基于LTE的無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)

尹軍祖

【摘要】? ? 本文分析了警用無(wú)人機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了無(wú)人網(wǎng)圖傳網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案，討論了無(wú)人機(jī)的安全設(shè)計(jì)和網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)的幾種應(yīng)用場(chǎng)景。構(gòu)建基于4G LTE專網(wǎng)技術(shù)的無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)，不但可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的統(tǒng)一管理控制，而且可以提高各警種的辦公執(zhí)法效率，提高應(yīng)急指揮決策的能力水平，因此可有效地維護(hù)社會(huì)的安全與穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】? ? 無(wú)人機(jī)? ? LTE專網(wǎng)? ? 圖傳網(wǎng)? ? 低空空域

引言：

近年來(lái)，由于無(wú)人機(jī)使用成本低，有更大的技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍更廣，能夠滿足警務(wù)任務(wù)的許多特殊需求，無(wú)人機(jī)在公共安全領(lǐng)域?qū)I(yè)應(yīng)用得到迅猛發(fā)展。通過(guò)無(wú)人機(jī)開展智能化場(chǎng)景應(yīng)用有了廣泛的基礎(chǔ)，有效解決了一些公安工作中“警力不足智力補(bǔ)”的任務(wù)[1]。在反恐處突、大型活動(dòng)安保、群體性事件處置，以及交通、治安、刑偵、刑技、網(wǎng)安等專業(yè)警鐘領(lǐng)域發(fā)揮了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

警用無(wú)人機(jī)的應(yīng)用目前主要采用單點(diǎn)工作模式：出警時(shí)，無(wú)人機(jī)靠車輛裝載運(yùn)輸?shù)绞掳l(fā)現(xiàn)場(chǎng)，再由警務(wù)人員現(xiàn)場(chǎng)放飛，現(xiàn)場(chǎng)控制。這種模式存在以下缺點(diǎn)：一是反應(yīng)慢，接到指揮中心指令后攜帶無(wú)人機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)，由于受交通，地理等因素影響，警務(wù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)耗時(shí)長(zhǎng)。二是距離短，無(wú)人機(jī)最大飛行距離一般不超過(guò)1公里，無(wú)法大范圍執(zhí)行任務(wù)。三是干擾大，一般采用800M或2.4G頻譜承載飛控及圖傳，信號(hào)無(wú)加密，不同無(wú)人機(jī)系統(tǒng)間存在干擾風(fēng)險(xiǎn)。四是飛行管控難：管控困難主要是政策方面的管控而非技術(shù)管控，比如存在“黑飛”問(wèn)題等。

前述缺點(diǎn)導(dǎo)致當(dāng)前的警用無(wú)人機(jī)執(zhí)法應(yīng)用中存在以下兩個(gè)問(wèn)題：一是無(wú)法做長(zhǎng)距離的飛控，無(wú)人機(jī)需要通過(guò)車輛運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)才能放飛，不能做到快速到場(chǎng)的應(yīng)急處置，不能做超視距的飛行追蹤。二是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制無(wú)人機(jī)時(shí)，無(wú)法與指揮中心聯(lián)動(dòng)，無(wú)法與現(xiàn)有的警用系統(tǒng)（如GIS）做很好地結(jié)合，難以做到無(wú)人機(jī)系統(tǒng)和地面的警力的高效協(xié)作。因此改進(jìn)無(wú)人機(jī)單點(diǎn)工作模式，探索采用新的無(wú)人機(jī)工作模式成為當(dāng)務(wù)之需。

一、無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)建設(shè)必要性

公共安全領(lǐng)域信息化建設(shè)是未來(lái)警力提高，政務(wù)效率提升的主要方式， 警用無(wú)人機(jī)視頻傳輸系統(tǒng)的部署和無(wú)人機(jī)的應(yīng)用將給公共安全部門帶來(lái)極大的業(yè)務(wù)價(jià)值，主要體現(xiàn)在：

