基于LTE的無人機圖傳網

尹軍祖

【摘要】? ? 本文分析了警用無人機的應用現狀，提出了無人網圖傳網的設計方案，討論了無人機的安全設計和網聯無人機的幾種應用場景。構建基于4G LTE專網技術的無人機圖傳網，不但可以實現無人機的統一管理控制，而且可以提高各警種的辦公執法效率，提高應急指揮決策的能力水平，因此可有效地維護社會的安全與穩定。

【關鍵詞】? ? 無人機? ? LTE專網? ? 圖傳網? ? 低空空域

引言：

近年來，由于無人機使用成本低，有更大的技術和戰術優勢，應用范圍更廣，能夠滿足警務任務的許多特殊需求，無人機在公共安全領域專業應用得到迅猛發展。通過無人機開展智能化場景應用有了廣泛的基礎，有效解決了一些公安工作中“警力不足智力補”的任務[1]。在反恐處突、大型活動安保、群體性事件處置，以及交通、治安、刑偵、刑技、網安等專業警鐘領域發揮了良好的社會和經濟效益。

警用無人機的應用目前主要采用單點工作模式：出警時，無人機靠車輛裝載運輸到事發現場，再由警務人員現場放飛，現場控制。這種模式存在以下缺點：一是反應慢，接到指揮中心指令后攜帶無人機到現場，由于受交通，地理等因素影響，警務人員到達現場耗時長。二是距離短，無人機最大飛行距離一般不超過1公里，無法大范圍執行任務。三是干擾大，一般采用800M或2.4G頻譜承載飛控及圖傳，信號無加密，不同無人機系統間存在干擾風險。四是飛行管控難：管控困難主要是政策方面的管控而非技術管控，比如存在“黑飛”問題等。

前述缺點導致當前的警用無人機執法應用中存在以下兩個問題：一是無法做長距離的飛控，無人機需要通過車輛運輸到現場才能放飛，不能做到快速到場的應急處置，不能做超視距的飛行追蹤。二是點對點控制無人機時，無法與指揮中心聯動，無法與現有的警用系統（如GIS）做很好地結合，難以做到無人機系統和地面的警力的高效協作。因此改進無人機單點工作模式，探索采用新的無人機工作模式成為當務之需。

一、無人機圖傳網建設必要性

公共安全領域信息化建設是未來警力提高，政務效率提升的主要方式， 警用無人機視頻傳輸系統的部署和無人機的應用將給公共安全部門帶來極大的業務價值，主要體現在：

1.1深化社會管理創新的迫切需要

視頻監控已成為加強社會管理創新的一個重要途徑，大力推進視頻監控設施建設，積極整合各類視頻監控資源，可極大地推動社會管理創新工作的深入開展。但就目前公安視頻監控系統的建設和應用水平看，離深度應用還有一定距離，如空中對地面圖像信息資源較少、圖像信息聯網共享范圍有限、圖像信息和其他社會管理工作的關聯度低、智能化應用水平低等。為進一步提升社會管理能力，客觀上就要求大力推進無人機視頻監控綜合智能化的建設，以解決條塊分割、部門壁壘和信息孤島等問題，進一步提高視頻監控圖像信息的鮮活程度。

1.2提升應急指揮決策能力的必然要求

警用無人機視頻圖像信息具有及時、準確、動態、直觀的特點，成為信息化條件下為各級指揮中心及時準確作出部署的重要決策依據，達到了快速處置各類應急突發事件、提升城市綜合管理能力的效果。在安保以及處置各種應急突發事件中，綜治、應急、公安和有關部門都已經普遍利用視頻圖像信息開展本部門業務工作，對視頻圖像信息的需求量越來越大，使其成為指揮決策的重要依據[2]。因此，可以利用警用無人機圖像信息資源，切實提高應急處置指揮決策能力。

1.3服務于經濟建設與社會發展的需要

構建無人機圖傳網不僅是為了打擊犯罪、解決社會穩定，而且也是為經濟和社會發展提供廣泛服務的迫切需要。從目前的無人機應用看，雖已取得了一定的成績，但仍有許多信息資源尚未開發，已開發的資源中還有一些不能實現共享，影響了信息資源的充分利用。而上述問題正是需要通過對行業視頻監控信息化的深入應用來加以解決。

1.4加強警用無人機有效管理的需要

隨著無人機的廣泛應用，無人機的數量越來越多，為滿足對無人機管理的需要，構建一個警用無人機視頻監控的全局性系統，通過協調各方發展需求，兼顧綜合目標，結合現有公安視頻監控系統，進行系統規劃、策劃、設計和建設，搭建一套滿足警用無人機使用的網絡平臺，實現全體警用無人機監控、管理和指揮調度。

