無人機數字智能化在航標巡查中的應用

陳婕珺 南海航海保障中心廣州航標處

潘勇 廣州譽宸信息科技有限公司

1.引言

航標巡查一般采用巡檢船舶和航標維護專用車輛現場巡查等方式獲取如航標位置，航標顯型，航標涂色及燈質等信息，從而對航標的狀況進行分析，其目的是及時發現航標故障并采取有效措施在第一時間進行排除。航標維護巡檢巡視是航標維護管理的重要組成部分，能夠有效保障航標效能的正常發揮從而保障船舶通航安全。然而以上提到的傳統的航標巡檢巡視方法耗費人力、物力、成本高、范圍有限。目前無人機已在航標巡查中發揮了重要作用，作為一種安全靈活高效的新型空中監控手段，將無人機應用到航標維護管理中具有重要的意義。為此本文研發了一種無人機數字智能化巡查方法并介紹了該方法在航標維護管理中的應用。

2.航標維護管理現狀

2.1 航標維護管理的基本方法

加強航標日常巡檢巡視工作并做好定期維護保養，航標維護管理的基本方法。對于航標巡檢巡視，可按照作業方式分為現場航標巡檢巡視和遙測遙控電子化監控兩種類型。

2.1.1 現場航標巡查

傳統的航標現場檢查是航標管理工作人員定期或不定期的使用航標作業車、船等交通工具到達航標現場進而開展航標檢查維護工作。在這種方式下工作人員可以現場查看航標狀態，對已存在問題進行現場修復，同時預防性發現并排除航標故障，具體檢查內容包括航標位置檢查，航標結構和設備檢查、清潔、浮體保養和涂色，航標效能技術測定，同時還包括航標燈器及附屬設備的工作電壓和電流的測量等工作。

2.1.2 遙測遙控電子監控

遙測遙控電子監控是利用具有遙測遙控功能的業務系統或平臺對航標的運行狀態進行遠程監控及管理的非現場巡檢行為。借助該系統或平臺，航標管理人員可通過在電腦終端或手機APP,即可實時監測航標位置、燈質、電壓、電流等的工作狀態。當系統發現航標狀態異常情況，會第一時間自動報警。由此提高了航標相關管理部門發現問題的時間效率，能夠及時采取相關措施。此外，航標管理人員可以遠程操控燈器如打開、關閉、自動發光等，當燈器發生故障后，可以立即通過航標運行信息監控系統故障原因作出初步判斷，其中一部分故障遠程即可恢復，從而在很大程度上提高了燈器故障修復效率。

3.無人機數字智能化在航標巡查工作中的應用

傳統的現場巡查還存在以下缺點如巡檢巡視工作量大、成本高，巡查周期長、效率低，人員安全性差。遙測遙控監控也存在自身的局限性如遙測遙控無法監測到航標標體遭受撞擊發生變形、標體顏色褪色，此外，偏遠海域還未覆蓋遙測遙控。因此為提升航標日常航標維護管理效率，降低航標維護管理成本，本文針對珠江某一水域的航標維護管理研制了一套無人機數字化智能巡查系統，通過建設無人機巡查系統方法，實現無人機自動化巡檢巡視，數據信息化管理，進一步提升航標日常維護管理精細化管理水平。

3.1 技術路線

通過開發移動端操作系統對巡查任務進行設定，固化航線，巡查工作人員將無人機攜帶到指定起降位置，一鍵式任務執行，無人機按照固定航線進行自動化巡查。巡查結束后，將巡查數據導入數據管理平臺，進行集中分析、管理，按照標準模板自動生成巡查任務完成報告，技術路線如圖1所示。

3.2 具體實施方案

本節針對航標日常巡查任務需求對無人機選型、移動端操作系統研發、巡查數據管理平臺研發三個方面工作進行介紹。

圖1 技術路線圖

圖2 無人機與遙感器選型

圖3 珠江某一水域航標拍攝影像數據

圖4 移動端操作系統界面展示

3.2.1 無人機與遙感器選型

系統采用無人機作為基礎平臺，通過搭載專業遙感器，對航標進行日常巡查。

（1）選用的無人機具有防雨防塵，續航時間33分鐘，懸停精度10cm，抗干擾能力強等特點，可掛載可見光、熱成像多種遙感器，下部雙云臺同時搭常規相機和變焦相機。

（2）常規相機選型上，采用具有可見光遙感器，可用于航拍、空中巡查、物體空間信息采集的機型。有效像素2080萬，圖像分辨率4:3,5280×3956；16:9,5280×2970，可拍照、錄像。可變焦相機具有可見光遙感器，對結構物或病害進行放大檢查，有效像素213萬，最大30倍光學變焦（200米高可看清車牌），可拍照、錄像。

