城市突發性公共事件中多無人機協同監測關鍵技術研究

摘 要：城市中的基礎設施建設日益密集，雖然便利了經濟發展和日常的生產生活，然而也給城市公共安全、市政、交通等造成了一定的安全隱患和脆弱性。城市突發各類公共事件的過程中，應該采取無人機協同監測的方式，及時發出相關的預警信息。文章重點分析了城市突發性公共事件中多無人機協同監測的關鍵技術。

關鍵詞：城市突發性公共事件;多無人機協同監測;關鍵技術

無人機在監測和處理各類突發性公共事件時，主要發揮了下列作用：首先它能夠快速響應，及時到達公共事件的發生現場，及時進行作業。其次，它能夠充分而完整地采集現場的各種數據，向指揮中心傳輸現場的各種音頻、視頻、文字和圖像等各類信息，讓指揮者做出正確的決策和判斷。第三，它可以發揮自身的通信中繼功能，及時恢復公共事件發生現場的局部性通信環境。第四，對事件的具體發展態勢進行跟蹤，協助指揮中心持續地處理指揮公共事件的相關問題。第五，它能夠參與到災后重建過程中，為其提供氣象、地理、人口分布等多方面的信息。

1 研究思路以及研究內容

本課題把景德鎮學院之前研發出來的2-3架某型旋翼無人機當作科研平臺，全方面采取嵌入式電腦技術以及數據鏈系統、導航控制系統、任務規劃系統以及GPS設計飛行姿態控制系統。充分地發揮電腦視覺處理技術的優勢，實時在線感知多無人機的飛行環境狀態，多無人機在飛行過程中自主規劃協同航跡，獨立地執行飛行任務，安排多無人機針對火災以及突發事件進行應急監測，開展全方位的自主飛行試驗，以使多無人機在面臨復雜的城市環境下，做好協同應急事件的應急監測、救援、指揮等多種任務。

本文的重點研究內容如下所示。首先，筆者采取了多無人機協同災害應急監測飛行控制策略，本課題的相關研究采用了景德鎮學院研發的某型旋翼無人機，建立以及設計多無人機旋翼式協作平臺，設計了針對性的研制飛行控制電腦系統，建立了機載多傳感器系統，組建了地面站系統，采取了協同飛行控制策略。其次，使用多無人機，研究了協同災害應急監測的相關任務分配技術。它在協同災害應急救援的過程中，最核心的任務是跟蹤以及監測突發事件中的相關環境。從整個過程來看，多無人機要組織自己的隊形，從而達到上述監測目標。分析了協同任務分配決策的相關算法，協同報警確認技術以及協同探測算法。再次，在多無人機協同平臺上，使用多無人機，開展了驗證了協同災害應急監測的相關實驗。借助多無人機協同探測技術，演示和驗證了應急救助、監測地震、火災等各類突發事件的實驗。

2 多無人機協同監測技術

從城市的復雜環境來看，單架無人機平臺只能發揮非常小的效能，結合突發公共災害的應急指揮以及監測，單個無人機根本無法持續地檢測大面積的區域。單架無人機本身掛載的傳感器缺乏良好的性能，一般情況下只能得到有限范圍的相關目標信息。和單架無人機相比，多無人機協同執行監測任務，優勢是非常顯著的。它可以從整體上強化無人機的配合，進而增強它完成監測任務的水平和質量。其次，它能夠共享各自的信息以及資源，提升執行任務的水平和能力。第三，多無人機協同執行任務，可以壓縮完成任務所需要的時間，提升執行任務的實效性。第四，在某架無人機發生故障的情況下，能夠重新分配監測任務，提升了任務成功的可能性。

3 自主任務規劃系統設計

多無人機協同飛行中，應該具備較強的實時在線重新規劃以及規劃的能力，如此以來它才可以更有力地應對復雜的城市環境。這也是多無人機自主飛行控制系統務必要具有的性能，事實上它是多無人機協同飛行過程中必不可少的決策過程。

系統應該按照在線探測到的城市空中環境的具體變化，近乎實時或者實時地進行修改、規劃、決策系統的相關目標以及任務，獨立地生成能夠完成目標的相關飛行軌跡，按照可行性較強的飛行軌跡和當前飛機的具體狀態，產生相應的調度以及制導指令，對飛機精確跟蹤產生的軌跡進行控制，以完成自主決策系統規定的非性任務。

4 多無人機協同區域監測技術設計

本課題的主要背景是城市復雜化的客觀化環境下，以多無人機對這些區域進行協同監測問題為目標，在融合多源圖像信息的情況下，把協同搜索策略引入到模糊聚類方法中，設計的多無人機協同搜索策略以模糊聚類基礎。這種協同搜索策略是以空間分解以及空間縮減為基礎，它的主要思想是，在多無人機協同搜索方面引入模糊數學，把目標區域的相關單元格以空間位置以及關聯壽命作為相應的特征矢量，在此基礎上開展相應的聚類劃分，它削減了無人機的實際轉場次數，壓縮了搜索代價的無功消耗，搜索性能得以提升。

5 旋翼式多無人機城市復雜環境突發事件應急監測技術研究

本項目也利用多無人機，針對城市復雜環境下發生突發事件的情況，安排無人機進行自主飛行試驗，以進行應急性監測。

課題組采取了多無人機攜帶攝像機以及照相機，開展相應的航空攝影，采集相關的環境圖像，而且可以實時監控地面環境，借助現代圖像處理技術，跟蹤以定位突發事件的具體發展態勢。其次，可以采取多無人機中的攝像頭、環境傳感器化學物品檢測儀以及可燃氣體傳感器等，探查突發事件環境區域的環境參數、地形、特定化學氣體的濃度以及可燃氣體濃度等，而且能夠回傳相關數據。

參考文獻：

[1]林林.基于協同機制的多無人機任務規劃研究[D].北京郵電大學，2013.

[2]丁臻極.城市環境下多無人機應急救災任務分配技術研究[D].南京航空航天大學，2016.

[3]肖祖銘，郭瞻.國內多無人機協同監測技術綜述[J].計算機產品與流通，2018（8）.

作者簡介：肖祖銘（1978-），男，漢族，江西萬安人，碩士，副教授，研究方向：電子、通信。