二、無人機圖傳網方案

2.1 警用無人機圖傳的需求分析

根據警務工作對于無人機的應用需求，我們希望無人機能和指揮中心密切結合。因此需要由原來單點無人機工作模式升級到網聯無人機管理模式。具體說就是指揮中心接警后，可以遠程控制無人機起飛，無人機飛赴作業現場，采集圖像視頻直接回傳指揮中心。其特點一是空域一體化，無人機飛行距離不受限，遠程控制中心操控無人機;二是專網專用，采用專用的無人機圖傳網承載視頻、數據、語音、控制信令等信息，實現連續不間斷的視頻回傳;三是安全管控，由指揮中心統一管理警用無人機，無人機的調用、起飛到降落都納入無人機圖傳網絡統一控制，避免了無人機的各自分散管理狀態[3]。

2.2 無人機圖傳網部署

無人機圖傳網采用4G LTE專網集群技術，可以在整個專網覆蓋范圍內構建4G LTE警用無人機圖像傳輸系統，實現50m以上低空飛行區域和指定起飛點無人機起降區域的圖像傳輸信號的覆蓋，實現警用無人機能在50m以上低空空域進行視頻回傳。在頻率選擇上，采用1430-1438Mhz警用無人駕駛航空器及直升機專用頻段，也可以在1430-1445Mhz專用對空覆蓋頻率內根據需要靈活選擇不同頻率帶寬。由于圖傳網主要覆蓋的是50米到500米范圍內的低空區域，其對于周邊通信系統無干擾，專用頻段頻率干凈無干擾，同一網絡內的無人機之間互不干擾[4]。

警用無人機圖傳網整體部署如下圖1所示。

圖傳網基站：在高樓上，利用公安現有的通信站址或是運營商的站址，建設1.4G圖傳網基站，實現市域空域覆蓋。

圖傳網核心調度系統：可以部署在公安視頻專網的核心網機房，與圖傳網基站通過光纖或專線連接，提供核心交換和業務調度功能。

無人機起降點：無人機的起降點一般設在公安警航中隊，由無人機操作人員負責無人機的起飛和降落的控制工作。

指揮中心控制臺：利用1.4G 無人機圖傳網，在指揮中心實現對無人機的遠程飛行控制、視頻回傳、云臺控制、高空喊話等業務服務。

指揮中心大屏：將無人機回傳的實時圖像視頻、無人機的狀態信息在指揮大屏上顯示，進行指揮調度。

2.3 圖傳網的無人機安全設計

利用圖傳網控制使用無人機時，為了防止使用中出現各種異常情況造成警務人員和人民群眾的生命財產安全事故，可對入網的無人機進行如下安全功能設計：

1.導航模式自動檢測切換。當無人機導航系統被干擾時（GPS、北斗、伽利略、格倫納斯），無人機自動切換至定高模式，避免無人機定位不準導致飛機失控墜機，造成財產損失。

2.無人機自帶降落傘裝置。當檢測到無人機傾角超過規定或者自由落體時，降落傘自動打開降低飛機落地速度，保障無人機和人員的安全。

3.低電量自動返航。無人機執行任務過程中，當電量低于安全閾值的時候，無人機自動啟動返航程序，自動返回起飛地點

4.信號斷鏈返航。無人機飛行地圖擁有飛行區域內建筑物相對高度，規劃航線時自動避開對應的高層建筑;當傳輸信號不穩定的時候，無人機自動提升至當前區域的安全高度，然后自動啟動返航程序。

5.最大姿態修正。當在大風天氣或者外力干擾較大時，無人機機自動調整最大姿態，防止震動系數過大導致無人機傳感器數據錯誤，避免無人機失控。

除了上述幾點之外，還可以進行無人機動力冗余設計、自動避障設計、低延時控制等，從而保障無人機在執行飛行任務時的安全性。

三、圖傳網環境下無人機工作過程

根據前述圖傳網絡的特點，無人機工作過程可分為4個環節：

3.1無人機起飛

無人機在起降點起飛，由專業無人機操作人員負責無人機的起飛。如果起降點有1.4G警航圖傳網絡覆蓋，則可以采用1.4G網絡進行無人機起飛的控制。如果沒有1.4G警航圖傳網覆蓋，則可以采用無人機2.4G頻率進行無人機的起飛控制操作。

3.2無人機接入1.4G圖傳網

無人機在起降點升空后，進入1.4G LTE警航圖傳網覆蓋范圍，則無人機通過1.4G通信模塊接入到1.4G LTE警航圖傳網，指揮中心可以監控到該無人機已經接入到警航圖傳網，可以對其進行控制。在升空過程中，無人機存在被地面起降點控制臺和指揮中心控制臺同時控制的情況，可以根據預先設定的無人機控制策略，決定由指揮中心遠程控制或是地面起降點進行控制。

