空中无人侦查平台在公路应急抢险指挥平台中的应用

[摘 要]当公路突发事件来临时，特别是遭受到地震、山洪、泥石流等严重自然灾害，灾害现场往往较为混乱，靠人力和凭借经验了解现场情况，效率较低且极度危险。采用空中无人侦查平台探知受灾现场，不但使工作效率大为增加，还可以与目前现有公路应急指挥系统兼容。

[关键词]应急 通讯 无人机

中图分类号：U415 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0289-02

一、研究的背景、目的、意义和国内外概况

广西壮族自治区公路管理局公路应急保障队伍应急保障基础设施初具规模，各职能部门经过多年实际操作，已拥有一套公路应急抢先搜集现场信息、搭建临时指挥场所、信息通讯传输的有效方法。

但也存在如下问题：当公路突发事件来临时，特别是自然灾害造成公路塌方、水毁及在建工地、基础设施严重损毁时，灾害现场较为混乱，靠人力了解现场情况，效率低且极度危险，很难全面掌握事故现场信息。

为了实现我区公路应急管理建设工作跨越式发展，根据《中华人民共和国突发事件应对法》的规定，进一步贯彻落实《国家应急平台建设指导意见》、《广西壮族自治区人民政府办公厅关于推进应急管理工作规范化建设全面提高应急能力的意见》的文件精神，我们提出研究开发《空中无人侦查平台在公路应急抢险指挥平台中的应用》科技项目。该项目建成后，空中无人侦查平台不但可以与目前我局公路应急指挥车系统兼容，且应用更为广泛，可以有效提高我局应急指挥抢险工作效率。

二、航拍无人飞行器概况

无人机航拍摄影是以无人驾驶飞机作为空中平台，以机载遥感设备，全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了高空拍摄、遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。

无人机航拍摄影技术虽然起步不久，但在农业、地理、新闻媒体等领域的应用已较为普遍，而我区公路交通行业领域中无人航拍摄影技术的应用还较为空缺。我局建议研发的该项目，可达到航拍图像的远程实时传输，及远程指挥的目的。

