新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺設(shè)計(jì)研究

摘要：文章針對無人機(jī)應(yīng)用提出一種新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺設(shè)計(jì)方案，通過對新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺設(shè)計(jì)需求分析，針對無人機(jī)管控平臺系統(tǒng)架構(gòu)、拓?fù)?、組網(wǎng)及技術(shù)路線進(jìn)行概述，闡述新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：消防救援;應(yīng)急通信;無人機(jī);管控平臺

一、引言

我國幅員遼闊，地理、氣候條件復(fù)雜，是全球遭受自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，災(zāi)害種類多、發(fā)生頻率高、損失嚴(yán)重。近年來，破壞性地震相繼發(fā)生，對通信基礎(chǔ)設(shè)施造成了嚴(yán)重的破壞，給搶險(xiǎn)救災(zāi)工作帶來了很大的困難。應(yīng)急通信是滿足突發(fā)性緊急事件時(shí)通信需求的基礎(chǔ)保障，建立并完善先進(jìn)的應(yīng)急通信系統(tǒng)是面對地震等突發(fā)性緊急事件時(shí)搶險(xiǎn)救災(zāi)的重要工作內(nèi)容，因此對應(yīng)急通信的研究具有極其重要的意義。

二、新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺設(shè)計(jì)需求分析

無人機(jī)作為一個(gè)集成平臺，能將人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G、傳感器等智能技術(shù)與設(shè)備融為一體，讓應(yīng)急通信變得更加智能、順暢和精準(zhǔn)。新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺設(shè)計(jì)緊緊圍繞服務(wù)實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)需求，著力解決無人機(jī)的信息采集、傳輸功能，在通過綜合管理后展現(xiàn)匯聚信息，進(jìn)而形成一套完整的信息收集、處理系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)需求如下：

其一，平臺要求支持多級架構(gòu)，部署在消防指揮網(wǎng)上，滿足部局、總隊(duì)、支隊(duì)多級部署需求，支持?jǐn)?shù)據(jù)逐級匯聚上報(bào)，逐層匯聚到上層應(yīng)用平臺。

其二，支持無人機(jī)飛手管理，綜合展現(xiàn)飛手的飛行記錄、飛行特長等飛行信息，與飛行任務(wù)相結(jié)合，形成榮譽(yù)排行。

其三，支持消防無人機(jī)設(shè)備的資產(chǎn)管理，維護(hù)設(shè)備的廠商信息、使用狀態(tài)，支持以圖表和地圖的形式展現(xiàn)資源分析情況。

其四，支持與消防圖綜平臺對接實(shí)現(xiàn)信息共享，可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)視音頻、飛控狀態(tài)、地理位置等信息在指揮視頻系統(tǒng)上實(shí)時(shí)調(diào)度展現(xiàn)，為應(yīng)急救援實(shí)戰(zhàn)指揮提供信息支撐。

其五，支持無人機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)，可通過電子地圖實(shí)時(shí)顯示無人機(jī)及飛手位置，對飛行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，并可基于地圖打點(diǎn)與飛手交互，便于整體指揮。

其六，單機(jī)支持無人機(jī)接入數(shù)量≥100架，支持≥100路1080P無人機(jī)視音頻并發(fā)管理，支持≥16路1080P無人機(jī)直播流的同步錄制。

其七，單機(jī)支持≥256路無人機(jī)直播流的接收或轉(zhuǎn)發(fā)，支持無人機(jī)培訓(xùn)課程發(fā)布、上傳、管理、考試等管理。

三、新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺設(shè)計(jì)方案

（一）系統(tǒng)架構(gòu)

新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺采用先進(jìn)的MESH自組網(wǎng)技術(shù)，融合4G/5G公網(wǎng)、衛(wèi)星、LTE無線專網(wǎng)等多種通信手段+集合可視化指揮調(diào)度管理平臺+便攜式應(yīng)急通信指揮箱和電臺系統(tǒng)+無人機(jī)以及其他通信設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)匹配圖像綜合管理平臺的級聯(lián)部署架構(gòu)，支持級聯(lián)部署，同時(shí)還支持?jǐn)?shù)據(jù)之間的級聯(lián)匯聚，再逐級匯聚到上層平臺。

（二）系統(tǒng)拓?fù)?/p>

圖1為各節(jié)點(diǎn)設(shè)備與通信介質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)拓?fù)鋱D。通過新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控系統(tǒng)，救援人員能夠通過客戶端與無人機(jī)控制器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過控制信號對無人機(jī)進(jìn)行控制，最后再將圖像數(shù)據(jù)傳回。一般情況下，可以采用公網(wǎng)或者是衛(wèi)星的方式進(jìn)行回傳，通過智慧網(wǎng)傳送至指揮中心，由無人機(jī)管理服務(wù)器將各類信息數(shù)據(jù)輸送至圖像綜合管理平臺以及視頻錄像服務(wù)器中。

