无人机根据形态主要可以分为固定翼、旋翼、无人直升机和垂直起降无人机^[3]。多旋翼无人机是集成多个独立的动力系统带动多个旋翼产生拉力的无人飞行平台, 它集成了固定翼的安全性和单旋翼直升机起降条件简单的特点, 空中姿态变化灵活、机动性强, 是目前应用较多的旋翼飞行平台。目前, 民用无人机主要有四旋翼、六旋翼和八旋翼无人机^[4], 无人机旋翼越多体型和重量越大, 相应的起飞重量也越大, 虽然可以携带更多的动力电池, 但飞行过程中会消耗更多的能量, 从而影响续航能力。综合考虑无人机的续航能力、起飞质量和便携性, 用于现场照录相的航拍无人机一般采用四旋翼或六旋翼, 续航能力一般为0.5 h左右, 起飞质量在10 kg以下。

多旋翼无人机主要由遥控系统、飞控系统、动力系统和任务模块组成。遥控系统的主要功能是发射飞行控制指令、接收飞行状态数据和图传信号。飞控系统包括传感器单元和信号处理单元, 主要用于实现无人机姿态稳定和控制, 相当于飞行器的大脑, 是无人机的核心子系统。无人机的动力系统包括电机、电调、旋翼和电池, 一般采用无刷直流电机驱动, 电调是电机的驱动器, 用于根据飞行控制命令调整各电机的转速。无人机的遥控系统、飞控系统和动力系统是无人机平台的核心功能, 在无人机平台的基础上搭载增稳云台和相机, 就可以实现无人机航拍。目前, 航拍无人机搭载的相机一般为广角的定焦镜头, 部分可支持光学变焦, 支持4K超高清视频录像。机载相机还内置有存储卡, 可以本地保存图像和视频, 也可以通过无人机的图传模块传输到遥控器上进行实时查看。

案事件现场照录像对无人机的基本要求是操控性好, 成像质量较好, 续航时间较长。目前, 国内市场上符合这一要求的无人机很多, 品牌和型号不一而足, 但基本的操控方法大同小异。以国内市场占有率较高的某型号无人机为例介绍无人机的基本操控方法。

1.2.1 起飞准备

无人机在每次使用前都需要检查电池电量是否充足, 存储空间是否充足。检查完毕后, 观察现场周边地形, 找一块离现场较近, 地面平坦且周边障碍物较远的空地, 将无人机放置在地面上, 安装螺旋桨, 打开无人机等待起飞。调整遥控器天线位置, 使天线侧面对着无人机, 增强接收信号的强度。待遥控器提示可以安全起飞后, 即可启动无人机。

1.2.2 安全飞行

起飞后, 先将无人机飞行至一定高度（5~10 m）, 观察无人机是否能自主悬停, 如无人机存在异常飘动或遥控器提示异常, 应及时降落无人机。控制无人机旋转、横滚和俯仰运动, 观察无人机是否能够按照指令运动。如无人机无法按照指令运动或遥控器提示异常, 应及时降落无人机。确认飞行正常后, 控制飞机到达指定位置, 调整云台相机的角度, 进行照相和摄像。飞行过程中, 要时刻关注飞机的航向、定位信号数量、电池电量和存储卡空间, 当定位信号数量太少、电池电量不足或存储卡空间满时, 应及时控制无人机返航。

1.2.3 高级飞行

大部分无人机具有高级飞行模式, 如兴趣点环绕模式, 通过对无人机进行简单地设置可以使无人机围绕拍摄对象进行环绕拍摄, 在拍摄现场整体环境概貌时非常实用。兴趣点环绕飞行的原点一般定位为现场的中心, 设置的半径一般要求覆盖整个案件现场, 飞行高度不能过高, 拍摄的角度一般调整为45° 左右, 同时飞行的速度也不能太快, 否则会影响现场细节的记录, 后期回放时的观看效果也不佳。