1.1深化社會(huì)管理創(chuàng)新的迫切需要

視頻監(jiān)控已成為加強(qiáng)社會(huì)管理創(chuàng)新的一個(gè)重要途徑，大力推進(jìn)視頻監(jiān)控設(shè)施建設(shè)，積極整合各類視頻監(jiān)控資源，可極大地推動(dòng)社會(huì)管理創(chuàng)新工作的深入開展。但就目前公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用水平看，離深度應(yīng)用還有一定距離，如空中對(duì)地面圖像信息資源較少、圖像信息聯(lián)網(wǎng)共享范圍有限、圖像信息和其他社會(huì)管理工作的關(guān)聯(lián)度低、智能化應(yīng)用水平低等。為進(jìn)一步提升社會(huì)管理能力，客觀上就要求大力推進(jìn)無(wú)人機(jī)視頻監(jiān)控綜合智能化的建設(shè)，以解決條塊分割、部門壁壘和信息孤島等問(wèn)題，進(jìn)一步提高視頻監(jiān)控圖像信息的鮮活程度。

1.2提升應(yīng)急指揮決策能力的必然要求

警用無(wú)人機(jī)視頻圖像信息具有及時(shí)、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)、直觀的特點(diǎn)，成為信息化條件下為各級(jí)指揮中心及時(shí)準(zhǔn)確作出部署的重要決策依據(jù)，達(dá)到了快速處置各類應(yīng)急突發(fā)事件、提升城市綜合管理能力的效果。在安保以及處置各種應(yīng)急突發(fā)事件中，綜治、應(yīng)急、公安和有關(guān)部門都已經(jīng)普遍利用視頻圖像信息開展本部門業(yè)務(wù)工作，對(duì)視頻圖像信息的需求量越來(lái)越大，使其成為指揮決策的重要依據(jù)[2]。因此，可以利用警用無(wú)人機(jī)圖像信息資源，切實(shí)提高應(yīng)急處置指揮決策能力。

1.3服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展的需要

構(gòu)建無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)不僅是為了打擊犯罪、解決社會(huì)穩(wěn)定，而且也是為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供廣泛服務(wù)的迫切需要。從目前的無(wú)人機(jī)應(yīng)用看，雖已取得了一定的成績(jī)，但仍有許多信息資源尚未開發(fā)，已開發(fā)的資源中還有一些不能實(shí)現(xiàn)共享，影響了信息資源的充分利用。而上述問(wèn)題正是需要通過(guò)對(duì)行業(yè)視頻監(jiān)控信息化的深入應(yīng)用來(lái)加以解決。

1.4加強(qiáng)警用無(wú)人機(jī)有效管理的需要

隨著無(wú)人機(jī)的廣泛應(yīng)用，無(wú)人機(jī)的數(shù)量越來(lái)越多，為滿足對(duì)無(wú)人機(jī)管理的需要，構(gòu)建一個(gè)警用無(wú)人機(jī)視頻監(jiān)控的全局性系統(tǒng)，通過(guò)協(xié)調(diào)各方發(fā)展需求，兼顧綜合目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)有公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、策劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)，搭建一套滿足警用無(wú)人機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全體警用無(wú)人機(jī)監(jiān)控、管理和指揮調(diào)度。

二、無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)方案

2.1 警用無(wú)人機(jī)圖傳的需求分析

根據(jù)警務(wù)工作對(duì)于無(wú)人機(jī)的應(yīng)用需求，我們希望無(wú)人機(jī)能和指揮中心密切結(jié)合。因此需要由原來(lái)單點(diǎn)無(wú)人機(jī)工作模式升級(jí)到網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)管理模式。具體說(shuō)就是指揮中心接警后，可以遠(yuǎn)程控制無(wú)人機(jī)起飛，無(wú)人機(jī)飛赴作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，采集圖像視頻直接回傳指揮中心。其特點(diǎn)一是空域一體化，無(wú)人機(jī)飛行距離不受限，遠(yuǎn)程控制中心操控?zé)o人機(jī);二是專網(wǎng)專用，采用專用的無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)承載視頻、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、控制信令等信息，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷的視頻回傳;三是安全管控，由指揮中心統(tǒng)一管理警用無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)的調(diào)用、起飛到降落都納入無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一控制，避免了無(wú)人機(jī)的各自分散管理狀態(tài)[3]。

