新型消防應急通信無人機管控平臺設計研究

摘要：文章針對無人機應用提出一種新型消防應急通信無人機管控平臺設計方案，通過對新型消防應急通信無人機管控平臺設計需求分析，針對無人機管控平臺系統架構、拓撲、組網及技術路線進行概述，闡述新型消防應急通信無人機管控平臺設計。

關鍵詞：消防救援;應急通信;無人機;管控平臺

一、引言

我國幅員遼闊，地理、氣候條件復雜，是全球遭受自然災害最嚴重的國家之一，災害種類多、發生頻率高、損失嚴重。近年來，破壞性地震相繼發生，對通信基礎設施造成了嚴重的破壞，給搶險救災工作帶來了很大的困難。應急通信是滿足突發性緊急事件時通信需求的基礎保障，建立并完善先進的應急通信系統是面對地震等突發性緊急事件時搶險救災的重要工作內容，因此對應急通信的研究具有極其重要的意義。

二、新型消防應急通信無人機管控平臺設計需求分析

無人機作為一個集成平臺，能將人工智能、大數據、云計算、5G、傳感器等智能技術與設備融為一體，讓應急通信變得更加智能、順暢和精準。新型消防應急通信無人機管控平臺設計緊緊圍繞服務實戰業務需求，著力解決無人機的信息采集、傳輸功能，在通過綜合管理后展現匯聚信息，進而形成一套完整的信息收集、處理系統。其設計需求如下：

其一，平臺要求支持多級架構，部署在消防指揮網上，滿足部局、總隊、支隊多級部署需求，支持數據逐級匯聚上報，逐層匯聚到上層應用平臺。

其二，支持無人機飛手管理，綜合展現飛手的飛行記錄、飛行特長等飛行信息，與飛行任務相結合，形成榮譽排行。

其三，支持消防無人機設備的資產管理，維護設備的廠商信息、使用狀態，支持以圖表和地圖的形式展現資源分析情況。

其四，支持與消防圖綜平臺對接實現信息共享，可實現無人機視音頻、飛控狀態、地理位置等信息在指揮視頻系統上實時調度展現，為應急救援實戰指揮提供信息支撐。

其五，支持無人機執行飛行任務時，可通過電子地圖實時顯示無人機及飛手位置，對飛行狀況進行實時監管，并可基于地圖打點與飛手交互，便于整體指揮。

其六，單機支持無人機接入數量≥100架，支持≥100路1080P無人機視音頻并發管理，支持≥16路1080P無人機直播流的同步錄制。

其七，單機支持≥256路無人機直播流的接收或轉發，支持無人機培訓課程發布、上傳、管理、考試等管理。

三、新型消防應急通信無人機管控平臺設計方案

（一）系統架構

新型消防應急通信無人機管控平臺采用先進的MESH自組網技術，融合4G/5G公網、衛星、LTE無線專網等多種通信手段+集合可視化指揮調度管理平臺+便攜式應急通信指揮箱和電臺系統+無人機以及其他通信設備。整個系統匹配圖像綜合管理平臺的級聯部署架構，支持級聯部署，同時還支持數據之間的級聯匯聚，再逐級匯聚到上層平臺。

（二）系統拓撲

圖1為各節點設備與通信介質構成的系統拓撲圖。通過新型消防應急通信無人機管控系統，救援人員能夠通過客戶端與無人機控制器進行關聯，通過控制信號對無人機進行控制，最后再將圖像數據傳回。一般情況下，可以采用公網或者是衛星的方式進行回傳，通過智慧網傳送至指揮中心，由無人機管理服務器將各類信息數據輸送至圖像綜合管理平臺以及視頻錄像服務器中。

（三）平臺組網說明

復雜環境下開展應急通信指揮需要靈活快速地組建獨立專網，為前線人員與指揮部人員提供穩定的通信鏈路，實現現場音視頻以及數據信息的實時共享傳輸。在指揮網部署1臺無人機管理服務器、1臺視頻錄播服務器搭建無人機綜合信息管理平臺，提供無人機飛行數據匯聚、圖像接入、設備管理、飛行管理、錄播管理、培訓管理等服務。通過接入與消防圖像綜合管理平臺對接，實現指揮視頻終端可基于地圖調度無人機視音頻、飛控狀態、地理位置等信息。

無人機飛手通過手機App將飛手信息與無人機設備進行綁定，記錄匯聚飛行參數，形成飛行軌跡，并上傳平臺。無人機飛手通過飛手App可查詢飛行記錄、飛行軌跡等;查看累計飛行次數、距離、時長，機型等，以及查詢禁飛區;也可在線培訓、視頻教學、參加考試等。

系統管理員、指揮員、無人機飛手可通過Web瀏覽器訪問無人機綜合管理系統，查看無人機狀態、執行任務、飛手訓練等信息。

（四）關鍵技術路線

整個系統采用模塊化設計，可根據不同應用規模，分層逐級部署，支持以不同方式匯聚接入無人機設備信息，可根據無人機設備負載設備的不同，執行不同的作戰任務。同時，提供無人機設備的飛手管理平臺，通過運維大數據掌握無人機設備狀態、訓練時長和頻率，提高無人機操作訓練水平。