三、主要研究内容、技术原理和关键参数指标

（一）旋翼无人航拍直升机平台

旋翼无人机直升机，以下简称“无人直升机”，具体任务包括：

1.加装高清摄像机、高性能陀螺仪、无线传输及数据存储设备，以到拍摄画面清晰稳定，图像实时存储和传输的功能。

2.改进提高原有电机功率、加固无人直升机结构，以满足设备加装后自身重量大幅提高，确保其飞行性能良好。

3.改进提高无人直升机电池容量，以满足在其高功率输出情况下，保持长时间大范围巡航。

关键参数指标：

1.数字视频传输，输入最高可支持1920*1080@60fps，输出最高达1920*1080@30fps。

2.使用2.4G射频技术，发射功率100mw（符合CE和FCC认证）。

3.地面端搭配5dbi的全向天线，实测有效传输距离超过1.7km。

4.USB2.0全高清视频输出：IOS、Android等手机、平板电脑通过USB连接后可做显示器使用。

5.飞行高度300米，飞行半径2000米，续航时间40分钟，对地360°全方位拍摄。

（二）固定翼无人航拍飞机平台

固定翼无人航拍飞机机平台是基于无人机的基础上设备加装和改进，具体任务包括：

1.加装高清摄像机、高性能陀螺仪、无线传输及数据存储设备，以到拍摄画面清晰稳定，图像实时存储和传输的功能。

2.改进提高原有电机功率、加固无人机结构，以满足设备加装后自身重量大幅提高，确保其飞行性能良好。

3.改进提高无人机电池容量，以满足在其高功率输出情况下，保持长时间大范围巡航。

关键参数指标：

1.数字视频传输，输入最高可支持1920*1080@60fps，输出最高达1920*1080@30fps。

2.使用2.4G射频技术，发射功率100mw（符合CE和FCC认证）。

3.地面端搭配14dbi的定向天线，实测有效传输距离高达8km。

4.USB2.0全高清视频输出：IOS、Android等手机、平板电脑通过USB连接后可做显示器使用。

5.飞行高度300米，飞行半径10000米，续航时间100分钟，抗5级风。

（三）飞控系统研发

建立一套适合固定翼无人机和旋翼无人直升机的操控系统，具体任务包括：

1.结合地面站可精确地完成全自动起飞/降落、航线飞行、绕点飞行、所点所到等诸多专业航拍任务，使整个飞行完全实现了自动化、程序化。

2.支持相机的拍照控制，且能够保存曝光点数据。

3.手机/平板/PC终端地面站可直接控制飞行器从起飞航行到返航降落全过程。

4.支持紧急情况下自动开伞，为航拍提供更加安全的保障。

5.可设置飞行航点，系统会根据参数及目标点的变化，智能调整飞机速度和姿态，体现快速、准确、敏捷的反应能力和机动性。

（四）数字无线图传设备及联网交通应急指挥车功能的研发

现有无人机航拍图像与我局目前交通应急指挥车上无线数字图传设备并不兼容。因此需要开发出新的数字传输设备。

具体任务包括：

1.开发适合无人飞行器搭载的大功率数字传输设备，并用交通应急指挥车上搭载的单兵传输设备接收信号。

2.实现无人飞行器与交通应急指挥的关联，并以指挥车为中转站，将航拍图像实时传输至后方指挥部。

四、准备工作情况及现有基础和条件

（一）我局目前配备的交通应急指挥车可以实现卫星网络通信、3G通信、现场指挥、现场摄像录像、单兵信号传输等功能。

（二）无人飞行器模型已通过大量实际应用操作，目前较为成熟。

（三）加装及改进的设备在各自产业中均较为成熟。

五、项目依托工程情况

该项目依托于公路应急抢险现场的指挥与信息搜集工作，主要应用在重大突发事件来临时如公路塌方、水毁、车辆堵塞、基础设施严重损毁但无法或很难依靠人力搜集现场情况，通过空中无人侦查平台的监控，全面采集现场信息，从而有效做到制定救援与重建方案等工作。

六、项目预期目标及研究成果

（一）旋翼无人航拍直升机、固定翼无人航拍飞机成品，飞行参数均达到上述指标。

（二）航拍图像输入最高可达到1920*1080@60fps，数字视频传输输出最达到1920*1080@30fps。

（三）无人飞行器与应急通讯指挥实现关联并保持传输信号稳定。

（四）现场航拍图像可以传输至交通运输部、自治区交通运输厅、自治区公路管理局视频会议中心。

七、创新点、经济效益与社会效益分析

创新点：无人侦查设备取代人力工作

该项目创新之处在于采用遥控航空模型为平台，搭载高清拍摄设备，可全方位立体搜集所需要的信息，达到高效、全面、安全的效果。

经济效益在于：

1.相比同类产品更便宜

目前国内成熟的无人航空侦查飞行器的整套设备价格高达百万元甚至更高，租用昂贵且手续复杂。该项目研究工作通过对遥控航空模型的改装设计，与现有应急指挥车进行系统关联，达到与成熟无人航空侦察飞行器的相同效果，而所有硬件设备和改装费总和只需15万元。

2.相比人力工作更高效

当严重自然灾害来临时对公路附近现场进行侦查，一般需要数人通过数天方可完成；而使用无人航空设备侦查，只需一个人操作十几分钟即可完成，且航拍视角更全面。

3.相比人力工作更安全

进入受灾现场，人工搜集信息工作，很大程度上面临着次生灾害带来危险；空中无人飞行器取代人力侦查，有效保证了工作人员安全。

社会效益分析：

高效、自观、全面的搜集重大突发事件现场信息，节约了大量时间，对后续救援、重建等工作的开展提供了更为丰富的信息。

八、推广应用前景

（一）可对我区各类突发自然灾害现场进行勘察、取证。

（二）对公路交通上群体性突发事件现场监控。

（三）道路交通状况进行监控

（四）对违法车辆的跟踪记录，协助公路治超工作的开展。