多旋翼無(wú)人機(jī)在人防指揮通信中的應(yīng)用

王超

摘要 隨著近幾年飛行控制算法、航空電機(jī)、高性能傳感器等高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)多旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，多旋翼無(wú)人機(jī)依靠其價(jià)格低廉、操控簡(jiǎn)便、易攜帶等優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越多的應(yīng)急部門(mén)納入了各自的裝備體系。本文對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)在人防指揮通信中的應(yīng)用方式和技術(shù)原理進(jìn)行了研究與展望。

【關(guān)鍵詞】飛行控制算法 航空電機(jī) 高性能傳感器 多旋翼無(wú)人機(jī) 指揮通信

多旋翼無(wú)人機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕、成本和使用費(fèi)用低、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，能完成其它機(jī)型不適宜的許多任務(wù)。可廣泛應(yīng)用于險(xiǎn)情偵測(cè)、地區(qū)巡邏以及搶險(xiǎn)救災(zāi)等人防指揮通信領(lǐng)域。

目前各級(jí)人防指揮通信部門(mén)配備的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)基本上都是小型多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，普遍配置有高清航空攝像機(jī)、自穩(wěn)定云臺(tái)、GPS定位系統(tǒng)、高清數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)以及專(zhuān)業(yè)飛行控制系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施，在應(yīng)急突發(fā)事件中即可以充當(dāng)偵察兵也可成為救援兵。本文將對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)在人防指揮通信部門(mén)中“險(xiǎn)情研判”、“應(yīng)急救援”、“通信中繼”三個(gè)方面所應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)行研究，并結(jié)合作者工作實(shí)際對(duì)相關(guān)行業(yè)發(fā)展做出展望。

1 險(xiǎn)情研判

近年來(lái)，城市突發(fā)事件和自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，為此，如能更多應(yīng)用多旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)，則可有效提升人防部門(mén)在處置城市突發(fā)事件中的應(yīng)對(duì)能力。

多旋翼無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)決定了其適合突發(fā)事件的險(xiǎn)情研判工作，可以及時(shí)幫助應(yīng)急處置人員在短時(shí)間內(nèi)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，為制定科學(xué)有效的救災(zāi)策略做出了重要貢獻(xiàn)。而無(wú)人機(jī)技術(shù)體制下的險(xiǎn)情研判主要由“信息收集”與“信息處理”兩部分組成。

1.1 信息收集

多旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以為災(zāi)害預(yù)防工作提供大量的音視頻資料，為災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)與預(yù)防創(chuàng)造良好條件，對(duì)于災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)防的及時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

對(duì)于災(zāi)害發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)，通過(guò)多旋翼無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行無(wú)人低空航拍，對(duì)地勢(shì)地貌進(jìn)行勘察、開(kāi)展危險(xiǎn)區(qū)域建筑物基礎(chǔ)資料調(diào)查等工作。一旦有突發(fā)事件發(fā)生，多旋翼無(wú)人機(jī)可以遠(yuǎn)程直接到達(dá)突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)，由后方操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程災(zāi)情偵查，并采用遠(yuǎn)程圖像數(shù)字傳輸系統(tǒng)，對(duì)受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)音視頻畫(huà)面實(shí)時(shí)傳輸，獲取第一手的現(xiàn)場(chǎng)資料。

1.2 信息處理

獲得現(xiàn)場(chǎng)情況的航拍畫(huà)面及其他相關(guān)數(shù)據(jù)后，可通過(guò)一體化信息處理系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行自動(dòng)處理，快速生成現(xiàn)場(chǎng)情況報(bào)告，建立系統(tǒng)完善的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)地理信息系統(tǒng)，可以為災(zāi)害預(yù)防與救援提供及時(shí)、可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

2 應(yīng)急救援

除了災(zāi)害發(fā)生前的險(xiǎn)情預(yù)報(bào)與研判。多旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)還可應(yīng)用于災(zāi)害事件發(fā)生后的應(yīng)急救援領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)“指揮調(diào)度”、“高效搜救”、“物資投放”等應(yīng)急救援功能。

2.1 指揮調(diào)度

多旋翼無(wú)人機(jī)還可在人防應(yīng)急救援中肩負(fù)指揮調(diào)度的責(zé)任。無(wú)人機(jī)進(jìn)獲取到現(xiàn)場(chǎng)資料后可直接應(yīng)用到人防應(yīng)急救援的指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)中。通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)獲得的高空實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面進(jìn)行研究，指揮人員能夠擴(kuò)大其指揮調(diào)度的范圍，對(duì)救援策略進(jìn)行及時(shí)進(jìn)行方案調(diào)整，提供科學(xué)指揮與隊(duì)伍調(diào)度，通過(guò)接入人防應(yīng)急指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)全方位的指揮調(diào)度體系，具體組網(wǎng)原理如圖1所示。