2.2 無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)部署

無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)采用4G LTE專網(wǎng)集群技術(shù)，可以在整個(gè)專網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)構(gòu)建4G LTE警用無(wú)人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)50m以上低空飛行區(qū)域和指定起飛點(diǎn)無(wú)人機(jī)起降區(qū)域的圖像傳輸信號(hào)的覆蓋，實(shí)現(xiàn)警用無(wú)人機(jī)能在50m以上低空空域進(jìn)行視頻回傳。在頻率選擇上，采用1430-1438Mhz警用無(wú)人駕駛航空器及直升機(jī)專用頻段，也可以在1430-1445Mhz專用對(duì)空覆蓋頻率內(nèi)根據(jù)需要靈活選擇不同頻率帶寬。由于圖傳網(wǎng)主要覆蓋的是50米到500米范圍內(nèi)的低空區(qū)域，其對(duì)于周邊通信系統(tǒng)無(wú)干擾，專用頻段頻率干凈無(wú)干擾，同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無(wú)人機(jī)之間互不干擾[4]。

警用無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)整體部署如下圖1所示。

圖傳網(wǎng)基站：在高樓上，利用公安現(xiàn)有的通信站址或是運(yùn)營(yíng)商的站址，建設(shè)1.4G圖傳網(wǎng)基站，實(shí)現(xiàn)市域空域覆蓋。

圖傳網(wǎng)核心調(diào)度系統(tǒng)：可以部署在公安視頻專網(wǎng)的核心網(wǎng)機(jī)房，與圖傳網(wǎng)基站通過(guò)光纖或?qū)＞€連接，提供核心交換和業(yè)務(wù)調(diào)度功能。

無(wú)人機(jī)起降點(diǎn)：無(wú)人機(jī)的起降點(diǎn)一般設(shè)在公安警航中隊(duì)，由無(wú)人機(jī)操作人員負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)的起飛和降落的控制工作。

指揮中心控制臺(tái)：利用1.4G 無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)，在指揮中心實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的遠(yuǎn)程飛行控制、視頻回傳、云臺(tái)控制、高空喊話等業(yè)務(wù)服務(wù)。

指揮中心大屏：將無(wú)人機(jī)回傳的實(shí)時(shí)圖像視頻、無(wú)人機(jī)的狀態(tài)信息在指揮大屏上顯示，進(jìn)行指揮調(diào)度。

2.3 圖傳網(wǎng)的無(wú)人機(jī)安全設(shè)計(jì)

利用圖傳網(wǎng)控制使用無(wú)人機(jī)時(shí)，為了防止使用中出現(xiàn)各種異常情況造成警務(wù)人員和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全事故，可對(duì)入網(wǎng)的無(wú)人機(jī)進(jìn)行如下安全功能設(shè)計(jì)：

1.導(dǎo)航模式自動(dòng)檢測(cè)切換。當(dāng)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)被干擾時(shí)（GPS、北斗、伽利略、格倫納斯），無(wú)人機(jī)自動(dòng)切換至定高模式，避免無(wú)人機(jī)定位不準(zhǔn)導(dǎo)致飛機(jī)失控墜機(jī)，造成財(cái)產(chǎn)損失。

2.無(wú)人機(jī)自帶降落傘裝置。當(dāng)檢測(cè)到無(wú)人機(jī)傾角超過(guò)規(guī)定或者自由落體時(shí)，降落傘自動(dòng)打開降低飛機(jī)落地速度，保障無(wú)人機(jī)和人員的安全。

3.低電量自動(dòng)返航。無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，當(dāng)電量低于安全閾值的時(shí)候，無(wú)人機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)返航程序，自動(dòng)返回起飛地點(diǎn)

4.信號(hào)斷鏈返航。無(wú)人機(jī)飛行地圖擁有飛行區(qū)域內(nèi)建筑物相對(duì)高度，規(guī)劃航線時(shí)自動(dòng)避開對(duì)應(yīng)的高層建筑;當(dāng)傳輸信號(hào)不穩(wěn)定的時(shí)候，無(wú)人機(jī)自動(dòng)提升至當(dāng)前區(qū)域的安全高度，然后自動(dòng)啟動(dòng)返航程序。

5.最大姿態(tài)修正。當(dāng)在大風(fēng)天氣或者外力干擾較大時(shí)，無(wú)人機(jī)機(jī)自動(dòng)調(diào)整最大姿態(tài)，防止震動(dòng)系數(shù)過(guò)大導(dǎo)致無(wú)人機(jī)傳感器數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，避免無(wú)人機(jī)失控。

