論EagelT A1小型四旋翼無(wú)人機(jī)在城市管理中的應(yīng)用

王睿 鄭文浩

摘要：隨著國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)民用小型無(wú)人機(jī)迎來(lái)爆發(fā)期，市場(chǎng)規(guī)模也將快速增長(zhǎng)?，F(xiàn)階段，無(wú)人機(jī)在遙感測(cè)繪、交通監(jiān)管、管道巡線、警務(wù)執(zhí)法、農(nóng)林植保等方面的應(yīng)用呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展之勢(shì)，但旋翼無(wú)人機(jī)在城市管理中也逐漸得到運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī) 城市管理

一、EagelT A1小型四旋翼無(wú)人機(jī)介紹

無(wú)人機(jī)，學(xué)術(shù)名為無(wú)人駕駛飛機(jī)，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)的跟蹤技術(shù)最早起源于國(guó)防的軍用需求，緊隨其后，警用、民用等各個(gè)鄰域也迫切需要帶有跟蹤功能的無(wú)人機(jī)來(lái)協(xié)助完成諸多如交通巡查、運(yùn)動(dòng)跟拍、目標(biāo)跟隨的任務(wù)。

動(dòng)態(tài)目標(biāo)自主巡檢跟蹤無(wú)人機(jī)EagelT A1整機(jī)采用輕型材料設(shè)計(jì)，為提高物理安全性也增加了對(duì)槳葉的保護(hù)設(shè)計(jì)，能夠有效地避免物理炸機(jī)。同時(shí)采用免手動(dòng)搖控功能的設(shè)計(jì)，增加了產(chǎn)品面向群體，大大地提高產(chǎn)品的潛在商業(yè)價(jià)值。同時(shí)EagelT A1核心程序的功能設(shè)計(jì)--圖像分類處理，也針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)人群采取了最優(yōu)飛行方案，在性能識(shí)別上平均準(zhǔn)確率可達(dá)78.6%。在飛行控制上，采用ARM? Cortex?-M4內(nèi)核的STM32F4芯片作為主控芯片，經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化大大提高了該控制系統(tǒng)的兼容性和穩(wěn)定性。

二、旋翼機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)分析

2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

第一，傳送圖像方便。EagelT A1采用中央低臥式圖像采集點(diǎn)布局，并加以變力矩型折疊起落架，為四旋翼機(jī)體提供強(qiáng)大的圖像視野且能穩(wěn)定、靈活地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤;第二，在動(dòng)力布局上，采用了X型空間結(jié)構(gòu)布局，在降低手動(dòng)遙控飛行操作難度的同時(shí)，增加了機(jī)體的靈活性。第三，在產(chǎn)品材料上，采用PA66和鍍銅金屬鋁板材料，不僅減輕了機(jī)身重量，也保證了機(jī)身的機(jī)械強(qiáng)度。旋翼無(wú)人機(jī)可以通過(guò)配置照相機(jī)或攝像機(jī)等，配備數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)上拍攝的照片和視頻可以實(shí)時(shí)地發(fā)送回來(lái)，使得地面控制人員實(shí)時(shí)掌握信息，并根據(jù)掌握的信息實(shí)時(shí)調(diào)整無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)和路徑。

2.2功能優(yōu)勢(shì)

第一，反應(yīng)快且魯棒性穩(wěn)定。在程序設(shè)計(jì)上，優(yōu)化了飛控的串級(jí)PID控制算法，使之靈活適應(yīng)目標(biāo)跟蹤的快速移動(dòng)：通過(guò)攝像頭接收周圍目標(biāo)圖像信息和無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)，建立飛行路徑，生成對(duì)應(yīng)的飛行控制指令，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器的一鍵起飛、定高、定點(diǎn)巡航、懸停及自主跟蹤等基礎(chǔ)功能。上述設(shè)計(jì)極大程度地解決了操控飛行器需要“主機(jī)飛手”與“云臺(tái)飛手”默契配合的問(wèn)題，既保證了產(chǎn)品安全系數(shù)，又降低了對(duì)產(chǎn)品使用者的技術(shù)要求，擴(kuò)大了服務(wù)對(duì)象范圍。

第二，“EagleT A1”自主性高，在進(jìn)行計(jì)劃飛行時(shí)能不斷掃描任務(wù)目標(biāo)，并自動(dòng)鎖定跟蹤，解決市場(chǎng)上目標(biāo)跟蹤的滯后性，從而提供更為準(zhǔn)確即時(shí)的目標(biāo)數(shù)據(jù)。

第三，靈活性強(qiáng)。有利于根據(jù)需要對(duì)關(guān)注對(duì)象進(jìn)行觀測(cè)，有利于無(wú)人機(jī)在高樓林立的空域中飛行。

2.3領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)

第一，控制和操作簡(jiǎn)單。相較于傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)，EagelT A1擁有操作難度低、自主性、靈活性高等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)城市中出現(xiàn)緊急情況時(shí)，可根據(jù)需要，及時(shí)調(diào)用旋翼無(wú)人機(jī)并做出迅速反應(yīng)，隨時(shí)可以起飛。

