便攜式無人機監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用

鄒美強

摘 要：近年來，隨著國家低空開放政策的深入，無人機系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，特別是多旋翼無人機系統(tǒng)因其便攜性強、智能化程度高等諸多優(yōu)勢備受關(guān)注?；诖?，本文通過查閱大量的資料，對高速公路無人機的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了分析，并提出了研究方案及無人機的創(chuàng)新點，以期促進無人機在高速公路中的優(yōu)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無人機;高速公路;應(yīng)用

中圖分類號：U412.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0043-02

0 前言

便攜式無人機監(jiān)控系統(tǒng)作為一種有效的智能監(jiān)測手段在國外的高速公路巡檢等行業(yè)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，實現(xiàn)了飛行作業(yè)的規(guī)?；?、業(yè)務(wù)化，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析的智能化。無人機具有響應(yīng)速度快、飛行高度高、不受地形和交通影響等諸多優(yōu)勢，可搭載高清數(shù)字化攝像頭，非常適用于空中偵查和路況采集任務(wù)，對地面實時情況進行清晰地拍攝，從空中將現(xiàn)場的視頻傳輸給道路應(yīng)急指揮和調(diào)度中心，有利于應(yīng)急救援部門掌握全局，正確疏導(dǎo)，為應(yīng)急救援做出貢獻。因此，針對高速公路突發(fā)的重大交通和危險品事故，有必要研制一套高性價比、智能化程度高、具備實時高清視頻數(shù)據(jù)傳輸和遠距離視頻傳輸與處理的高智能化功能于一體的便攜式無人機應(yīng)急救援系統(tǒng)，以提高高速公路監(jiān)控和事故應(yīng)急能力，減少事故數(shù)量、人員傷亡和經(jīng)濟損失。

1 便攜式無人機監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路巡檢中應(yīng)用的必要性

由于高速公路的出入口少、分隔行駛及全封閉性的特點，一旦有事故發(fā)生，其他車輛繼續(xù)行駛就難以掉頭、分流和疏散，從而造成高速公路交通擁堵，而消防隊接警出動后往往可能會被堵在幾百米甚至幾公里之外，救援設(shè)備無法迅速到達現(xiàn)場展開救助，事故勘察和救援人員也難以快速掌握事故情況，指導(dǎo)救援行動及交通疏導(dǎo)。同時高速公路災(zāi)害事故可能直接引發(fā)火災(zāi)，即事故后沒有發(fā)生火災(zāi)，油箱破裂燃油四處流淌，起火燃燒的危險性也比較大。若裝載化學(xué)危險品的車輛一旦發(fā)生交通事故，可能導(dǎo)致大量有毒有害物質(zhì)外泄，嚴重威脅救援人員的生命安全，造成更大的人員傷亡。如2011年2月23日江蘇揚溧高速鎮(zhèn)江丹徒上黨段突降團霧，能見度不足10米，釀成11車追尾1死多傷的慘劇，事故造成近千車輛被堵，延綿約2公里長。2012年包茂高速公路一輛客車與甲醇貨運車追尾引發(fā)甲醇泄漏導(dǎo)致輛車起火，造成36人遇難3人受傷;2015年海南高速一油罐車追尾致5人死亡;滬昆高速大霧 11車連環(huán)相撞致5人受傷。因此，高速公路交通事故應(yīng)急救援領(lǐng)域急需一種能夠快速獲取事故現(xiàn)場影像、握事故現(xiàn)場情況的技術(shù)手段，既可不受地形地貌及路況的限制，又可避免現(xiàn)場勘察人員受到二次傷害，快速、安全的將現(xiàn)場情況提供至監(jiān)控中心，輔助領(lǐng)導(dǎo)決策，為救援行動搶占先機。目前，現(xiàn)有交通監(jiān)控和救援只能依賴于交通路面巡查和定點攝像頭監(jiān)控等，所呈現(xiàn)的視角比較狹隘、圖像不夠清晰，事故現(xiàn)場發(fā)生交通事故時，很難獲得第一手的現(xiàn)場圖像資料。

2 便攜式無人機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

便攜式無人機監(jiān)控系統(tǒng)是基于高速公路事故現(xiàn)場應(yīng)急救援應(yīng)用需求，以多旋翼無人機平臺、數(shù)據(jù)鏈、任務(wù)載荷、便攜地面站和智能處理軟件為核心組成的智能監(jiān)控設(shè)備。設(shè)備利用多旋翼無人機平臺搭載的任務(wù)載荷獲取目標區(qū)域的圖像信息，通過數(shù)據(jù)鏈將圖像高速傳輸、并發(fā)送至一體化便攜式地面站進行實時處理和顯示，實現(xiàn)目標區(qū)域的智能監(jiān)控。

2.1 便攜式長航時無人機分系統(tǒng)