同時(shí)，作為處在現(xiàn)場(chǎng)制高點(diǎn)的指揮調(diào)度平臺(tái)，無(wú)人機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害區(qū)域的空中呼喊或者指令傳達(dá)，快速發(fā)現(xiàn)救援最佳通道，可快速構(gòu)建空地一體通訊救援指揮平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)極端環(huán)境下的無(wú)線通信鏈路，能源供給可持續(xù)的情況下甚至可在突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)提供輔助照明。

2.2 高效搜救

救災(zāi)的第一要?jiǎng)?wù)就是救人，但由于受災(zāi)地區(qū)經(jīng)常面臨地形變化大，人群分布無(wú)規(guī)律、氣象調(diào)節(jié)惡劣等問(wèn)題，傳統(tǒng)依靠人力徒步進(jìn)場(chǎng)搜救的方式己不能滿足新時(shí)代救贖背景下應(yīng)急救援相關(guān)需求。

結(jié)合前期獲得的災(zāi)區(qū)地理信息數(shù)據(jù)相關(guān)資料，現(xiàn)代無(wú)人機(jī)救援系統(tǒng)既可通過(guò)人工遠(yuǎn)程遙控的方式對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行半自動(dòng)化高空搜救，也可通過(guò)預(yù)先程序設(shè)置的方式讓無(wú)人機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)人員搜救作業(yè)，在裝備特殊的紅外夜視鏡頭的情況下甚至可以在夜間進(jìn)行不間斷精準(zhǔn)人員搜救。

2.3 物資投放

對(duì)于功率較大的多旋翼無(wú)人機(jī)，可以通過(guò)搭載儲(chǔ)物籃與拋物器的模式向暫時(shí)未能撤離的受災(zāi)人員提供醫(yī)療用品、食物、飲用水、通訊器材等應(yīng)急救災(zāi)物資，也可向有條件的受災(zāi)人員投送繩索、手電、工具等便攜應(yīng)急救援裝備以方便他們展開(kāi)自救行動(dòng)。

3 通信中繼

對(duì)于突發(fā)事件的處置能否達(dá)到相關(guān)要求，很大程度上依賴(lài)于一套使用簡(jiǎn)便、效果穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，但是由于地理、氣象等原因往往無(wú)法得到很好保證，傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信設(shè)備往往存在著造價(jià)高、易損壞、難攜帶等劣勢(shì)。隨著長(zhǎng)續(xù)航多旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是可以提供24小時(shí)不間斷通信中繼服務(wù)的系留式無(wú)人機(jī)技術(shù)以及通信基站小型化技術(shù)的逐漸成熟，救援人員有了一種更高效、更簡(jiǎn)便、更經(jīng)濟(jì)的通信中繼與臨時(shí)組網(wǎng)方案，其基本原理如圖2所示。

4 總結(jié)與展望

目前，多旋翼無(wú)人機(jī)己可以在人防指揮通信部門(mén)執(zhí)行“險(xiǎn)情研判”、“應(yīng)急救援”、“通信中繼”等任務(wù)，但在實(shí)際應(yīng)用中還存在著一些問(wèn)題有待完善：

4.1 續(xù)航時(shí)間

目前，多旋翼無(wú)人機(jī)大部分采用鋰電池供電，少部分采用小型油機(jī)供電，其續(xù)航能力有所限制，影響了持續(xù)救援能力。

4.2 信息采集

由于無(wú)線傳輸技術(shù)不成熟以及現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾等原因，無(wú)人機(jī)采集到的數(shù)據(jù)和圖像往往會(huì)出現(xiàn)失真、不協(xié)調(diào)、不同步等現(xiàn)象，發(fā)展技術(shù)的同時(shí)提升操作能力是應(yīng)對(duì)的好方法。

4.3 多機(jī)協(xié)同

目前人防指揮通信部門(mén)在使用無(wú)人機(jī)往往都是單機(jī)執(zhí)行任務(wù)，很少出現(xiàn)雙機(jī)甚至多機(jī)同時(shí)執(zhí)行立體化高空應(yīng)急救援任務(wù)的情況，這里一方面需要加強(qiáng)相關(guān)裝備的建設(shè)力度，另一方面也要對(duì)相關(guān)人員訓(xùn)練與操作規(guī)范提出更高要求。

參考文獻(xiàn)

[1]胡志軍，在現(xiàn)代消防滅火救援中引入無(wú)人機(jī)的可行性研究[J].消防界（電子版），2017 （08）：84-85.