基于“北斗+手勢識別”的疫情環(huán)境下社區(qū)輔助管理無人機

趙子弈　李少博　何子飛　盧繼衛(wèi)

摘要：現(xiàn)今全球疫情形勢仍然嚴峻，社區(qū)防控是防止疫情擴散的必要措施。傳統(tǒng)的社區(qū)防控需消耗大量人力物力且會帶來接觸感染的安全隱患。本文提出基于“北斗+手勢識別”的疫情環(huán)境下社區(qū)輔助管理無人機的方案，將北斗導航系統(tǒng)運用于居民樓定位和無人機導航，操控無人機完成無接觸式測量體溫、遞送物品、傳達信息等功能，減小了物資消耗并保證防疫人員的安全，采用手勢控制實現(xiàn)良好的人機交互，降低了傳統(tǒng)遙控器可能造成的接觸感染風險。方案使用北斗導航系統(tǒng)作為定位核心、leapmotion傳感器作為手勢識別中心，樹莓派作為多功能的集成控制中心與同地面PC端的信息交互平臺。

關鍵詞：北斗導航;手勢識別;疫情防控;社區(qū)管理

1.緒論

社區(qū)防控是防止疫情擴散的第一道防線，也是外防輸入、內(nèi)防輸出的最有效防線[1]。環(huán)顧當今全球局勢，有2個不爭的事實，一是全球已進入后疫情時代，二是隨著中國的全面崛起，中美在各個領域的競爭將愈發(fā)激烈，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的全面建成顯得意義非凡[2]。因此，借助無人機應用北斗導航系統(tǒng)于社區(qū)管理具有節(jié)省資源、提高效率、促進北斗導航系統(tǒng)應用等重要意義。

2.方案設計

2.1總體介紹

疫情下的社區(qū)封閉式管理往往需要防疫人員對社區(qū)居民進行溫度測量、遞送物品以及信息傳達等工作?；凇氨倍?手勢識別”的社區(qū)輔助管理無人機系統(tǒng)可實現(xiàn)讓操作者在非接觸的方式下利用隔空手勢對無人機進行遙操作控制，利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的位置數(shù)據(jù)實現(xiàn)對社區(qū)居民與無人機的定位進而完成定位導航，以模塊擴展的方式實現(xiàn)防疫任務。

2.2實現(xiàn)方法

利用手勢控制無人機進行社區(qū)防疫工作的過程涉及定位導航、手勢識別控制以及一系列相關任務，通過對現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)研，我們給出了以下實現(xiàn)方案。

2.2.1無人機定位導航

無人機的飛行動作主要由飛控模塊進行控制，首先在無人機平臺上加裝樹莓派微型計算機并與機載飛控連接進而實現(xiàn)對飛控的指令控制，再通過樹莓派與地面PC端的信息交互實現(xiàn)地面對無人機平臺的間接控制。

北斗系統(tǒng)提供的社區(qū)居民與無人機的實時位置輸入導航控制程序后于地面PC端發(fā)送給樹莓派，期間樹莓派也會實時將無人機的位置以及各方向速度、角度等相關飛行數(shù)據(jù)反饋回地面，進而實現(xiàn)地面對無人機的實時定位導航控制。

2.2.2手勢控制

社區(qū)管理過程中，無人機通過定位導航到達目的地后需要進行姿態(tài)或位置調(diào)整完成防疫任務。方案利用隔空手勢作為指令進行無接觸的遙感操作，手勢控制的過程需要進行操作者手勢的接收、識別與發(fā)送幾個過程，我們通過專用于識別手部信息的Leapmotion傳感器連接PC輔助實現(xiàn)手勢控制。

2.2.3相關任務

本方案重點對體溫測量、遞送物品兩個疫情防控與社區(qū)管理的主要工作進行了設計，并對功能擴展進行了分析。

體溫測量

為方便在疫情期間對社區(qū)居民進行體溫測量，需在無人機上搭載紅外測溫模塊和攝像頭模塊并將二者配合使用。工作時，對于同一棟樓的居民，只需在住宅樓外墻陽臺一側(cè)控制無人機按樓層向上飛行，逐層測量體溫即可。

遞送物品

實現(xiàn)遞送功能還需研究飛機載重飛行的能力，由于更大質(zhì)量的物品只需在硬件方面配給更高動力的電機來適應即可，因此載重飛行的重點是對飛行姿態(tài)的控制，本方案采用Pixhawk開源飛控配合M8N高精度導航接收器的方法進行姿態(tài)控制，其中核心算法為卡爾曼濾波算法。[3]

擴展性分析

由于樹莓派具有很多GPIO擴展口且有較高的計算能力，可以在以上的基礎功能之外擴展出一些針對性的功能。例如對于一些需要噴灑消毒液的區(qū)域，可以在無人機上加噴灑設備來實現(xiàn)噴灑功能。

2.3系統(tǒng)組成與協(xié)作方式

社區(qū)輔助管理無人機系統(tǒng)主要由無人機、樹莓派、BDS接收機、手勢識別模塊和其他功能模塊組成。系統(tǒng)整體框架如圖所示：

3.總結(jié)與展望

本方案將北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)創(chuàng)新應用于社區(qū)管理并采用手勢控制無人機，再借由擴展模塊進行不同的防疫任務，豐富了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用場景、減小了人力資源的投入、降低了傳染隱患。目前手勢控制無人機依然面臨著諸如成本較高、電源待機時間短等問題，但隨著無人機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和北斗導航系統(tǒng)應用的越發(fā)成熟，這些問題都將得到解決與改善。

參考文獻

[1] 高文娟，吳浩，葛彩英，朱夏媛，趙新穎，孔慜，李智莉.智慧家庭醫(yī)生優(yōu)化協(xié)同模式在新型冠狀病毒感染疫情防控期間社區(qū)居民健康管理中的應用[J].中華全科醫(yī)師雜志，2020（05）：379-382.

[2] 湯金.基于北斗的無人機高精度自主導航與監(jiān)控技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學，2019.

[3] 羅鼎馨，蔣近，許迪文.四旋翼載重無人機雙閉環(huán)軌跡跟蹤控制[J].微特電機， 2020，48（09）：39-44.