（三）平臺組網(wǎng)說明

復(fù)雜環(huán)境下開展應(yīng)急通信指揮需要靈活快速地組建獨(dú)立專網(wǎng)，為前線人員與指揮部人員提供穩(wěn)定的通信鏈路，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場音視頻以及數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)共享傳輸。在指揮網(wǎng)部署1臺無人機(jī)管理服務(wù)器、1臺視頻錄播服務(wù)器搭建無人機(jī)綜合信息管理平臺，提供無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)匯聚、圖像接入、設(shè)備管理、飛行管理、錄播管理、培訓(xùn)管理等服務(wù)。通過接入與消防圖像綜合管理平臺對接，實(shí)現(xiàn)指揮視頻終端可基于地圖調(diào)度無人機(jī)視音頻、飛控狀態(tài)、地理位置等信息。

無人機(jī)飛手通過手機(jī)App將飛手信息與無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行綁定，記錄匯聚飛行參數(shù)，形成飛行軌跡，并上傳平臺。無人機(jī)飛手通過飛手App可查詢飛行記錄、飛行軌跡等;查看累計(jì)飛行次數(shù)、距離、時(shí)長，機(jī)型等，以及查詢禁飛區(qū);也可在線培訓(xùn)、視頻教學(xué)、參加考試等。

系統(tǒng)管理員、指揮員、無人機(jī)飛手可通過Web瀏覽器訪問無人機(jī)綜合管理系統(tǒng)，查看無人機(jī)狀態(tài)、執(zhí)行任務(wù)、飛手訓(xùn)練等信息。

（四）關(guān)鍵技術(shù)路線

整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同應(yīng)用規(guī)模，分層逐級部署，支持以不同方式匯聚接入無人機(jī)設(shè)備信息，可根據(jù)無人機(jī)設(shè)備負(fù)載設(shè)備的不同，執(zhí)行不同的作戰(zhàn)任務(wù)。同時(shí)，提供無人機(jī)設(shè)備的飛手管理平臺，通過運(yùn)維大數(shù)據(jù)掌握無人機(jī)設(shè)備狀態(tài)、訓(xùn)練時(shí)長和頻率，提高無人機(jī)操作訓(xùn)練水平。

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用的關(guān)鍵技術(shù)如下：

1.圖像資源的匯聚

目前，許多消防救援隊(duì)伍開始在消防指揮調(diào)度網(wǎng)中接入無人機(jī)并搭載相應(yīng)的音視頻圖傳設(shè)備、通信模塊，以實(shí)現(xiàn)圖像與聲音方面的實(shí)時(shí)傳輸。利用無人機(jī)能夠采集救援現(xiàn)場的全景圖像與聲音，然后將數(shù)據(jù)信息傳遞到指揮中心，并由指揮中心作出決策，是消防應(yīng)急通信保障的重要組成部分。無人機(jī)視頻終端可以利用安全網(wǎng)閘和4G等與平臺對接，而圖像綜合管理平臺網(wǎng)的服務(wù)器則會從4G接入平臺得到無人機(jī)采集到的視頻、圖像等資料，并將其傳遞給流媒體分發(fā)服務(wù)器。除此之外，利用無人機(jī)技術(shù)，大大提高了消防通信的質(zhì)量，且無人機(jī)技術(shù)不僅可以減少操作人員，增加點(diǎn)位，還可以實(shí)時(shí)同步傳輸圖像，有效提高整個(gè)應(yīng)急通信系統(tǒng)的效率。消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺圖像資源匯聚需要基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（如國標(biāo)GB/T28181標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議）匯聚無人機(jī)設(shè)備的視音頻圖像資源的匯聚，定制如飛行數(shù)據(jù)的匯聚交互流程和數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。

2.飛控?cái)?shù)據(jù)的獲取

在飛行數(shù)據(jù)方獲取方面，利用無人機(jī)廠商的API接口，獲取飛行過程的實(shí)時(shí)飛行參數(shù)信息，為平臺的綜合應(yīng)用展示提供數(shù)據(jù)支撐。在接入方式上，支持基于無人機(jī)飛控設(shè)備SDK、國標(biāo)GB/T28181、平臺等方式獲取無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)。同時(shí)，為確保數(shù)據(jù)的完整性，系統(tǒng)將保留一份原始數(shù)據(jù)。此外，無人機(jī)實(shí)時(shí)顯示和記錄無人機(jī)飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過移動設(shè)備查看飛行器相機(jī)的實(shí)時(shí)高清畫面和調(diào)整相機(jī)參數(shù)。同時(shí)，還可以操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行一鍵起落、通過實(shí)時(shí)地圖隨時(shí)掌握方位，航向設(shè)定、返航鎖定、環(huán)繞、跟隨等飛行動作。

3.無人機(jī)飛手管理

提供飛手飛行記錄統(tǒng)計(jì)功能，通過手機(jī)APP將買手信息與無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行綁定，記錄匯聚飛行參數(shù)，形成飛行軌跡，為戰(zhàn)士的戰(zhàn)訓(xùn)提供有力數(shù)據(jù)支撐。

