基于“北斗+手勢識別”的疫情環境下社區輔助管理無人機

趙子弈　李少博　何子飛　盧繼衛

摘要：現今全球疫情形勢仍然嚴峻，社區防控是防止疫情擴散的必要措施。傳統的社區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”的疫情環境下社區輔助管理無人機的方案，將北斗導航系統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，采用手勢控制實現良好的人機交互，降低了傳統遙控器可能造成的接觸感染風險。方案使用北斗導航系統作為定位核心、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;社區管理

1.緒論

社區防控是防止疫情擴散的第一道防線，也是外防輸入、內防輸出的最有效防線[1]。環顧當今全球局勢，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激烈，北斗衛星導航系統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于社區管理具有節省資源、提高效率、促進北斗導航系統應用等重要意義。

2.方案設計

2.1總體介紹

疫情下的社區封閉式管理往往需要防疫人員對社區居民進行溫度測量、遞送物品以及信息傳達等工作。基于“北斗+手勢識別”的社區輔助管理無人機系統可實現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，利用北斗衛星導航系統提供的位置數據實現對社區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防疫任務。

2.2實現方法

利用手勢控制無人機進行社區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，通過對現有技術的調研，我們給出了以下實現方案。

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端的信息交互實現地面對無人機平臺的間接控制。

北斗系統提供的社區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、角度等相關飛行數據反饋回地面，進而實現地面對無人機的實時定位導航控制。

2.2.2手勢控制

社區管理過程中，無人機通過定位導航到達目的地后需要進行姿態或位置調整完成防疫任務。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

實現遞送功能還需研究飛機載重飛行的能力，由于更大質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域，可以在無人機上加噴灑設備來實現噴灑功能。

2.3系統組成與協作方式

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

3.總結與展望

本方案將北斗衛星導航系統創新應用于社區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，豐富了北斗衛星導航系統的應用場景、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，但隨著無人機產業的發展和北斗導航系統應用的越發成熟，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.智慧家庭醫生優化協同模式在新型冠狀病毒感染疫情防控期間社區居民健康管理中的應用[J].中華全科醫師雜志，2020（05）：379-382.

[2] 湯金.基于北斗的無人機高精度自主導航與監控技術研究[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軌跡跟蹤控制[J].微特電機， 2020，48（09）：39-44.