采用所選擇的拍攝儀器對廣州市南海某一海域的航標依次從正上方、正東方向、正南方向、正西方向和正北方向進行拍攝獲得的影像數據如圖3所示。

3.2.2 移動端操作系統研發及其應用

移動端操作系統（巡檢巡視APP），根據航標的特點及巡查部位，對無人機的飛行航線、姿態進行固化，巡查人員只要將無人機帶到固定地點，就可通過一鍵式執行任務，標準化作業流程。主要功能模塊如下：

（1）任務管理：任務內容與所在位置關聯；可隨時暫停任務，手動操作無人機進行拍照或錄像；手動鏡頭切換，對細節手動放大和拍照。

（2）飛行管理：一鍵式任務執行，固定飛行路線和姿態，標準化作業流程，自動飛行；當無人機未執行完任務返航后，支持任務斷點接續；顯示飛行姿態、飛行速度、拍攝模式；

圖5 巡檢巡視數據管理平臺界面展示

（3）巡查日志：生成巡查日志，主要記錄巡查時間、巡查對象、巡查人員、使用機型、巡查部位等信息。導出巡查日志。

通過研發的移動端操作系統對珠江某一水域航標巡檢巡視任務進行設定，實現無人機自動化巡檢巡視，移動端操作系統在操作過程中捕獲的界面如圖4所示。

3.2.3 巡檢巡視數據管理平臺研發及其應用

以GIS為基礎，實現巡檢巡視數據與二維地圖的位置關聯展示，對數據進行集中管理、數字存檔，方便查詢檢索，永久保存，建立異常數據庫、支持多時序照片對比。平臺主要功能模塊如下：

（1）數據導入：將無人機上的存儲卡與電腦連接，實現巡檢巡視數據（包括巡檢巡視照片、視頻）自動導入。

（2）數據展示：航標及周邊地形地貌的二維展示，實現巡檢巡視數據和空間位置的關聯展示。

（3）數據分析：對巡檢巡視照片、視頻進行分析，判讀異常。

（4）巡檢巡視報告：對巡檢巡視時間、巡檢巡視對象、巡檢巡視人員、巡檢巡視部位、異常情況、處置方法等進行匯總形成巡檢巡視報告。

（5）數據管理：對巡檢巡視數據（包括巡檢巡視照片、視頻）、分析數據、成果數據進行存儲管理，建立異常數據庫并實行時序管理。

通過研發的巡檢巡視數據管理平臺對珠江某一水域航標巡檢巡視數據進行集中分析、管理，該過程中捕獲的主界面如圖5(a)所示，巡檢巡視記錄如圖5(b)所示。最終對數據分析結果形成巡檢巡視報告如圖5(c)所示。并建立異常數據庫并實行時序管理。

4.無人機智能化巡檢巡視產生的經濟社會效益

4.1 經濟效益

無人機智能化巡查產生的經濟效益如下：

（1）無人機智能化巡查提高工作效率，同時可以彌補當前利用船舶巡檢巡視的手段單一、巡查成本高等不足，可有效降低人工、船舶租賃及燃油等成本。

（2）無人機可提供全局觀測角度，及時發現安全隱患，為航標管理部門提供數據，避免因航標缺陷造成的重大事故，減少經濟損失。

（3）無人機巡查提高航標維護管理頻率，可降低因巡檢巡視不及時造成的設備損壞成本。

4.2 社會效益

通過無人機智能化巡查，有效提高巡查作業的質量、效率，提升航標維護智能努力化、信息化水平，響應國家節能減排號召，提高航標維護頻率，全面提高航標效能和服務質量，為航運經濟發展、公眾安全出行提供有力保障。

5.結束語

本文通過總結對比傳統航標巡檢巡視方式存在的不足，介紹了無人機數字智能化在航標巡查中的應用。通過研發移動端操作系統對巡查任務進行設定，實現無人機自動化巡查，并通過研發巡查數據管理平臺對巡查數據進行集中分析、管理。該方法的提出及應用將進一步提升航標巡查效率，降低航標維護成本，全面提高航標效能和服務質量，也為今后航標無人機智能化巡查全面推廣奠定堅實技術基礎。