4.與圖綜平臺對接

通過通信協(xié)議與消防圖綜平臺數(shù)字對接實(shí)現(xiàn)信息共享，在指揮視頻系統(tǒng)上實(shí)時(shí)調(diào)度展現(xiàn)無人機(jī)視音頻、飛控狀態(tài)、地理位置等信息，為應(yīng)急救援實(shí)戰(zhàn)指揮提供信息支撐。并可基于地圖打點(diǎn)與飛手交互，提高指揮調(diào)度的效率。

5.融合二維、三維建模

系統(tǒng)通過對接實(shí)現(xiàn)與無人機(jī)制圖系統(tǒng)對接，無人機(jī)采集的正射影像或傾斜影像數(shù)據(jù)生成二維或三維地圖，可作為圖層在指揮視頻系統(tǒng)的一張圖上疊加，呈現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)場真實(shí)情況。

四、新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺設(shè)計(jì)

（一）平臺組織架構(gòu)

消防無人機(jī)綜合信息管理系統(tǒng)包括一套完整頁面展示子系統(tǒng)，涵蓋無人機(jī)設(shè)備基于地圖的可視化態(tài)勢標(biāo)注、航線管理、統(tǒng)計(jì)查詢、設(shè)備管理等綜合管理功能，同時(shí)提供接口，將匯聚信息提供給第三方平臺調(diào)用。平臺基于B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，兼容主流瀏覽器。

（二）飛行統(tǒng)計(jì)

支持基于無人機(jī)設(shè)備和飛手的條件查詢，滿足對飛手飛行記錄的檢索功能，統(tǒng)計(jì)基于設(shè)備和飛手的飛行時(shí)長、飛行頻率，統(tǒng)籌管理設(shè)備和飛手的日常訓(xùn)練和保障的飛行記錄。支持同步回放飛行軌跡和高空回傳圖像。在我的飛行界面可進(jìn)行飛行詳情數(shù)據(jù)查詢，可進(jìn)行日期詳情搜索。此外，在飛行統(tǒng)計(jì)界面，可繼續(xù)飛行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢，包括次數(shù)、距離、時(shí)長等。

（三）設(shè)備管理

對無人機(jī)設(shè)備綜合管理 ，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)設(shè)備的廠商信息、接入方式、設(shè)備類型賬號信息的建檔管理。同時(shí)為便于數(shù)據(jù)交互，無人機(jī)設(shè)備將進(jìn)行國標(biāo)編碼，方便第三方平臺獲取平臺數(shù)據(jù)。在“我的飛行”界面點(diǎn)擊左上角“二維碼掃碼按鈕”，可掃碼綁定無人機(jī)。

（四）角色管理

用戶管理基于消防無人機(jī)綜合信息管理系統(tǒng)的使用，支持管理員、普通用戶、飛手三種類型的使用角色。管理員可以創(chuàng)建其他類型用戶，并為其分配平臺使用功能以及可查看的無人機(jī)設(shè)備。飛手可能通過平臺查看飛行記錄，回放飛行軌跡。

（五）軌跡回放

本平臺支持對注冊登記的無人機(jī)飛行過程、飛行路線進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄?？梢栽诰€對飛行軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)的回放，伴隨經(jīng)緯度信息還原飛行過程，便于追蹤、教學(xué)、請功與表彰。

五、新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺相關(guān)設(shè)備配備

無人機(jī)能夠適應(yīng)嚴(yán)苛的災(zāi)害環(huán)境，具有智能控制系統(tǒng)，搭配不同的載荷提升作業(yè)能力，有效地進(jìn)行視頻傳輸、音頻傳輸、有害氣體監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋瑢訉Ｓ媒K端、可視化平臺，實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)域無人機(jī)、電臺終端與通信指揮車之間的無線通信，結(jié)合原有的衛(wèi)星通信鏈路，搭建新的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與后方指揮中心的實(shí)時(shí)交互聯(lián)系。新型消防應(yīng)急通信無人機(jī)管控平臺設(shè)備配置如表1所示。

六、結(jié)束語

總之，地下建筑的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與封閉環(huán)境會對消防工作的順利開展帶來較大困難。尤其是地下建筑對消防無線通信的干擾，會導(dǎo)致消防無線通信不暢，繼而影響到消防指令的有效傳達(dá)。需要明確完善地下建筑消防無線通信設(shè)備的重要性，借助高新技術(shù)發(fā)展多元化無線通信聯(lián)絡(luò)方式，確保消防更加智能化、多元化與規(guī)范化，同時(shí)提升消防人員無線通信設(shè)備使用能力，在地下建筑消防工作中能夠科學(xué)合理應(yīng)用消防無線通信設(shè)備處理火情，確保生命財(cái)產(chǎn)安全。

作者單位：張玄? ? 南昌市消防救援支隊(duì)

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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