ \text{с} \), \(S = 20\times 20\ \text{м} \) → 250 точек/м². «Облако» → «модель» (DSM/DTM, карта): 5–500 точек/м² (по задаче). Вибрация: LiDAR «чувствителен» (статья 94: 0,1–0,5 g RMS) — «гасит» гироскоп/рама.

Мультиспектр. [Мультиспектральная съёмка — Multispectral_imaging] 4–8 каналов (Red 650 нм, Blue 475, Green 560, NIR 850 + RE 717/720/735/740 «красный край»). NDVI (статья 90, задача 4): (NIR − Red)/(NIR + Red): 0,6–0,8 — «здоровая» растительность, 0,3–0,5 — «стресс», 0–0,3 — «голая земля/вода». Применение: с/х (полив/удобрения/болезни), экология (вода/водоросли), лес (порода/возраст). «Синхронизация»: каналы «одновременно» (1 сенсор, фильтры) — «без сдвига» (ветер/движение).

↑ К оглавлению

6. Интеграция нагрузки

«Вписать» ПН в БПЛА: 5 параметров (статьи 32, 86):

  • Масса (m_ПН): 0,05–50 кг; «доля» в БПЛА: 5–30 % (камера 5–10 %, LiDAR 10–20 %, груз 20–30 %). Масса → батарея (статьи 80, 93): PПН → «запас» (статья 90, задача 5).
  • ЦТ (центр тяжести): (статья 32) ПН «впереди/сзади» → «сдвиг» ЦТ → «компенсация» (батарея/балласт) или «корректировка» (параметры ФК: IMU/trim). «Правило»: ЦТ ±2–5 % длины фюзеляжа/рамы.
  • Питание: 5–48 В (PDB/BEC, статья 86); PПН: 5–500 Вт (камера 5–20, LiDAR 20–100, термо 10–30, груз-моторы 100–500). «Защита»: предохранитель (статья 38).
  • Интерфейс: MAVLink (статья 88) — «указание» (снятие/настройка); ONVIF/RTSP (видео) — «поток»; UART/CAN (датчики) — «данные»; SD/SSD — «запись» (128 ГБ–4 ТБ).
  • Вибрация/аэродинамика: (статьи 74, 94) ПН «не дёргает» (крепление/демпфер), «не портит» обтекание (обвес/контейнер), «не гасит» GNSS (магнит/радио — 5–10 см от магнито).
«Три несовместимости». 1) Масса/ЦТ (ПН «сдвигает» — БПЛА «плывёт» в сторону). 2) Питание (PПН «съедает» батарею — «не долетим»). 3) Интерфейс (MAVLink/ONVIF «не сходятся» — «не управляем»). Проверка (статья 91: пре-флайт): масса/ЦТ/питание/интерфейс — «4 проверки» перед миссией.
↑ К оглавлению

7. Практика: типовые задачи

Задача 1. GSD

Задача. Фотомодуль: \(H = 100\ \text{м} \) (высота), p = 5 мкм (размер пикселя), W = 4000 пикс (ширина кадра), \(f = 10\ \text{мм} \) (фокусное расстояние). Определить GSD и ширину кадра на земле.

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
H100 м
p5 мкм = 0,005 мм
W4000 пикс
f10 мм

Искомые параметры: GSD (см/пикс); ширина кадра (м).

Решение.

  1. GSD = H·p/f = 100 м × 5·10⁻⁶ м / 10·10⁻³ м = 0,05 м/пикс = 5 см/пикс.
  2. Ширина кадра: \(H\cdot W\cdot \frac{p}{f} = 100\cdot 4000\cdot 5\cdot \frac{10^{-6}}{0{,}01} = 200\ \text{м} \).
Ответ: GSD = 5 см/пикс; ширина кадра 200 м.

Вывод. 5 см/пикс — «картография» (типовой диапазон 2–5 см/пикс). Для 2,5 см/пикс: \(H = 50\ \text{м} \) (GSD пропорционален высоте) или \(f = 20\ \text{мм} \) (телевик). «Картография» — ниже/телевик (статья 90 §4).

Задача 2. Плотность LiDAR

Задача. LiDAR: \(f_{L} = 100\ \text{кГц} \), \(t = 1\ \text{с} \), зона 20×20 м. Определить число точек и плотность.

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
f_L100 000 1/с
t1 с
Sзоны400 м²

Искомые параметры: число точек; ρ_L (точек/м²).

Решение.

  1. Число точек: \(f_{L}\cdot t = 100\,000\cdot 1 = 100\,000 \).
  2. Плотность: 100 000/400 = 250 точек/м².
Ответ: 100 000 точек; 250 точек/м².

