便攜式無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用

鄒美強(qiáng)

摘 要：近年來，隨著國家低空開放政策的深入，無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，特別是多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)因其便攜性強(qiáng)、智能化程度高等諸多優(yōu)勢備受關(guān)注。基于此，本文通過查閱大量的資料，對高速公路無人機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并提出了研究方案及無人機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)，以期促進(jìn)無人機(jī)在高速公路中的優(yōu)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);高速公路;應(yīng)用

中圖分類號：U412.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0043-02

0 前言

便攜式無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作為一種有效的智能監(jiān)測手段在國外的高速公路巡檢等行業(yè)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了飛行作業(yè)的規(guī)模化、業(yè)務(wù)化，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析的智能化。無人機(jī)具有響應(yīng)速度快、飛行高度高、不受地形和交通影響等諸多優(yōu)勢，可搭載高清數(shù)字化攝像頭，非常適用于空中偵查和路況采集任務(wù)，對地面實(shí)時情況進(jìn)行清晰地拍攝，從空中將現(xiàn)場的視頻傳輸給道路應(yīng)急指揮和調(diào)度中心，有利于應(yīng)急救援部門掌握全局，正確疏導(dǎo)，為應(yīng)急救援做出貢獻(xiàn)。因此，針對高速公路突發(fā)的重大交通和危險(xiǎn)品事故，有必要研制一套高性價(jià)比、智能化程度高、具備實(shí)時高清視頻數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)距離視頻傳輸與處理的高智能化功能于一體的便攜式無人機(jī)應(yīng)急救援系統(tǒng)，以提高高速公路監(jiān)控和事故應(yīng)急能力，減少事故數(shù)量、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

1 便攜式無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路巡檢中應(yīng)用的必要性

由于高速公路的出入口少、分隔行駛及全封閉性的特點(diǎn)，一旦有事故發(fā)生，其他車輛繼續(xù)行駛就難以掉頭、分流和疏散，從而造成高速公路交通擁堵，而消防隊(duì)接警出動后往往可能會被堵在幾百米甚至幾公里之外，救援設(shè)備無法迅速到達(dá)現(xiàn)場展開救助，事故勘察和救援人員也難以快速掌握事故情況，指導(dǎo)救援行動及交通疏導(dǎo)。同時高速公路災(zāi)害事故可能直接引發(fā)火災(zāi)，即事故后沒有發(fā)生火災(zāi)，油箱破裂燃油四處流淌，起火燃燒的危險(xiǎn)性也比較大。若裝載化學(xué)危險(xiǎn)品的車輛一旦發(fā)生交通事故，可能導(dǎo)致大量有毒有害物質(zhì)外泄，嚴(yán)重威脅救援人員的生命安全，造成更大的人員傷亡。如2011年2月23日江蘇揚(yáng)溧高速鎮(zhèn)江丹徒上黨段突降團(tuán)霧，能見度不足10米，釀成11車追尾1死多傷的慘劇，事故造成近千車輛被堵，延綿約2公里長。2012年包茂高速公路一輛客車與甲醇貨運(yùn)車追尾引發(fā)甲醇泄漏導(dǎo)致輛車起火，造成36人遇難3人受傷;2015年海南高速一油罐車追尾致5人死亡;滬昆高速大霧 11車連環(huán)相撞致5人受傷。因此，高速公路交通事故應(yīng)急救援領(lǐng)域急需一種能夠快速獲取事故現(xiàn)場影像、握事故現(xiàn)場情況的技術(shù)手段，既可不受地形地貌及路況的限制，又可避免現(xiàn)場勘察人員受到二次傷害，快速、安全的將現(xiàn)場情況提供至監(jiān)控中心，輔助領(lǐng)導(dǎo)決策，為救援行動搶占先機(jī)。目前，現(xiàn)有交通監(jiān)控和救援只能依賴于交通路面巡查和定點(diǎn)攝像頭監(jiān)控等，所呈現(xiàn)的視角比較狹隘、圖像不夠清晰，事故現(xiàn)場發(fā)生交通事故時，很難獲得第一手的現(xiàn)場圖像資料。

2 便攜式無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

便攜式無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是基于高速公路事故現(xiàn)場應(yīng)急救援應(yīng)用需求，以多旋翼無人機(jī)平臺、數(shù)據(jù)鏈、任務(wù)載荷、便攜地面站和智能處理軟件為核心組成的智能監(jiān)控設(shè)備。設(shè)備利用多旋翼無人機(jī)平臺搭載的任務(wù)載荷獲取目標(biāo)區(qū)域的圖像信息，通過數(shù)據(jù)鏈將圖像高速傳輸、并發(fā)送至一體化便攜式地面站進(jìn)行實(shí)時處理和顯示，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的智能監(jiān)控。

2.1 便攜式長航時無人機(jī)分系統(tǒng)