除了上述幾點(diǎn)之外，還可以進(jìn)行無(wú)人機(jī)動(dòng)力冗余設(shè)計(jì)、自動(dòng)避障設(shè)計(jì)、低延時(shí)控制等，從而保障無(wú)人機(jī)在執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)的安全性。

三、圖傳網(wǎng)環(huán)境下無(wú)人機(jī)工作過(guò)程

根據(jù)前述圖傳網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，無(wú)人機(jī)工作過(guò)程可分為4個(gè)環(huán)節(jié)：

3.1無(wú)人機(jī)起飛

無(wú)人機(jī)在起降點(diǎn)起飛，由專業(yè)無(wú)人機(jī)操作人員負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)的起飛。如果起降點(diǎn)有1.4G警航圖傳網(wǎng)絡(luò)覆蓋，則可以采用1.4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)人機(jī)起飛的控制。如果沒(méi)有1.4G警航圖傳網(wǎng)覆蓋，則可以采用無(wú)人機(jī)2.4G頻率進(jìn)行無(wú)人機(jī)的起飛控制操作。

3.2無(wú)人機(jī)接入1.4G圖傳網(wǎng)

無(wú)人機(jī)在起降點(diǎn)升空后，進(jìn)入1.4G LTE警航圖傳網(wǎng)覆蓋范圍，則無(wú)人機(jī)通過(guò)1.4G通信模塊接入到1.4G LTE警航圖傳網(wǎng)，指揮中心可以監(jiān)控到該無(wú)人機(jī)已經(jīng)接入到警航圖傳網(wǎng)，可以對(duì)其進(jìn)行控制。在升空過(guò)程中，無(wú)人機(jī)存在被地面起降點(diǎn)控制臺(tái)和指揮中心控制臺(tái)同時(shí)控制的情況，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的無(wú)人機(jī)控制策略，決定由指揮中心遠(yuǎn)程控制或是地面起降點(diǎn)進(jìn)行控制。

3.3指揮中心遠(yuǎn)程無(wú)人機(jī)控制

無(wú)人機(jī)接入到警航圖傳網(wǎng)后，指揮中心控制臺(tái)可以對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)操作，主要業(yè)務(wù)操作有：無(wú)人機(jī)飛行遠(yuǎn)程控制，預(yù)定線路自動(dòng)飛行控制，無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)視頻回傳，無(wú)人機(jī)云臺(tái)遠(yuǎn)程控制;還可以根據(jù)無(wú)人機(jī)不同功能實(shí)現(xiàn)一些特殊控制，比如指揮中心控制臺(tái)可以遠(yuǎn)程操控?zé)o人家實(shí)現(xiàn)高空照明、高空喊話進(jìn)行人群疏散;操控?zé)o人機(jī)發(fā)射裝置，發(fā)射催淚彈、煙霧彈、爆震彈等進(jìn)行人員驅(qū)散;操控?zé)o人機(jī)空中發(fā)射抓捕網(wǎng)，抓捕不法分子等。

3.4無(wú)人機(jī)降落

指揮中心控制臺(tái)可以設(shè)定無(wú)人機(jī)的降落點(diǎn)，無(wú)人機(jī)根據(jù)指揮中心設(shè)定的降低點(diǎn)，無(wú)人機(jī)飛至降落點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)降落或操作人員接管無(wú)人機(jī)的降落。

四、無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景

利用圖傳網(wǎng)和無(wú)人機(jī)，警方可以掌握全局，視野全面，實(shí)現(xiàn)360o無(wú)死角監(jiān)控，彌補(bǔ)固定監(jiān)控及人員巡查死角;不受交通與地理情況影響，高效獲取精準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)信息，進(jìn)行快速?zèng)Q策與行動(dòng);可以應(yīng)對(duì)多種復(fù)雜環(huán)境，全天候執(zhí)行任務(wù)，保障工作安全性，降低風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)利用無(wú)人機(jī)可以掛載種類豐富的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多種警務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景訴求和工作需要。

