大华无人飞行器在边防领域的应用展望

2017-02-13 09:56:02

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    一、行业背景
    随着GPS、计算机与无线通讯、数字相机,以及IMU(惯性测量装置,用来测量无人机的速度、方位及加速度)的不断发展,无人机的技术已经逐步成熟了。无人机具有操控简单,灵活度高、机动性强的特点,能够携带一些重要的设备从空中完成特殊任务,比如空中监视、空中喊话、空中监测、紧急救援等。
    我国共有陆地边界线约22000多公里,分别与14个国家接壤,其中有2/3的边境线是高山大漠。针对我国边境线出入境人流量大,走私偷渡等犯罪活动严重的情况,客观上要求边防部门执行任务的距离远,反应的速度快。
    传统的边防监控多以人工监控的方式进行、比如站岗、瞭望、巡逻等。但由于边防区域地理位置复杂,无人值守边防站现场、出入境口岸现场等边境监控重点区域分布较广,且与监控中心距离较远,造成有线网络利用上的不便,使得传统监控一直未能很好地满足边境监控的需求。无人机技术的快速发展,使边防监控系统科技化、智能化发展成为可能。
    二、技术标准
    2013年,中国民用航空局(CAAC)下发《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》,业界普遍认为这代表着迈出了无人机规范管理迈出了第一步。
大华无人机产品解决方案的设计以国家、行业相关规范和标准为设计标准及依据,主要依据和要求如下:
· GJB 2347-1995  无人机通用规范
· GJB 6724-2009  通信干扰无人机通用规范
· GJB 3060-1997  无人机电气系统通用规范
· GJB 5433-2005  无人机系统通用要求
· GJB 5434-2005  无人机系统飞行试验通用要求
· GJB 5435-2005  无人机强度和刚度规范
· GJB 5201-2003  无人机飞行控制与管理系统通用规范
· GJB 2023-1994  飞行控制计算机通用规范
· GJB 150.18A  军用装备实验室环境试验方法第18部分:冲击试验
· CH/Z 3002-2010  无人机航摄系统技术要求
· CH/Z 3005-2010  低空数字航空摄影规范
· GA/T 645-2014  安全防范监控变速球形摄像机
· GB/T 28706-2012  无损检测 机械及电气设备红外热成像检测方法
· GB 9254  信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法
· GB/T 17626  电磁兼容 试验和测量技术
· CH/Z 3005  低空数字航空摄影规范
· CH/Z 3002  无人机航摄系统技术要求
    三、大华无人机系统概述
    2.1 组网架构
 图1.无人机系统组网拓扑
    无人机系统主要是通过远距离无线图传技术将云台相机的图像实时传输到地面站。通过数传技术将无人机的各项飞行数据传输到地面站,同时进行航点、航线等远程控制。遥控通道主要用于一体式遥控器手动操控无人机。
    一体化遥控器集遥控显示功能于一体,既可以直接进行手动操控,并在7寸触摸屏上查看云台摄像机图像;也可以设置飞行线路和飞行任务等。
    指挥中心人员可以通过大屏电视墙或者客户端电脑查看无人机的实时图像,以便根据现场情况及时、准确地进行指导和指挥。
    2.2 系统组成
 