便攜式長航時無人機分系統(tǒng)根據(jù)地面控制指令飛行至目標作業(yè)區(qū)域，利用其搭載的光電傳感器獲取目標區(qū)域的圖像信息，并通過數(shù)據(jù)鏈設(shè)備將圖像信息發(fā)送至便攜式地面站進行實時處理和顯示，實現(xiàn)對目標區(qū)域的遙感監(jiān)測，另外，通過地面增加3G通訊設(shè)備，可以實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的遠距離傳輸。便攜式長航時無人機平臺采用一體化開模機身、短軸距小型化設(shè)計，機臂可折疊收藏，提高了運輸效率，根據(jù)任務(wù)需求可搭載可見光攝像機、微單相機，可實時獲取目標圖像數(shù)據(jù)，并保存于機載存儲設(shè)備和地面存儲設(shè)備中。

2.2 應(yīng)急監(jiān)測指揮車分系統(tǒng)

應(yīng)急監(jiān)測指揮車分系統(tǒng)由SUV越野車平臺改裝而成，具有無人機運輸、衛(wèi)星通信、3G/4G無線傳輸、智能數(shù)據(jù)處理和視頻會議等功能。應(yīng)急監(jiān)測指揮車分系統(tǒng)集成了高速3G/4G無線實時視頻傳輸系統(tǒng)，可將無人機拍攝的圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，當(dāng)現(xiàn)場不具備3G/4G傳輸條件時，也可通過車載的衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，衛(wèi)通系統(tǒng)為車載型靜中通衛(wèi)通設(shè)備，支持一鍵對星，可快速部署，滿足及時通信的需求。視頻會議系統(tǒng)可通過車上的通信系統(tǒng)與監(jiān)控中心或者其他的應(yīng)急監(jiān)測指揮車進行視頻會議。

3 便攜式無人機監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

便攜式無人機監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化開模設(shè)計，具有集成度高、便攜性好、智能化程度高等特點，該系統(tǒng)具備以下創(chuàng)新點：

3.1 自主避障

系統(tǒng)采用先進的控制算法.可實現(xiàn)一鍵自主起降和自主避障功能。當(dāng)飛行器遇到障礙物時，可以自主識別障礙物并進行躲避，在航跡模式下在遇到非大型障礙物時，可自主重新規(guī)劃航跡，實現(xiàn)飛行器在水平和垂直方向的智能控制。

3.2 高速 3G/4G無線傳輸

由于監(jiān)測系統(tǒng)往往需要高分辨圖像予以支撐，因此擬采用2M以上的數(shù)據(jù)鏈對如此大容量的數(shù)據(jù)進行傳輸。但現(xiàn)有的普通3G/4G無線網(wǎng)卡不能支持大數(shù)據(jù)量的信息實時有效傳輸（一般小于1M）。本項目提出基于逐包分拆和負載均衡的移動數(shù)據(jù)無線接入技術(shù)，通過多卡集成，最大限度提高帶寬利用率，達到傳輸碼率要求。同時為了保證服務(wù)器的運算速度，采取負載均衡策略，避免單個無線網(wǎng)卡負載過重的不良影響，為無人機數(shù)據(jù)的實時傳輸提供有力支撐。

3.3 基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的高清視頻傳輸

通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)傳輸高清視頻（1080P）技術(shù)，在當(dāng)前國內(nèi)衛(wèi)星通信領(lǐng)域?qū)儆诩夹g(shù)難點，通過H.265視頻編解碼技術(shù)、TCP加速技術(shù)、新一代VAST系統(tǒng)Anovo2.0等技術(shù)的有效結(jié)合，突破常規(guī)技術(shù)限制，有效提高通信系統(tǒng)傳輸?shù)膸捙c傳輸效率，最大效率使用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源，使得無人機數(shù)據(jù)的實時傳輸能力得到有效提升，為無人機應(yīng)急飛行任務(wù)提供強力保障，使后方人員可以更為詳細的了解現(xiàn)場狀況，以便做出最準確及時的指揮決策。

4 結(jié)語

無人機可鳥瞰地面車流實況，有利于道路管理部門掌握全局，通盤指揮和正確疏導(dǎo)，為解決道路阻塞等問題做出貢獻，同時無人機可搭載喊話器、報警器、交通指揮信號燈等不同任務(wù)模塊，在路政執(zhí)法人員到達現(xiàn)場之前更快的到達現(xiàn)場，執(zhí)行調(diào)度指揮任務(wù)：交通管理人員可以通過無人機搭載交通管制設(shè)備直接對現(xiàn)場交通進行指揮疏通。本研究所研發(fā)的無人機應(yīng)急救援系統(tǒng)的使用，可提高交通事故處理效率，加強高速公路巡邏，提前預(yù)警道路擁堵，為高速公路突發(fā)情況的處理爭取時間，避免連環(huán)安全事故的發(fā)生和人員傷亡。高速公路管理部門能夠更好地對道路情況進行管理，保證公路順暢，保障車輛順利通行，減少車輛擁堵時間，降低車輛的時間成本、燃料消耗和車軺消耗等行車產(chǎn)生的客觀物質(zhì)消耗，避免資源浪費，實現(xiàn)更好的社會效益和經(jīng)濟效益。

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