第二，性價(jià)比高。EagelT A1的成本比傳統(tǒng)手動(dòng)遙控式無(wú)人機(jī)低，性價(jià)比尤為突出。像大疆 Phantom 3 Standard 的網(wǎng)上報(bào)價(jià)為3000元左右，大疆精靈34K 網(wǎng)上報(bào)價(jià)為5000元左右。另外，為使EagelT A1適用于各領(lǐng)域的工作場(chǎng)景，我們?cè)谀繕?biāo)識(shí)別跟蹤算法上采用前沿的機(jī)器視覺(jué)學(xué)習(xí)算法，該算法適應(yīng)性強(qiáng)，功能接口設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。這些優(yōu)勢(shì)使產(chǎn)品能夠廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)航拍、犯罪活動(dòng)監(jiān)察、地形勘察分析、高空故障檢查等多種技術(shù)檢查領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)的?“一機(jī)一用”，本產(chǎn)品適用于多領(lǐng)域的“一機(jī)多用”，具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。

三、旋翼無(wú)人機(jī)在城市管理中的應(yīng)用

3.1城市災(zāi)害的監(jiān)控

如果城市發(fā)生一些自然災(zāi)害，例如：洪水旱澇災(zāi)害、地震等地質(zhì)災(zāi)害，有時(shí)救援人員無(wú)法或不能迅速進(jìn)入受災(zāi)區(qū)域。這時(shí)可利用旋翼無(wú)人機(jī)攜帶的照相或攝像設(shè)備對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行偵察，將同行派圖像傳送回來(lái)，便于及時(shí)了解災(zāi)情。例如，在地震的重災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)，在不清楚現(xiàn)場(chǎng)情況下，可首先利用旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行偵察，并將偵察數(shù)據(jù)傳回，幫助救援人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，做出正確的決策?？梢韵炔捎眯頍o(wú)人機(jī)了解和監(jiān)控災(zāi)情，避免因?yàn)椴涣私馇闆r帶來(lái)不必要的人員傷亡。

3.2 小區(qū)域的航拍測(cè)繪

利用旋翼無(wú)人機(jī)攜帶攝像設(shè)備進(jìn)行航拍，可獲得城市中小區(qū)域的影像數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行專門處理后，可以得到一些測(cè)繪數(shù)據(jù)，也可以方便形成三維圖像。如對(duì)某個(gè)小區(qū)進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)繪;對(duì)小型旅游景點(diǎn)航拍圖像進(jìn)行后期處理，可方便、迅速、低成本地生成三維圖，用于宣傳與推薦。

3.3 城市違章建筑的巡查

清理城市違章建筑是城市管理的重要工作。通過(guò)航拍圖像可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)的違章建筑。特別是高樓上的違章建筑，這些違章建筑危險(xiǎn)性大且具有隱蔽性，只有在空中才能發(fā)現(xiàn)。通過(guò)旋翼無(wú)人機(jī)提供的航拍圖像，不僅能夠輕易發(fā)現(xiàn)是否存在違章建筑，對(duì)違章建筑定位，而且可以測(cè)量違章建筑的面積和高度。

3.4 城市反恐綁架

城市反恐是城市管理中面臨的新問(wèn)題。在反恐指揮控制中，掌握恐怖分子的分布、人質(zhì)的情況等對(duì)指揮決策有重要的作用。旋翼無(wú)人機(jī)可以在人員的操控下，飛到恐怖分子所在區(qū)域，采用懸停等控制飛行方式，通過(guò)窗口等觀察屋內(nèi)的情況。如果恐怖綁架地發(fā)生在高樓層，利用旋翼無(wú)人機(jī)懸停是偵察的最佳手段。

四.結(jié)語(yǔ)

目前，依賴遙控器來(lái)人工控制的無(wú)人機(jī)在國(guó)內(nèi)便有著巨大的市場(chǎng)，盡管該種控制方式的無(wú)人機(jī)操作復(fù)雜，理論知識(shí)體系龐大，安全隱患還高，但其價(jià)格還長(zhǎng)期居高不下。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)產(chǎn)品中，目標(biāo)跟隨功能實(shí)現(xiàn)較為理想的有大疆的部分產(chǎn)品，具有目標(biāo)識(shí)別功能的更是寥寥無(wú)幾。雖然大疆智能跟隨算法已經(jīng)更新到第2代，但是因?yàn)楫a(chǎn)品所搭載硬件性能限制，只對(duì)目標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖像框選不能夠獲得明確的目標(biāo)特征，目標(biāo)跟隨功能失常失靈。EagelT A1能夠依托對(duì)目標(biāo)圖像信息深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練出的目標(biāo)特征模型對(duì)實(shí)時(shí)圖像信息進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)自主目標(biāo)識(shí)別功能，因此在國(guó)內(nèi)具有極大的市場(chǎng)潛力。而隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，旋翼無(wú)人機(jī)將會(huì)有很大的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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[3]儲(chǔ)莊.無(wú)人機(jī)在城市應(yīng)急指揮信息系統(tǒng)的應(yīng)用[J].測(cè)繪技術(shù)裝備，2012（1）：61-63.

作者簡(jiǎn)介：

王睿 （2001.3-）女，江西省九江人，南昌市南昌航空大學(xué) 工商管理專業(yè) 本科生

鄭文浩 （2000.5-）男，江西省上饒人，南昌市南昌航空大學(xué) 通信工程專業(yè) 本科生

南昌航空大學(xué) 江西南昌 330000