防汛無人機的機型選擇及應用方向

王宇佳

（陜西省防汛抗旱總指揮部信息中心，陜西 西安 710004）

防汛無人機的機型選擇及應用方向

王宇佳

（陜西省防汛抗旱總指揮部信息中心，陜西 西安 710004）

研究新型技術，提高防汛應急搶險能力，是防汛信息部門的重要工作。通過對比不同類型的無人機特性，結合防汛工作特點，選擇多旋翼無人機作為防汛無人機。將其成熟的技術應用到巡查預警、應急救援、災情評估等防汛工作中，有效提高防汛工作的信息化水平, 為科學有效的指揮決策提供重要支撐。

防汛；無人機；應急搶險

無人機是集無線電、電子信息、自動化、人工智能、材料等學科先進成果于一身的不載人飛行器，相對于載人機具有結構簡單、飛行靈活、運維便捷、低成本等特點。能在抗洪搶險、地質災害、森林防火等工作中執行巡查預警、應急救援、災情評估等任務，為科學有效的指揮決策提供重要支撐。本文通過分析無人機的類型，以及防汛工作特點及需求，探討適合防汛工作的無人機機型，以及無人機的應用方向。

1 防汛無人機的應用特點及要求

汛情主要是由于強降雨、臺風等極端天氣因素，可能導致山地災害、城市內澇、江河洪水等災害的狀況。防汛就是防洪，防止和減輕洪水災害。防汛工作具有汛情發生突然、救災救人緊迫、作業環境惡劣等特點。根據防汛工作特點，對防汛無人機起降場地、飛行性能、功能、易用性等方面有一定要求。

1.1 起降場地要求

由于無人機在防汛工作中的應用都在戶外惡劣環境下進行，一般不具備良好的場地環境。所以要求防汛無人機在復雜地形下可以起飛，不受場地制約限制。并且要滿足快速響應的需要，能在短時間內完成起飛操作執行任務。

1.2 飛行性能要求

防汛工作氣候環境苛刻，時常伴有大風大雨，經常要對一些險工險段進行持續性拍攝；在救援工作中需要攜帶一些物資或設備。所以要求無人機低空飛行靈活具有一定的抗風防雨能力，能夠穩定懸停，并且要有一定的載荷能力，滿載續航要達到30 min以上。

1.3 功能

無人機在手動遙控飛行的同時必須具備自主飛行的能力，且需按照預設任務自主完成飛行任務并安全降落，在出現故障或通訊不暢等緊急情況下自動返回指定地點安全著陸。可順利接入衛星通訊車，實現圖、聲的遠程傳輸。在掛載各種專業設備并協同工作，實現攝影錄像、空中播報、物資投放、紅外搜救、三維建模等功能。

1.4 易用性

快速響應是防汛工作特性，無人機及外設要基于模塊化設計理念設計制造。使之便攜、拆裝方便，最大程度縮短起飛前的準備時間。操作簡單，容易上手。

2 防汛無人機機型選擇

無人機主要由機身框架、動力系統、飛行控制系統、無線傳輸系統、地面站系統5部分組成。一般分為固定翼無人機、直升無人機、多旋翼無人機3大類。

2.1 固定翼無人機

固定翼無人機靠發動機、電機驅動螺旋槳，或者渦輪發動機產生的推力作為飛機向前的動力，主要的升力來自一定角度的機翼穿過氣流產生的浮力。所以，固定翼飛行器必須要有一定的空氣相對速度才會有升力來飛行[1]。

優點是飛行速度高、續航長、載重大，缺點是起降需要跑道或彈射器、操作難度高、不能懸停。所以，固定翼無人機的應用具有一定的局限性。

2.2 直升無人機

直升無人機與載人直升機工作原理基本相似。依靠發動機或電機提供旋轉動力，主旋翼提供升力，尾旋翼通過陀螺儀偵測的回轉角調整螺距抵消主槳產生的反作用力，從而平衡機身和左右轉彎。另外通過傾斜盤調整主旋翼槳葉角使主槳周期變距，達到調整主槳旋轉平面不同區域的升力的目的，從而實現向前、后、左、右方向飛行[1]。