3.3指揮中心遠程無人機控制

無人機接入到警航圖傳網后，指揮中心控制臺可以對無人機進行遠程控制，實現各種業務操作，主要業務操作有：無人機飛行遠程控制，預定線路自動飛行控制，無人機實時視頻回傳，無人機云臺遠程控制;還可以根據無人機不同功能實現一些特殊控制，比如指揮中心控制臺可以遠程操控無人家實現高空照明、高空喊話進行人群疏散;操控無人機發射裝置，發射催淚彈、煙霧彈、爆震彈等進行人員驅散;操控無人機空中發射抓捕網，抓捕不法分子等。

3.4無人機降落

指揮中心控制臺可以設定無人機的降落點，無人機根據指揮中心設定的降低點，無人機飛至降落點，實現自動降落或操作人員接管無人機的降落。

四、無人機圖傳網應用場景

利用圖傳網和無人機，警方可以掌握全局，視野全面，實現360o無死角監控，彌補固定監控及人員巡查死角;不受交通與地理情況影響，高效獲取精準的現場信息，進行快速決策與行動;可以應對多種復雜環境，全天候執行任務，保障工作安全性，降低風險;同時利用無人機可以掛載種類豐富的設備，實現多種警務應用場景訴求和工作需要。

4.1交通巡查執法

城市路網密集，交通繁忙，關鍵交通節點比如高架橋、立交橋等一旦出現事故，整個相關道路就會出現交通擁堵，交警趕赴現場執法取證往往成為一個難題。交警采用無人機搭載攝像頭和喊話器，進行高空視頻事故監控、事故車輛識別、和事故現場取證，同時進行交通實時疏導和指揮，不用到事故現場就可以進行事故處理和交通指揮，極大提升了執法效率。采用無人機實現高架定線巡航，可以從高空實時監控整個市區的交通情況，為交警指揮中心提供全域監控，提升交通疏導效率。

4.2水域巡查救援

有的城市河域和近海域面積較廣，海警人員采用無人機可以實現水域的高空視頻巡察，及時發現各種事故和異常情況。 一旦出現水域事故時，可以通過無人機實現事故現場的實時視頻回傳，便于指揮中心指導事故救援;也可以采用無人機搭載熱成像儀、喊話器、探照燈和救生衣等設備，靈活機動快速處置水域突發事件，提升水域救援和執法的效率。

4.3社區民警日常巡查

警務人員采用無人機實現高空小區智能監控和疫情監控;無人機機載熱紅外探測儀夜間安全巡查;無人機搭載喊話器普及安全意識、普法宣傳和疫情宣傳等，高效可靠，減輕警務壓力，極大提升執法辦公效率，保證居民人身財產安全。

4.4反恐處突

當發生恐怖襲擊或突發事件時，采用無人機快速實現高空監控，實時回傳現場音視頻信息;采用機載喊話器，對地面人員進行喊話警告驅離;利用無人機搭載四合一防爆彈發射裝置，可發射催淚彈、煙霧彈、爆震彈等，用于恐怖行為、非法集會、聚集斗毆等進行驅散;對于恐怖分子，可空中精準發射抓捕網，防止不法分子逃脫，進行抓捕[5]。

4.5重大活動安保

隨著中國經濟的快速發展，對外交往日益頻繁，每年會舉辦各種類型的大型活動，如：國際性運動會、馬拉松賽等大型賽事。無人機和圖傳網在重大活動安保中發揮重要作用，實現重大活動全區域高空視頻連續不間斷的實時回傳，指揮中心可以實時掌握全局，對各種異常情況的快速響應，極大提升了重大活動安保效率。

五、結束語

通過構建無人機圖傳網改變無人機的單點工作模式，通過圖傳網對無人機進行統一調度、控制和圖傳。可以實現交通事故的無人機出警，極大提高事故的處理效率;實現重點地區的無人機日常治安巡邏和刑事偵查，實現大型活動時對活動區域態勢的實時空中監控等;由此大大提升公安機關辦公執法效率，大大提高指揮中心的事件處置速度，這對于提高警務效能，優化警務模式，維護社會的安全與穩定具有積極意義。

參? 考? 文? 獻

[1]冷川川，郭中華，米榮奎.我國公共安全與應急無線通信發展趨勢及全融合通信指揮調度網絡[J].警察技術，2018，168（3）：34-37.

張鑫，唐寅.公安無線現場應急指揮調度應用解析[J]. 數字通信世界， 2016（10）6-10.

[3] 陳福連.情指行合成作戰體系改革的探索與思考—以紹興市公安局為例[J].浙江警察學院學報，2018，167（3）：106-110.

[4] 孫鵬飛，宋振蘇，于洋.專網物聯網技術研究[J].移動通信，2018，42（7）：92-96.

[5] 馮卓.新形勢下公安機關情報指揮一體化的探索實踐與完善策略[J]情報探索，2019，1（7）.