智能無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

閆浩

天津航天中為數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司

目前，我國(guó)正如火如荼地進(jìn)行智慧城市建設(shè)。面對(duì)紛繁復(fù)雜的城市環(huán)境，如何打造數(shù)字信息化城市是一大難題。智能無(wú)人機(jī)可以應(yīng)用在智慧城市建設(shè)的多個(gè)領(lǐng)域，為相關(guān)決策部門提供準(zhǔn)確、高效的數(shù)據(jù)支持服務(wù)，開(kāi)展智慧應(yīng)用、智慧規(guī)劃，打破信息孤島，推動(dòng)智慧城市建設(shè)。

近年，隨著科技發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，無(wú)人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已在公安、消防、城市管理等眾多領(lǐng)域替代人工作業(yè)。但無(wú)人機(jī)需要人員操控，對(duì)人員操控技能要求較高，需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格培訓(xùn)，不能及時(shí)融入智慧城市管理，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)應(yīng)用普及率較低。智能無(wú)人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了智能化、自主飛行、高效率作業(yè)，降低了無(wú)人機(jī)飛行操控的門檻。智能無(wú)人機(jī)可以提高城市應(yīng)急事件響應(yīng)能力、空天地立體化監(jiān)測(cè)能力、城市空間巡查能力、城市綜合信息采集能力，推動(dòng)智慧城市建設(shè)快速發(fā)展，將高科技融入城市發(fā)展，打造智慧、宜居的新時(shí)代城區(qū)。

智能無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成

智能無(wú)人機(jī)系統(tǒng)主要由無(wú)人機(jī)平臺(tái)、任務(wù)載荷、智能停機(jī)坪與智能控制系統(tǒng)組成。智能無(wú)人機(jī)系統(tǒng)具備智能控制、精準(zhǔn)起降、高安全性、全天時(shí)執(zhí)行任務(wù)的特點(diǎn)，為城市建設(shè)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

智能無(wú)人機(jī)平臺(tái)

無(wú)人機(jī)平臺(tái)機(jī)身采用一體化開(kāi)模制作，模塊化組裝實(shí)現(xiàn)快速拆裝，具備低電保護(hù)、斷鏈自動(dòng)返航等多重安全策略，為其飛行任務(wù)保駕護(hù)航。平臺(tái)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，惡劣天氣仍可正常飛行，配置差分GPS，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)起降，誤差不超10cm。加裝4G/5G模塊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸，不受信號(hào)強(qiáng)度、傳輸距離限制，可異地起降，實(shí)時(shí)回傳數(shù)據(jù)信息。

無(wú)人機(jī)任務(wù)載荷

無(wú)人機(jī)可搭載可見(jiàn)光相機(jī)、紅外熱成像儀、喊話器、高清變焦攝像機(jī)等任務(wù)載荷，根據(jù)任務(wù)性質(zhì)不同，配置不同任務(wù)載荷開(kāi)展作業(yè)。任務(wù)載荷采用模塊化、插拔式設(shè)計(jì)，可儲(chǔ)存或?qū)崟r(shí)回傳影像、高清數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程語(yǔ)音等信息。

圖1 六旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)。

智能停機(jī)坪

智能停機(jī)坪采用自動(dòng)伺服保護(hù)罩，具備防水、防風(fēng)能力，在惡劣天氣條件下，能保證無(wú)人機(jī)系統(tǒng)不被損壞，根據(jù)無(wú)人機(jī)實(shí)際作業(yè)任務(wù)，可遠(yuǎn)程自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。無(wú)人機(jī)利用智能停機(jī)坪全自主充電，無(wú)需人員操作，可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控充電狀態(tài)。智能停機(jī)坪內(nèi)外安裝有攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控智能無(wú)人機(jī)狀態(tài)。同時(shí)，其外部安裝了風(fēng)速儀等氣象設(shè)備，觀測(cè)周邊飛行環(huán)境，保證智能無(wú)人機(jī)飛行安全。智能停機(jī)坪體積較小，在高樓林立的城市中，可以安裝在樓頂?shù)葏^(qū)域，提高空間使用率，同時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)。