爆炸案件的现场规模一般都比较大, 非常适合使用无人机进行现场照录像。在地表房屋爆炸等现场, 在进行现场方位照录像时, 为标识爆炸点的具体方位, 可以将无人机飞行到一定高度, 采用摄像头垂直俯拍的方式将现场炸坑及周边损毁的建筑物、标志性的道路和河流等同时记录到画面中, 无人机的飞行高度根据炸坑的大小及爆炸波及的范围确定。一般情况下, 在无人机限高的120 m内, 垂直视角可以覆盖所有的爆炸现场及现场标志物。如果爆炸现场太大, 则需要在无人机起飞前, 将无人机的限制飞行高度调整一下, 最高设置为500 m, 但实际可飞行高度需要根据飞行区域和具体气象条件确定。图1a为陕西某爆炸案件现场使用无人机进行现场方位照录像拍摄的图像, 无人机的飞行高度为230 m。图1a中标示出了现场附近的3条公路和1条河流, 爆炸中心现场位于两条公路之间。构图时, 将爆炸现场放在画面的中心, 由于无人机的飞行高度较高, 爆炸现场显得不是很突出, 因此图1a使用圆圈标识出了爆炸现场的具体位置。图1b为使用无人机在高空拍摄的现场概貌图, 无人机的飞行高度为150 m。图1b重点展示了爆炸中心及爆炸冲击波所波及的周边房屋, 从高空俯视的角度也符合爆炸所造成的破坏从爆炸中心向四周扩散的特点, 可以很完美地呈现爆炸现场的整体概貌。图1c是无人机抵进拍摄的现场概貌图, 无人机的飞行高度约为15 m, 拍摄角度近似为45° 。相比于图1b, 图1c拍摄的现场概貌虽然无法覆盖所有的爆炸冲击现场, 但反映的现场更具有立体感, 很好地呈现了炸坑的深度、大小和房屋的损毁程度。

图1

Fig.1

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	图1 无人机拍摄图像（a:现场方位图; b:现场概貌图; c:抵近拍摄现场概貌图）Fig.1 Imaging pictures taken with UAV (a/b: scene orientation/profiling overview; c: the scene’ s locally magnified overview from the approaching photographing)

图2是内蒙古某爆炸案件现场拍摄的现场概貌图, 无人机抵近被爆炸损坏的房屋, 从低空俯拍房屋, 很好地呈现了爆炸造成的房屋底层至顶层的整体贯通破坏情况, 这种拍摄角度是传统的现场概貌照相所难以获得的。此外, 由于该爆炸点位于一层, 爆炸对房屋整体的前后、左右及上下都形成了贯通损伤, 要记录爆炸对房屋损坏的整体情况, 考虑使用兴趣点环绕模式进行现场概貌录像。操作时, 将无人机飞行至房屋的正上方10 m左右, 设定房屋正上方为兴趣环绕原点, 然后将无人机水平移动35 m左右, 要求移动距离超过房屋的整体长和宽, 将该点与原点之间的距离设定为环绕半径。调整无人机相机镜头的角度, 要求视角覆盖房屋整体的垂直方向, 且角度不大于45° 。然后设定环绕飞行速度, 最后点击开始即可进行兴趣点环绕飞行。无人机飞行一圈后, 点击结束完成兴趣点环绕飞行。兴趣点环绕飞行拍摄的现场概貌视频360° 记录了爆炸损毁房屋的整体情况, 视频画面记录流畅, 细节丰富且不需要后期的处理和拼接, 极大地提高了现场照录像的拍摄质量和工作效率。

图2

Fig.2

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	图2 无人机抵近爆炸损坏房屋拍摄的现场概貌图Fig.2 The overview of an explosion scene taken with UAV approaching the damaged house

