基于MissionPlanner的無(wú)人機(jī)智能搜救系統(tǒng)設(shè)計(jì)

解振華

摘 要：我們通過(guò)飛行任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)來(lái)確定化學(xué)危險(xiǎn)源的范圍，再通過(guò)機(jī)械視覺(jué)和嗅覺(jué)采集現(xiàn)場(chǎng)信息并與預(yù)先值進(jìn)行比對(duì)確定危險(xiǎn)的位置，最后無(wú)人機(jī)通過(guò)工作人員攜帶GP發(fā)射模塊對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行跟蹤拍攝，將情況發(fā)送地面站，供指揮再?zèng)Q策，從而形成閉合的智能搜救系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)源地面站；無(wú)人機(jī)；智能；搜救

0 引言

天津特大爆炸案是所有人心中揮之不去的陰霾。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷成熟發(fā)展，無(wú)人機(jī)在諸如化學(xué)物品爆炸泄漏等危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)的搜救過(guò)程中發(fā)揮著日益重要的作用。傳統(tǒng)上我們主要采用人為控制的無(wú)人機(jī)方法進(jìn)行偵察，但是存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）由于飛手在場(chǎng)外，又不熟悉搜救環(huán)境，很容易對(duì)搜救路線產(chǎn)生判斷失誤；

（2）飛手往往采取第一視覺(jué)飛行，視野會(huì)受到限制，無(wú)法發(fā)現(xiàn)掩蓋在廢墟下的危險(xiǎn)品；

（3）飛手的專業(yè)素質(zhì)、精神壓力、搜救經(jīng)驗(yàn)都對(duì)搜救活動(dòng)產(chǎn)生不同程度的影響。

本文將探求以MissionPlanner開(kāi)源地面站為平臺(tái)，建立一款新型智能自主的搜救系統(tǒng)，具有高度自主，操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉等特點(diǎn)。

1 基于MissionPlanner內(nèi)容的任務(wù)規(guī)劃模塊

MissionPlanner是APM開(kāi)源地面站，具有強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)性能。對(duì)于在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)搜救的問(wèn)題，我們可以利用MissionPlanner的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)在地圖上方便地標(biāo)記需要偵察的危險(xiǎn)點(diǎn)，并可以在各個(gè)巡查點(diǎn)設(shè)定無(wú)人機(jī)的飛行高度、飛行狀態(tài)、懸停時(shí)間等。通過(guò)這些巡查點(diǎn)便能夠?qū)⑽ｋU(xiǎn)源的范圍圈定出來(lái)，進(jìn)而確定無(wú)人機(jī)需要巡查路線，使得搜救指揮決策更為順暢。

2 機(jī)械視、嗅覺(jué)信息智能采集處理模塊

當(dāng)無(wú)人機(jī)在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡查，會(huì)面對(duì)不同位置的危險(xiǎn)物：

（1）對(duì)于地表的危險(xiǎn)物，通過(guò)機(jī)載的攝像頭不斷采集現(xiàn)場(chǎng)的圖像，并將圖像發(fā)到地面站不斷進(jìn)行圖像匹配識(shí)別，若與事先確定的危險(xiǎn)源相配對(duì)，無(wú)人機(jī)便會(huì)將危險(xiǎn)源的GPS坐標(biāo)回傳地面智能報(bào)警平臺(tái)上（圖1），報(bào)警平臺(tái)也會(huì)相應(yīng)的進(jìn)行報(bào)警。

（2）對(duì)于地表以下的危險(xiǎn)源，我們可以通過(guò)嗅覺(jué)傳感器對(duì)空氣中揮發(fā)的化學(xué)氣體濃度進(jìn)行比對(duì)識(shí)別，若濃度高于設(shè)定值，同樣會(huì)將危險(xiǎn)源坐標(biāo)傳到地面報(bào)警平臺(tái)。平臺(tái)會(huì)將收到的GPS坐標(biāo)記錄下來(lái)，供接下來(lái)地面人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行專業(yè)處理。

3 GPS實(shí)時(shí)跟蹤模塊

發(fā)現(xiàn)化學(xué)危險(xiǎn)源的位置后，工作人員可以進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行處理了。這時(shí)候我們的地面人員可以攜帶配有GPS發(fā)射器的無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤模塊進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)數(shù)傳模塊將GPS接收器接受的人員所處位置的GPS坐標(biāo)不斷地發(fā)給無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)則會(huì)根據(jù)得到的坐標(biāo)對(duì)工作人員實(shí)時(shí)跟蹤，并將工作現(xiàn)場(chǎng)的情況發(fā)送到地面站，為指揮人員提供分析決策的依據(jù)。

基于以上3個(gè)模塊我們就基本構(gòu)建了一個(gè)基于MissonPlanner地面站的無(wú)人機(jī)智能搜救系統(tǒng)（圖2）。我們通過(guò)飛行任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)來(lái)確定化學(xué)危險(xiǎn)源的范圍，再通過(guò)機(jī)械視覺(jué)和嗅覺(jué)采集現(xiàn)場(chǎng)信息并與預(yù)先值進(jìn)行比對(duì)確定危險(xiǎn)的位置，最后無(wú)人機(jī)通過(guò)工作人員攜帶GPS發(fā)射模塊對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行跟蹤拍攝，將情況發(fā)送地面站，供指揮再?zèng)Q策，從而形成閉合的智能搜救系統(tǒng)。

4 總結(jié)

本文探討了通過(guò)以開(kāi)源地面站MissionPlanner為基礎(chǔ)，編寫了地面報(bào)警平臺(tái)，并融合了圖像匹配、氣味對(duì)比等機(jī)械智能算法，構(gòu)建閉環(huán)控制的無(wú)人機(jī)搜救系統(tǒng)。能夠克服傳統(tǒng)依賴飛手進(jìn)行搜救帶來(lái)的時(shí)間長(zhǎng)、誤差大、成本高的缺點(diǎn)，對(duì)無(wú)人機(jī)參與復(fù)雜情況的搜救活動(dòng)具有啟發(fā)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]臧克，孫永華，李京，等.微型無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在Hazus-MH汶川地震中的應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2010，（3）：162-166.

[2]洪亮，周志城，方敏，等.低空無(wú)人機(jī)行攝平臺(tái)的探索與實(shí)踐[J].繪制地理信息，2013，38（3）：77-79.

（作者單位：陸軍航空兵學(xué)院）