Вывод. 250 точек/м² — «плотное» облако (топография 50–100, инвентаризация 200–500). При 10 кГц — 25 точек/м² (осмотр). «Дальность» 100–2000 м: «ниже» = «плотнее» (тот же f_L, зона «меньше»).

Задача 3. Термодатчик

Задача. Термодатчик: 640×512 пикс, \(f_{терм} = 30\ \text{Гц} \). Определить «пикселей/с» (Mpx/с).

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
Разрешение640×512 = 327 680 пикс
f_терм30 Гц

Искомые параметры: Mpx/с.

Решение.

  1. Пикселей/с: 327 680·30 = 9 830 400 ≈ 9,8 Mpx/с.
Ответ: ~9,8 Mpx/с.

Вывод. 9,8 Mpx/с — «поток» (видео 4K \(30\ \text{Гц} = 10 \) Mpx/с — «аналог»). «Запись»: 9,8 Mpx/с × \(10\ \text{мин} = 5{,}9 \) Гпикс (5,9·10⁹ пикс) — SD 64 ГБ (4K 100 мин). «Видео vs термо»: видео — «детали», термо — «тепло» (статья 90 §4).

Задача 4. NDVI

Задача. Мультиспектр: Red = 0,1, NIR = 0,5 (отражение, 0–1). Определить NDVI.

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
Red0,1
NIR0,5

Искомые параметры: NDVI.

Решение.

  1. NDVI = (NIR − Red)/(NIR + Red) = (0,5 − 0,1)/(0,5 + 0,1) = 0,4/0,6 = 0,67.
Ответ: NDVI = 0,67.

Вывод. 0,67 — «здоровая» растительность (0,6–0,8). 0,3–0,5 — «стресс» (засуха/болезнь); 0–0,3 — «голая земля/вода». «Карта NDVI» (статья 90 §5): «тёплые» зоны — «проблемные» (полив/удобрение).

Задача 5. Питание нагрузки

Задача. Нагрузка: \(P_{ПН} = 200\ \text{Вт} \) (LiDAR + RGB + «запас»). Батарея 6S 10 Ач (222 Вт·ч, статья 80). Определить время работы «только нагрузка».

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
PПН200 Вт
Eбат222 Вт·ч (6S 10 Ач)

Искомые параметры: время (ч, мин).

Решение.

  1. t = E/P = 222/200 = 1,11 ч ≈ 66 мин.
Ответ: ~66 мин («только нагрузка» — без полёта).

Вывод. 66 мин — «запас» нагрузки; «реальный» полёт: PПН + Pполёта (статьи 79–80): 200 Вт (ПН) + 1000 Вт (моторы, «средний») = 1200 Вт → \(\frac{222}{1200} = 11\ \text{мин} \). «Нагрузка 1/6» батареи: «недолёт» (статья 90 §6: масса/питание). «Дальний» полёт: батарея 2× (20 Ач) или «меньше» PПН (LiDAR 100 Вт).

↑ К оглавлению

8. Чек-лист самопроверки знаний

Отметьте пункты, которые вы действительно понимаете и можете применить без подсказок.

✓НавыкПроверка
ПНкамера (видео/фото/термо), LiDAR, мультиспектр, газ, груз, датчики.
GSD = H·p/f100 м × 5 мкм / 10 мм = 5 см/пикс.
LiDARf_L 10–300 кГц, точность 1–3 см, плотность 5–500 точек/м².
NDVI = (NIR−Red)/(NIR+Red)0,6–0,8 — «здоровая».
Интеграциямасса/ЦТ (±2–5 %), питание (5–500 Вт), интерфейс (MAVLink/ONVIF).
«Три несовместимости»масса/ЦТ, питание, интерфейс (статья 91: пре-флайт).
↑ К оглавлению

9. Источники

  1. Wikipedia, «LiDAR» — лазерная локация. en.wikipedia.org/wiki/LiDAR / ru.wikipedia.org/wiki/Лидар (Лидар)
  2. Wikipedia, «Multispectral imaging» — мультиспектральная съёмка. en.wikipedia.org/wiki/Multispectral_imaging
  3. Wikipedia, «Gyroscope» — гироскоп. en.wikipedia.org/wiki/Gyroscope / ru.wikipedia.org/wiki/Гироскоп (Гироскоп)
  4. Wikipedia, «Photogrammetry» — фотограмметрия. en.wikipedia.org/wiki/Photogrammetry / ru.wikipedia.org/wiki/Фотограмметрия (Фотограмметрия)

Проверено: 05.09.2026.

↑ К оглавлению
  • мод. : Воскресенье, 13 сентября 2026