便攜式長航時無人機(jī)分系統(tǒng)根據(jù)地面控制指令飛行至目標(biāo)作業(yè)區(qū)域，利用其搭載的光電傳感器獲取目標(biāo)區(qū)域的圖像信息，并通過數(shù)據(jù)鏈設(shè)備將圖像信息發(fā)送至便攜式地面站進(jìn)行實(shí)時處理和顯示，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的遙感監(jiān)測，另外，通過地面增加3G通訊設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。便攜式長航時無人機(jī)平臺采用一體化開模機(jī)身、短軸距小型化設(shè)計(jì)，機(jī)臂可折疊收藏，提高了運(yùn)輸效率，根據(jù)任務(wù)需求可搭載可見光攝像機(jī)、微單相機(jī)，可實(shí)時獲取目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)，并保存于機(jī)載存儲設(shè)備和地面存儲設(shè)備中。

2.2 應(yīng)急監(jiān)測指揮車分系統(tǒng)

應(yīng)急監(jiān)測指揮車分系統(tǒng)由SUV越野車平臺改裝而成，具有無人機(jī)運(yùn)輸、衛(wèi)星通信、3G/4G無線傳輸、智能數(shù)據(jù)處理和視頻會議等功能。應(yīng)急監(jiān)測指揮車分系統(tǒng)集成了高速3G/4G無線實(shí)時視頻傳輸系統(tǒng)，可將無人機(jī)拍攝的圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，當(dāng)現(xiàn)場不具備3G/4G傳輸條件時，也可通過車載的衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，衛(wèi)通系統(tǒng)為車載型靜中通衛(wèi)通設(shè)備，支持一鍵對星，可快速部署，滿足及時通信的需求。視頻會議系統(tǒng)可通過車上的通信系統(tǒng)與監(jiān)控中心或者其他的應(yīng)急監(jiān)測指揮車進(jìn)行視頻會議。

3 便攜式無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

便攜式無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化開模設(shè)計(jì)，具有集成度高、便攜性好、智能化程度高等特點(diǎn)，該系統(tǒng)具備以下創(chuàng)新點(diǎn)：

3.1 自主避障

系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制算法.可實(shí)現(xiàn)一鍵自主起降和自主避障功能。當(dāng)飛行器遇到障礙物時，可以自主識別障礙物并進(jìn)行躲避，在航跡模式下在遇到非大型障礙物時，可自主重新規(guī)劃航跡，實(shí)現(xiàn)飛行器在水平和垂直方向的智能控制。

3.2 高速 3G/4G無線傳輸

由于監(jiān)測系統(tǒng)往往需要高分辨圖像予以支撐，因此擬采用2M以上的數(shù)據(jù)鏈對如此大容量的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。但現(xiàn)有的普通3G/4G無線網(wǎng)卡不能支持大數(shù)據(jù)量的信息實(shí)時有效傳輸（一般小于1M）。本項(xiàng)目提出基于逐包分拆和負(fù)載均衡的移動數(shù)據(jù)無線接入技術(shù)，通過多卡集成，最大限度提高帶寬利用率，達(dá)到傳輸碼率要求。同時為了保證服務(wù)器的運(yùn)算速度，采取負(fù)載均衡策略，避免單個無線網(wǎng)卡負(fù)載過重的不良影響，為無人機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸提供有力支撐。

3.3 基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的高清視頻傳輸

通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)傳輸高清視頻（1080P）技術(shù)，在當(dāng)前國內(nèi)衛(wèi)星通信領(lǐng)域?qū)儆诩夹g(shù)難點(diǎn)，通過H.265視頻編解碼技術(shù)、TCP加速技術(shù)、新一代VAST系統(tǒng)Anovo2.0等技術(shù)的有效結(jié)合，突破常規(guī)技術(shù)限制，有效提高通信系統(tǒng)傳輸?shù)膸捙c傳輸效率，最大效率使用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源，使得無人機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸能力得到有效提升，為無人機(jī)應(yīng)急飛行任務(wù)提供強(qiáng)力保障，使后方人員可以更為詳細(xì)的了解現(xiàn)場狀況，以便做出最準(zhǔn)確及時的指揮決策。

4 結(jié)語

無人機(jī)可鳥瞰地面車流實(shí)況，有利于道路管理部門掌握全局，通盤指揮和正確疏導(dǎo)，為解決道路阻塞等問題做出貢獻(xiàn)，同時無人機(jī)可搭載喊話器、報(bào)警器、交通指揮信號燈等不同任務(wù)模塊，在路政執(zhí)法人員到達(dá)現(xiàn)場之前更快的到達(dá)現(xiàn)場，執(zhí)行調(diào)度指揮任務(wù)：交通管理人員可以通過無人機(jī)搭載交通管制設(shè)備直接對現(xiàn)場交通進(jìn)行指揮疏通。本研究所研發(fā)的無人機(jī)應(yīng)急救援系統(tǒng)的使用，可提高交通事故處理效率，加強(qiáng)高速公路巡邏，提前預(yù)警道路擁堵，為高速公路突發(fā)情況的處理爭取時間，避免連環(huán)安全事故的發(fā)生和人員傷亡。高速公路管理部門能夠更好地對道路情況進(jìn)行管理，保證公路順暢，保障車輛順利通行，減少車輛擁堵時間，降低車輛的時間成本、燃料消耗和車軺消耗等行車產(chǎn)生的客觀物質(zhì)消耗，避免資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)更好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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