基于大頂子山庫區(qū)無人機(jī)庫區(qū)巡航應(yīng)用方案研究

程為平++安小剛++王俊文

摘要： 隨著無人飛機(jī)遙感、遙控技術(shù)的成熟，無人機(jī)巡檢、應(yīng)急監(jiān)測應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。本文主要是針對大頂子山航電樞紐水工建筑物、附屬建筑物、山體航道、及其附屬設(shè)施狀況的具體巡檢工作需求，對目前成熟、常用的無人機(jī)進(jìn)行技術(shù)選型，綜合多旋翼無人機(jī)操作簡單、機(jī)動靈活，使用和維護(hù)成本低等特點(diǎn)，并結(jié)合航運(yùn)樞紐庫區(qū)巡檢應(yīng)用場景與需求最終形成航運(yùn)樞紐庫區(qū)無人機(jī)巡檢應(yīng)用方案。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)，庫區(qū)巡航，巡檢方案

中圖分類號：S127 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

引言

交通運(yùn)輸部為了加快內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展，積極探索在山區(qū)河流航運(yùn)樞紐同步建設(shè)水電站，規(guī)劃了江河流域的航道建設(shè)航運(yùn)樞紐。松花江大頂子山航電樞紐工程是松花江航道梯級開發(fā)總體規(guī)劃中的七座樞紐之一。航電樞紐主管部門定期的巡檢工作主要是查轄區(qū)內(nèi)非法捕撈、山體樹木非法砍盜、庫區(qū)岸邊山體滑坡情況、庫區(qū)水工建筑設(shè)施健康狀況安全隱患。

1. 需求分析

非法捕撈問題主要因為電廠入水口和泄洪閘下游，水流條件復(fù)雜，非法捕撈漁船存在風(fēng)險較大，然而又屢禁不止，和主管部門打起“麻雀戰(zhàn)”；非法砍盜樹木對山體健康存在安全隱患，暴雨多發(fā)期易形成道路濕滑山體滑坡；針對水工建筑物巡檢，主要采用徒步方式，暴雨多發(fā)期是巡檢的重點(diǎn)，然而雨后巡檢道路濕滑，現(xiàn)場路況條件復(fù)雜，對于較高的水工建筑物甚至存在巡檢死角，巡檢人員工作難度大。航運(yùn)樞紐庫區(qū)面積較大，巡查周邊山體滑坡情況需駕船出行，人員費(fèi)用和船舶使用養(yǎng)護(hù)費(fèi)均是大的開銷?？偨Y(jié)出的巡檢工作的主要問題體現(xiàn)在巡檢范圍大，人力物力要求高，惡劣天氣道路濕滑巡檢環(huán)境惡劣，突發(fā)性山體滑坡等危險環(huán)境，人員安全隱患等。

隨著無人飛機(jī)遙感、遙控技術(shù)的成熟，無人機(jī)巡檢、應(yīng)急監(jiān)測應(yīng)用領(lǐng)域很廣，包括國內(nèi)主要交通干線、海事、大河、大湖等進(jìn)行全面?zhèn)刹斓?。針對航運(yùn)樞紐的巡檢工作的復(fù)雜模式，科學(xué)的無人機(jī)巡航應(yīng)用模式可以有效的規(guī)避大量人員巡檢工作量，突發(fā)性山體滑坡等危險環(huán)境作業(yè)可以很好的規(guī)避人員安全風(fēng)險；另外，無人機(jī)巡檢航拍可以有效取證非法捕撈和非法砍盜現(xiàn)象，對非法捕撈船只及非法盜伐人員有很好的警示作用。

2. 無人機(jī)庫區(qū)巡航方案研究

2.1無人機(jī)機(jī)型選擇

將無人機(jī)應(yīng)用與庫區(qū)巡檢，選擇性能優(yōu)越、適應(yīng)庫區(qū)現(xiàn)場實際需要的無人機(jī)至關(guān)重要。按照無人機(jī)飛行特點(diǎn)和機(jī)翼種類，無人機(jī)一般分為固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)三種。

固定翼無人機(jī)飛行速度快，拍攝廣距離遠(yuǎn)，載荷大，采集到的影像信息只能提點(diǎn)基本概況，起飛降落都需要比較空曠的場地，適合林業(yè)和草場監(jiān)測、比較適合林業(yè)和草場監(jiān)測、礦山資源監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，該機(jī)型適用于進(jìn)行大范圍監(jiān)測。