在系統的設計中，采用的關鍵技術如下：

1.圖像資源的匯聚

目前，許多消防救援隊伍開始在消防指揮調度網中接入無人機并搭載相應的音視頻圖傳設備、通信模塊，以實現圖像與聲音方面的實時傳輸。利用無人機能夠采集救援現場的全景圖像與聲音，然后將數據信息傳遞到指揮中心，并由指揮中心作出決策，是消防應急通信保障的重要組成部分。無人機視頻終端可以利用安全網閘和4G等與平臺對接，而圖像綜合管理平臺網的服務器則會從4G接入平臺得到無人機采集到的視頻、圖像等資料，并將其傳遞給流媒體分發服務器。除此之外，利用無人機技術，大大提高了消防通信的質量，且無人機技術不僅可以減少操作人員，增加點位，還可以實時同步傳輸圖像，有效提高整個應急通信系統的效率。消防應急通信無人機管控平臺圖像資源匯聚需要基于標準協議（如國標GB/T28181標準的協議）匯聚無人機設備的視音頻圖像資源的匯聚，定制如飛行數據的匯聚交互流程和數據內容標準。

2.飛控數據的獲取

在飛行數據方獲取方面，利用無人機廠商的API接口，獲取飛行過程的實時飛行參數信息，為平臺的綜合應用展示提供數據支撐。在接入方式上，支持基于無人機飛控設備SDK、國標GB/T28181、平臺等方式獲取無人機飛行數據。同時，為確保數據的完整性，系統將保留一份原始數據。此外，無人機實時顯示和記錄無人機飛行狀態數據和系統狀態數據，通過移動設備查看飛行器相機的實時高清畫面和調整相機參數。同時，還可以操控無人機進行一鍵起落、通過實時地圖隨時掌握方位，航向設定、返航鎖定、環繞、跟隨等飛行動作。

3.無人機飛手管理

提供飛手飛行記錄統計功能，通過手機APP將買手信息與無人機設備進行綁定，記錄匯聚飛行參數，形成飛行軌跡，為戰士的戰訓提供有力數據支撐。

4.與圖綜平臺對接

通過通信協議與消防圖綜平臺數字對接實現信息共享，在指揮視頻系統上實時調度展現無人機視音頻、飛控狀態、地理位置等信息，為應急救援實戰指揮提供信息支撐。并可基于地圖打點與飛手交互，提高指揮調度的效率。

5.融合二維、三維建模

系統通過對接實現與無人機制圖系統對接，無人機采集的正射影像或傾斜影像數據生成二維或三維地圖，可作為圖層在指揮視頻系統的一張圖上疊加，呈現災害現場真實情況。

四、新型消防應急通信無人機管控平臺設計

（一）平臺組織架構

消防無人機綜合信息管理系統包括一套完整頁面展示子系統，涵蓋無人機設備基于地圖的可視化態勢標注、航線管理、統計查詢、設備管理等綜合管理功能，同時提供接口，將匯聚信息提供給第三方平臺調用。平臺基于B/S架構實現，兼容主流瀏覽器。

（二）飛行統計

支持基于無人機設備和飛手的條件查詢，滿足對飛手飛行記錄的檢索功能，統計基于設備和飛手的飛行時長、飛行頻率，統籌管理設備和飛手的日常訓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行飛行詳情數據查詢，可進行日期詳情搜索。此外，在飛行統計界面，可繼續飛行統計數據查詢，包括次數、距離、時長等。

（三）設備管理

對無人機設備綜合管理 ，實現無人機設備的廠商信息、接入方式、設備類型賬號信息的建檔管理。同時為便于數據交互，無人機設備將進行國標編碼，方便第三方平臺獲取平臺數據。在“我的飛行”界面點擊左上角“二維碼掃碼按鈕”，可掃碼綁定無人機。

（四）角色管理

用戶管理基于消防無人機綜合信息管理系統的使用，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設備。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飛行過程、飛行路線進行實時記錄。可以在線對飛行軌跡進行實時的回放，伴隨經緯度信息還原飛行過程，便于追蹤、教學、請功與表彰。

五、新型消防應急通信無人機管控平臺相關設備配備

無人機能夠適應嚴苛的災害環境，具有智能控制系統，搭配不同的載荷提升作業能力，有效地進行視頻傳輸、音頻傳輸、有害氣體監測數據傳輸等，對接專用終端、可視化平臺，實現作業區域無人機、電臺終端與通信指揮車之間的無線通信，結合原有的衛星通信鏈路，搭建新的通信網絡，實現與后方指揮中心的實時交互聯系。新型消防應急通信無人機管控平臺設備配置如表1所示。

六、結束語

總之，地下建筑的復雜結構與封閉環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，會導致消防無線通信不暢，繼而影響到消防指令的有效傳達。需要明確完善地下建筑消防無線通信設備的重要性，借助高新技術發展多元化無線通信聯絡方式，確保消防更加智能化、多元化與規范化，同時提升消防人員無線通信設備使用能力，在地下建筑消防工作中能夠科學合理應用消防無線通信設備處理火情，確保生命財產安全。

作者單位：張玄? ? 南昌市消防救援支隊

參? 考? 文? 獻

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