高坠类案事件的典型特点是坠落起点比较高, 多数情况下勘查人员往往难以抵达现场或难以找到合适的角度进行拍摄, 可以考虑使用无人机进行现场照录像。高坠类案事件一般涉及多个现场, 包括位于高处的坠落起点, 位于低处的坠落终点, 以及位于两者之间的坠落通道。坠落起点位于高处, 拍摄现场概貌时需要从坠落起点对面取景才能够完整地记录第一现场的整体全貌。如果在坠落起点对面能够找到合适的拍摄点, 现场勘查人员只需要攀爬到指定位置即可完成现场概貌照相, 但有些高坠现场对面空旷, 没有合适的拍摄点, 无法完成拍摄。图3a是发生在黄河某大桥上的高坠案件现场方位图。拍摄时使用无人机以略高于桥面, 摄像头倾斜一定角度的方式, 分别从大桥的两侧和大桥两端取景拍摄, 获得的方位图比较全面地反映了大桥两岸的情况、桥梁的结构, 以及现场在桥梁的具体位置。该案的犯罪嫌疑人杀人后骑摩托车上桥, 在桥梁的中部遗弃摩托车后跳桥, 在桥梁护栏和桥身上遗留有多处血迹。由于嫌疑人坠桥点位于大桥的中部, 从大桥的两岸或桥梁上进行拍摄都限于拍摄角度问题, 无法完整地拍摄到高坠点与桥面、护栏、桥身、桥墩以及水面的整体全貌。如图3b所示, 使用无人机飞行到黄河水面上, 从略高于桥面的高处拍摄现场概貌可覆盖坠桥相关的所有部位。图3c是在该案件现场勘查时使用无人机抵近桥身, 拍摄坠落通道血迹的整体分布情况。由于嫌疑人的血滴形状与嫌疑人坠桥时的动作相关, 因此也尝试使用无人机更进一步抵近大桥, 拍摄重点部位血滴的照片。在实际操作过程中, 由于无人机本身具有自动避障功能, 在无人机距离桥身一定距离时, 无人机启动自动避障阻止进一步靠近桥身, 此时由于拍摄距离较远、摄像头有效像素有限且无法变焦, 难以拍摄到较清晰的血滴形态照片。现场为了解决这个问题, 使用吊车将勘查人员吊至桥身外侧进行拍摄, 虽然对勘查人员做了安全防护, 但仍然存在一定的风险。未来还需要对无人机进行进一步的改进, 使其能够进一步缩短自动避障距离, 携带可变焦摄像头, 实现现场重点部位的清晰成像。同时, 根据摄影测量原理, 研究自动测量拍摄对象的尺寸, 实现现场细目照相, 最大程度将勘查人员从危险中解脱出来。

图3

Fig.3

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	图3 无人机拍摄的大桥高坠案件图像（a:现场方位图; b:现场概貌图; c:大桥上血迹分布）Fig.3 Imaging pictures taken with UAV about one bridge-falling case (a/b: scene orientation/profiling overview; c: bloodstains on the bridge)

现场低洼类案事件主要包括峡谷、深坑等低于地表平面, 勘查人员难以抵达, 无法自由选择拍摄点位的现场。图4是在某无名尸骨事件现场使用无人机拍摄的现场方位图, 现场位于峡谷一侧的山洞内。拍摄时从山谷的另一侧高处往下拍, 呈现了峡谷、峡谷一侧的小路和峡谷另一侧的岩壁, 山洞入口位于岩壁上, 使用红色箭头标示出来。由于山洞入口位于垂直的岩壁上, 如果无人机采用摄像头垂直的角度进行拍摄, 则一方面由于岩壁与摄像头的视角平行, 照片无法呈现岩壁的形态, 另一方面山洞在岩壁的侧面, 如果岩壁缺乏一定的立体感, 则很难标识出山洞的具体位置, 所以该案件采用无人机摄像头倾斜角度的视角进行拍摄。实际操作中, 由于峡谷两侧的高山对无人机导航信号的遮蔽, 要特别注意无人机接收到的导航卫星信号数量。如果无人机接收到的导航信号太少, 则无人机难以准确悬停, 同时峡谷的风比较大, 无人机容易随风飘动, 造成无人机失控。

图4

Fig.4

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	图4 无人机在峡谷拍摄的现场方位图Fig.4 The oriented scene taken with UAV over the valley area

图5是在某爆炸案件现场使用无人机拍摄的现场重点部位图。该爆炸案件是一起深埋地下的爆炸物因其上垃圾堆积产生热量引起的爆炸, 现场勘查时为确定爆炸点的中心位置, 对爆炸形成的炸坑进行了深度挖掘, 最终形成了一个深坑。挖掘过程中, 为记录地下爆炸对炸点周边的泥土冲击形成的压缩壁, 使用无人机进入坑内, 对坑内四周的压缩壁进行了现场照录像。拍摄过程中, 由于坑较深且宽度较窄, 因此飞行操控要小心谨慎, 要时刻注意无人机与坑壁四周的距离。此外, 由于无人机只能拍摄正面的影像, 当在原地操控无人机旋转机身拍摄另一侧的压缩壁时, 无人机的操控方向与正面拍摄时相反, 此时要特别注意缓慢匀速操作, 以免因控制方向的反转导致无人机撞上压缩壁, 造成无人机的损坏。

图5

Fig.5

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	图5 无人机拍摄的爆炸形成的压缩壁Fig.5 The explosion-formed compressed wall (key part able to unveil case fact) taken with UAV