優點是載重較大、能懸停，缺點是操作難度高、機械結構架復雜、不適用于復雜地形、成本高。所以，直升無人機僅適用于具有一定載荷及懸停要求的作業環境。

2.3 多旋翼無人機

多旋翼無人機同直升機一樣是垂直起飛的，需依靠多個旋翼產生的升力來平衡飛機的重力，實現起飛。無需改變槳葉角、螺距等參數，也不需要陀螺儀、側傾盤等設備，只需通過飛行控制系統改變驅動各個旋翼的電機轉速便可輕松控制前、后、左、右、左轉、右轉、上升、下降多種飛行姿態[1]。由于具有多個旋翼，多旋翼無人機可以比較平穩的懸停，也比較靈活，在一定速度范圍內以任意的速度飛行，基本上就是一個空中的飛行平臺。可在平臺上加裝攝像機、高音喇叭、拋投器、正攝像機、傾斜相機、多光譜相機、紅外相機等，實現各種作業需要。

優點是操作簡單、運維便捷、起飛環境要求低、能平穩懸停；缺點是載重小、續航時間較短。所以，作為空中飛行平臺的旋轉翼無人機優點大于缺點，應用較為廣泛。

2.4 防汛無人機的機型選擇

三種無人機的特點比較見表1。

表1 固定翼無人機、直升無人機、多旋翼無人機特點比較

由于跑道或彈射器不易搭建，不能滿足隨時隨地起飛、快速響應的需要，且固定翼無人機不能懸停，故不適合防汛工作。直升無人機、多旋翼無人機均滿足快速響應和懸停的需求，但相比直升無人機較高的操作難度和維護成本，多旋翼無人機是一個比較純粹的空中平臺，具有操作簡單、維護便捷等特點。故多旋翼無人機適用于防汛工作。

3 應用方向

3.1 巡查預警

對危險區域進行巡查預警。在強降雨等極端情況下，駕駛搭載高清云臺攝像機的無人機對危險區實況進行拍攝。通過超短波通訊技術將高空實時畫面傳輸到地面站，進而通過和衛星通訊車的連接傳回指揮中心，讓各方獲得直觀的實時汛情。為快速、科學的防汛決策提供有力支撐[2]。

3.2 應急救援

高空喇叭全面疏散。使用無人機掛載無線高音喇叭高空巡航，空中廣播預警語音。在群眾緊急撤離、疏散工作中能起到便捷、高效的作用。群眾被困，實時的高空喊話可起到安撫作用，協助救援。

自動拋投定點救援。人員被困無法接近時，使用無人機掛載高空拋投器，將救生衣、繩索、急救包、食物等物資準確投向被困人員，對其施救。

紅外搜救失蹤人員。受災地區通常難以進入，失蹤、被困群眾搜救工作比較困難，使無人機掛載紅外攝像機全面搜索災區，可快速搜尋被困群眾，為施救贏得寶貴時間。

根據空中平臺掛載的不同設備實現各種救援功能，大大提高了應急救援的效率，將災害損失降到最低程度。

3.3 災情評估

通過地面控制站對災區空域進行規劃，使掛載正射攝像機的無人機按照規劃的高度和路徑自動飛行采集正射影像數據。使用軟件對收集的影像數據進行整理、計算，獲得高素質的數字正射影像圖（DOM）。為災情評估提供重要依據。

通過無人機代替有人機獲得數字正射影像圖的方法簡單、便捷且成本較低，可應用到各個行業領域，值得推廣。

3.4 三維建模

對各類防洪、水利工程主體進行拍攝、建模、測量及分析。

同樣，通過地面控制站對特定設施的空域進行規劃，使掛載五鏡頭傾斜相機的無人機按照規劃的高度和路徑自動飛行采集圖像數據。通過三維建模應用軟件將采集的圖像數據整理、計算，得到一個包含高程、距離等量度信息的三維數字模型。

通過量化的三維模型可進行線面繪制、距離測量、高度測量、三角測量和面積測量等多種量測。測量所得數據可應用于其他專業分析軟件進行一系列分析，如淹沒演示分析、填挖分析、剖面分析、通視分析等。為防汛、水利工程的規劃、設計起到重要作用。

4 結語

多旋翼無人機平臺憑借高靈活性、易用性、低成本等特點，使其在防汛工作中的重要作用逐漸顯現。根據防汛工作需要，無人機技術可應用到巡查預警、應急救援、災情評估等防汛工作中，有效提高防汛工作的信息化水平，為科學有效的指揮決策提供重要支撐。

[1]魏瑞軒，李學仁.無人機系統及作戰使用[M].北京:國防工業出版社.2009.

[2]王新,陳武,汪榮勝,等.淺論低空無人機遙感技術在水利相關領域中的應用前景[J].浙江水利科技，2010，11（06）：27～29.

TP391

A

1673-9000（2017）05-0168-02

2017-08-14

王宇佳（1985-），男，陜西西安人，助理工程師，主要從事防汛、水利信息化工作。