 
图2.无人机系统各组成部分
    无人机系统由飞行平台、飞机负载和地面站三大部分组成。其中,飞行平台主要是无人机机架部分,包括导航、飞控、动力、电源等;飞机负载由云台和相机组成,相机可选择可见光或热成像相机,并预留多种接口;地面站系统有一体化遥控器和地面站组成,主要用于对无人机的控制。
    2.2.1 飞行平台
    飞行平台主要由以下各模块组成:
    导航模块可以定位无人机的实时位置,设计使用GPS模块;
    飞控就是无人机的飞行控制系统,主要有陀螺仪(飞行姿态感知),加速计,以及控制电路组成。主要的功能就是自动保持飞机的正常飞行姿态。
    动力系统中电机带动螺旋桨可为无人机提供动力,通过改变四个电机的转速,可以控制无人机进行前后、左右、升降以及旋转和翻转等动作。
    电源模块可以为无人机飞行、云台的旋转控制,以及数据传输模块等提供能源保障。
    图传和数传是无人机与地面站建立通讯的传输通道,用于传输视频数据和飞行数据。
    飞行平台特点
    2.2.2 飞机负载
    云台设计为三轴增稳云台,支持俯仰、平移、横滚3个维度的运动,内置姿态传感器和图像稳定系统,不管是无人机本身的抖动还是俯仰、横滚时,云台都能够保持稳定,进而保证相机图像的质量。
    云台设计为可拆卸,可根据现场环境需要选择可见光或热成像的摄像机,或者其他挂载。云台相机内置MicroSD卡槽,以保障图传链路出现故障时仍能不间断进行录像。
    飞行负载特点
    2.2.3 地面站
    地面站系统由一体化遥控器和地面站组成,一体化遥控器内置7寸电容式触摸屏,不仅可以显示无人机的各项飞行数据,也可以在地图模式下显示无人机的位置,或者显示云台相机的实时图像。并且可以和传统地面站一样设置航点、规划航行线路等。
    地面站可以将无人机的图像和相关数据实时传输到地面指挥车或后台管理中心,以便指挥人员了解情况进行决策。
    地面站特点
    2.3 系统特点
    2.3.1 智能飞行
图8 智能飞行选择模式
    2.3.2 安全保障
    四、应用价值
    近十几年以来,人民解放军为驻守在气候恶劣的雪域高原地区的边境巡逻部队,配备了巡逻直升飞机、雪地摩托、多功能视频卫星通讯巡逻车等现代化的新装备;为有界河、界湖水上守备任务的军队,配备了冲翼快艇、特种新型巡逻艇、水上摩托等装备;为边疆海岛驻军和海警配备了新型海上勤务艇、有直升飞机携载能力的1000多吨警备艇、观察直升飞机等新装备。但是在我军的特殊边境(高海拔、高原、雪山、远离大陆的海岛、无人区等)巡逻直升机无法到达的高度,只有靠战士徒步或者骑马数天甚至数十天才能到达,在一些路途坎坷、环境恶劣、气候多变的边境线,给巡逻官兵带来了生命的威胁,也有官兵为此还献出了宝贵的生命,自1980年以来,已有471名官兵因公牺牲。
另一种常用的高科技手段就是建立一套完整的网络系统,利用无线传输技术,在各处放上无数的摄像头,来达到监视目的。但是这样也要花费大量的时间与金钱,并且后期设备维护麻烦。
无人机在边防巡逻,警备执勤和驻边值守的应用,目前正处于深入业务应用并逐步落地的阶段,主要表现在以下3个方面:
    1、迫切性:在发生紧急巡逻任务,而传统手段无法快速完成作业的情况下,迫切需要一种新的手段可以深入现场,了解实时情况;在如边境线恶劣地形条件等一些人车不方便通过或巡逻成本高的地方,迫切需要一种新的作业手段来提高效率、降低成本…而无人机,正是满足这样需求的一种设备!
    2、普遍性:云南鲁甸地震、天津港爆炸都使用了无人机参与灾后救援,湖南、陕西、新疆等多地使用无人机进行电力线路巡检,广州、三亚交警使用无人机抓拍交通违法行为……可以说,无人机现在早已不是应对突发事件偶然使用的产品了,它越来越多的应用于应急和巡逻场景,并且具有很大普遍性和可复制性。
    3、专业性:目前市面上大多数的普通无人机仅仅是通过挂载摄像机来获取视频信息,并且只在地面站进行查看。不少用户在购买之后发现无法接入指挥调度中心,或与其他系统进行联合作业。这也是目前民用无人机与行业无人机最大区别。
    侦查巡逻
    就常规边防线巡逻检查而言,传统的徒步、骑马、摩托化已经无法满足我军边防灵活机动部署的任务,任务距离远,反应速度快是目前我军对边防领域的迫切要求。而小型无人机的部署可以完成这一任务。大华无人机巡航半径约10公里,起飞高度5000米,通过规划巡逻路径,地面操作人员可以在地面站完成无人机自动巡逻并实施反馈沿途监控画面,通过自身的存储设备,完成整个线路的监控与记录。如发现异常,我军巡逻人员可通过传统交通工具第一时间赶赴现场,做到有案件必出兵,出兵必有效的目的。
    警告威慑
    当我方边境执勤人员通过传统监控手段发现有非法越界或侵占行为时,通过我无人机系统第一时间起飞,飞赴事发现场上空,大华无人机最大起飞重量21.6公斤,通过搭载的高音喇叭或扬声设备循环播放驱离警告音频,及现场视频取证。这使得我边防执勤人员可以在无法进入的湖泊,河流,田地等复杂地形进行边境执法与主权声明。
    中继通讯
    在山区或远距离执行任务中,经常出现由于地面站信号轻度不够导致无人机信号丢失情况,为了解决这一难题,我无人机研发团队提出另外一套解决方案:在山区时,用一台无人机作为信号中转站,在地面监控点上空,与执行任务的无人机同等高度盘旋。从理论上来说,监控点上方的无人机作为无线电信号中转站,我们称为中继机,能保持地面监测与任务中的无人机信号畅通。这样提升了信号发射高度,增加了任务无人机飞行距离及作战半径。
    大视域定点监控
    针对我过边境线地域辽阔等特点,目前急需一种高空实时监控的方式,从空中定点监控所在区域局势情况,及车辆人员变化信息,大华无人机最大续航时间约1小时,可抗7级风,通过无人机升空,解决了制高点监控的问题,同时可以监控地平线所视范围内人车建筑物等情况,可以在驻地完成方圆几公里的实时监控。同时,通过高变倍相机,可在高空对目标车辆或人员进行追踪查看。
    五、应用展望
    随着经济的发展和科技的进步,无人机技术已经越来越成熟,利用无人机在边海防领域的执勤应用,不仅降低了在解放军在执勤任务中的风险,也有效的降低了我军日常执勤消耗的物资及能源,还提高了边海防工作的效率。
    目前我国军方高层及航空工业设计相关部门正在着力推进无人机班组建设、完善各类保障支撑体系,为无人机在军工行业的广泛应用做好全面准备工作,无人机将迎来全面推广应用的新阶段。大华作为国内安防行业的领军企业有义务为国家研发优秀的产品和系统,为我国的军事建设锦上添花。
 
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  • 大华
  • 飞行器
  • 边防
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