4.1交通巡查執(zhí)法

城市路網(wǎng)密集，交通繁忙，關(guān)鍵交通節(jié)點(diǎn)比如高架橋、立交橋等一旦出現(xiàn)事故，整個(gè)相關(guān)道路就會(huì)出現(xiàn)交通擁堵，交警趕赴現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法取證往往成為一個(gè)難題。交警采用無(wú)人機(jī)搭載攝像頭和喊話器，進(jìn)行高空視頻事故監(jiān)控、事故車輛識(shí)別、和事故現(xiàn)場(chǎng)取證，同時(shí)進(jìn)行交通實(shí)時(shí)疏導(dǎo)和指揮，不用到事故現(xiàn)場(chǎng)就可以進(jìn)行事故處理和交通指揮，極大提升了執(zhí)法效率。采用無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)高架定線巡航，可以從高空實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)市區(qū)的交通情況，為交警指揮中心提供全域監(jiān)控，提升交通疏導(dǎo)效率。

4.2水域巡查救援

有的城市河域和近海域面積較廣，海警人員采用無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)水域的高空視頻巡察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種事故和異常情況。 一旦出現(xiàn)水域事故時(shí)，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻回傳，便于指揮中心指導(dǎo)事故救援;也可以采用無(wú)人機(jī)搭載熱成像儀、喊話器、探照燈和救生衣等設(shè)備，靈活機(jī)動(dòng)快速處置水域突發(fā)事件，提升水域救援和執(zhí)法的效率。

4.3社區(qū)民警日常巡查

警務(wù)人員采用無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)高空小區(qū)智能監(jiān)控和疫情監(jiān)控;無(wú)人機(jī)機(jī)載熱紅外探測(cè)儀夜間安全巡查;無(wú)人機(jī)搭載喊話器普及安全意識(shí)、普法宣傳和疫情宣傳等，高效可靠，減輕警務(wù)壓力，極大提升執(zhí)法辦公效率，保證居民人身財(cái)產(chǎn)安全。

4.4反恐處突

當(dāng)發(fā)生恐怖襲擊或突發(fā)事件時(shí)，采用無(wú)人機(jī)快速實(shí)現(xiàn)高空監(jiān)控，實(shí)時(shí)回傳現(xiàn)場(chǎng)音視頻信息;采用機(jī)載喊話器，對(duì)地面人員進(jìn)行喊話警告驅(qū)離;利用無(wú)人機(jī)搭載四合一防爆彈發(fā)射裝置，可發(fā)射催淚彈、煙霧彈、爆震彈等，用于恐怖行為、非法集會(huì)、聚集斗毆等進(jìn)行驅(qū)散;對(duì)于恐怖分子，可空中精準(zhǔn)發(fā)射抓捕網(wǎng)，防止不法分子逃脫，進(jìn)行抓捕[5]。

4.5重大活動(dòng)安保

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)外交往日益頻繁，每年會(huì)舉辦各種類型的大型活動(dòng)，如：國(guó)際性運(yùn)動(dòng)會(huì)、馬拉松賽等大型賽事。無(wú)人機(jī)和圖傳網(wǎng)在重大活動(dòng)安保中發(fā)揮重要作用，實(shí)現(xiàn)重大活動(dòng)全區(qū)域高空視頻連續(xù)不間斷的實(shí)時(shí)回傳，指揮中心可以實(shí)時(shí)掌握全局，對(duì)各種異常情況的快速響應(yīng)，極大提升了重大活動(dòng)安保效率。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)構(gòu)建無(wú)人機(jī)圖傳網(wǎng)改變無(wú)人機(jī)的單點(diǎn)工作模式，通過(guò)圖傳網(wǎng)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、控制和圖傳?？梢詫?shí)現(xiàn)交通事故的無(wú)人機(jī)出警，極大提高事故的處理效率;實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)地區(qū)的無(wú)人機(jī)日常治安巡邏和刑事偵查，實(shí)現(xiàn)大型活動(dòng)時(shí)對(duì)活動(dòng)區(qū)域態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)空中監(jiān)控等;由此大大提升公安機(jī)關(guān)辦公執(zhí)法效率，大大提高指揮中心的事件處置速度，這對(duì)于提高警務(wù)效能，優(yōu)化警務(wù)模式，維護(hù)社會(huì)的安全與穩(wěn)定具有積極意義。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]冷川川，郭中華，米榮奎.我國(guó)公共安全與應(yīng)急無(wú)線通信發(fā)展趨勢(shì)及全融合通信指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)[J].警察技術(shù)，2018，168（3）：34-37.

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