無人直升機(jī)相比能夠垂直起降，適應(yīng)性強(qiáng)，不需復(fù)雜的起飛與降落輔助設(shè)備，可在狹窄的場地和艦船上垂直起降。但是無人直升機(jī)的調(diào)試、操作和控制需要相對專業(yè)的人員負(fù)責(zé)，熟悉飛行控制原理，甚至要求有直升機(jī)飛行操控經(jīng)驗，以便降低無人直升機(jī)的非技術(shù)手段消耗和確保后期的保養(yǎng)維護(hù)。

多旋翼無人機(jī)特點(diǎn)在于成本低，小巧輕便，操作簡單，可代人員登打，目前均為電動，在人工遙控控制下可以現(xiàn)實精確穩(wěn)定的懸停，而且操作簡單、機(jī)動靈活，使用和維護(hù)成本低，不需要復(fù)雜的地面保障設(shè)備。因此該機(jī)型一般用于替代人力巡航，適合于承擔(dān)精細(xì)的作業(yè)任務(wù)，完成對桿塔零部件的狀態(tài)巡航。綜上，無人機(jī)庫區(qū)巡航方案的機(jī)型選擇多旋翼無人機(jī)。

2.2 庫區(qū)巡航應(yīng)用方案研究

庫區(qū)環(huán)境主要由水工建筑物、附屬建筑物、山體航道、及其附屬設(shè)施組成的，有巡檢對象多，范圍大的特點(diǎn)，結(jié)合多旋翼無人機(jī)性能特點(diǎn)。無人機(jī)巡檢系統(tǒng)主要設(shè)計包括地面站測控、數(shù)據(jù)傳輸、采集數(shù)據(jù)處理、缺陷診斷四大大主要模塊，另外二次開發(fā)附加無人飛行避障功能。

無人機(jī)在巡線前，操作人員在地面顯示器上標(biāo)注巡檢的任務(wù)點(diǎn)，按照地面控制端的路徑規(guī)劃，依據(jù)續(xù)航能力和實時路徑規(guī)劃技術(shù)對所選任務(wù)點(diǎn)進(jìn)行最優(yōu)巡檢路徑分析，并在模擬庫區(qū)地圖場景基礎(chǔ)上展示地圖路徑；巡線中控制端實時觀看無人機(jī)實時圖像并通過圖傳地面站監(jiān)測，拓展精準(zhǔn)懸停拍照功能，巡航視頻錄制后處理，可進(jìn)一步背景建模達(dá)到目標(biāo)檢測的效果。

3. 方案關(guān)鍵技術(shù)

3.1路徑規(guī)劃

路徑實時規(guī)劃技術(shù)是指無人機(jī)在飛行或懸停過程中能夠?qū)崟r的判斷當(dāng)前所處位置與所有巡檢點(diǎn)和起飛點(diǎn)的最優(yōu)飛行路徑。該項技術(shù)可以實時的向無人機(jī)操作人員傳達(dá)路徑信息，規(guī)避無人機(jī)無法返航或因擔(dān)心電量返航過早返航。

3.2 圖像數(shù)據(jù)處理

由于無人機(jī)的圖傳系統(tǒng)從檢測端到地面測控端的最大傳輸距離是理想范圍5千米，因此以地面測控端為中心，無人機(jī)在半徑為5千米范圍內(nèi)飛行可以保障拍攝到的圖像實時傳輸?shù)綔y控端。庫區(qū)非法捕撈船只大部分是漁家小船，沒有規(guī)格，外表顏色不鮮明，無法對這類船只進(jìn)行檢測。庫區(qū)巡檢其中一個主要目的只是為了取證，找到非法捕撈的船只，但從萬幀級別的的圖像畫面中無法找到非法目標(biāo)，消耗精力，工作效率低，而無人機(jī)測控系統(tǒng)擴(kuò)展船舶檢測技術(shù)采用視頻圖像處理技術(shù)對畫面中的異常狀況進(jìn)行搜尋。因此，本項目從圖像處理的角度出發(fā)克服這一難題。

4. 結(jié)論

該方案已經(jīng)初步在大頂子山庫區(qū)實驗初步取得良好的應(yīng)用效果，隨著無人機(jī)巡航技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)想進(jìn)一步研究完善無人機(jī)庫區(qū)巡航模式，發(fā)展有有爭對性的實現(xiàn)對庫區(qū)巡檢工作中從作業(yè)任務(wù)到飛行巡航計劃到分析結(jié)果的可視化全過程。

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