智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)分為固定電腦端與移動(dòng)端如手機(jī)或帶有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的平板電腦，在電腦端主要處理各職能部門申請(qǐng)的日常數(shù)據(jù)采集、巡查任務(wù)。移動(dòng)端主要派發(fā)給一線工作人員，在發(fā)生緊急事件時(shí)，由現(xiàn)場(chǎng)人員直接調(diào)動(dòng)周邊站點(diǎn)或正在執(zhí)行任務(wù)的智能無(wú)人機(jī)，開(kāi)展應(yīng)急支援保障。

智能無(wú)人機(jī)系統(tǒng)功能特點(diǎn)

遠(yuǎn)程操控

智能停機(jī)坪、無(wú)人機(jī)均利用4G/5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離不受區(qū)域限制，不受障礙物遮擋。

圖2 可見(jiàn)光相機(jī)。

操控簡(jiǎn)單

智能無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)一鍵起飛、降落，自主生成任務(wù)航線，降低對(duì)操控人員的素質(zhì)要求，2h左右即可完成人員培訓(xùn)。

高度智能化

采用差分GPS獲取高精度定位信號(hào)，進(jìn)而為無(wú)人機(jī)平臺(tái)提供精確的降落點(diǎn)位置信息，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)降落。無(wú)人機(jī)電量補(bǔ)充、外部狀態(tài)檢查、周邊環(huán)境觀察、氣象條件監(jiān)測(cè)等均由智能停機(jī)坪回傳給智能控制系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)開(kāi)機(jī)后，自檢起飛前的狀態(tài)，回傳給智能控制系統(tǒng)，通過(guò)綜合分析智能停機(jī)坪與無(wú)人機(jī)平臺(tái)回傳的信息，對(duì)飛行作業(yè)安全進(jìn)行評(píng)定。

圖3 高清攝像機(jī)。

圖4 喊話器與探照燈。

集群協(xié)同作業(yè)

對(duì)智能無(wú)人機(jī)分布進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，采用網(wǎng)絡(luò)集群控制技術(shù)，操控人員可同時(shí)控制多架無(wú)人機(jī)作業(yè)，提升作業(yè)效率。為保障飛行安全，可以設(shè)置電子圍欄，限定每架無(wú)人機(jī)只能在自己的作業(yè)范圍內(nèi)作業(yè)，遇到緊急情況可以解除電子圍欄，允許支援保障無(wú)人機(jī)進(jìn)入作業(yè)區(qū)域。

圖5 無(wú)人機(jī)智能停機(jī)坪。

智能無(wú)人機(jī)在城市中的應(yīng)用

目前中國(guó)各個(gè)城市都在加快智慧城市的建設(shè)步伐。例如，加快建設(shè)未來(lái)公交站、行人守護(hù)系統(tǒng)、智慧燈桿，開(kāi)展無(wú)人車駕駛試點(diǎn)，構(gòu)建智慧交通體系。智能無(wú)人機(jī)可服務(wù)于交通、路政、公安、消防等多個(gè)領(lǐng)域，可融入城市智慧管理指揮中心，政府的各部門，為打造智慧城市、安全城市貢獻(xiàn)力量。

在公安部門的應(yīng)用

采用智能無(wú)人機(jī)系統(tǒng)與地面警力協(xié)同巡查，全面提升監(jiān)控力度與智能化管理水平，對(duì)院校、超市、地鐵站等人員流動(dòng)性大的場(chǎng)所進(jìn)行重點(diǎn)巡查，對(duì)可疑人員進(jìn)行監(jiān)督排查，遇到城市突發(fā)事件時(shí)，發(fā)揮信息支撐作用，為事件處置提供高空視角影像。在學(xué)校、出入城路段的早晚高峰執(zhí)行路況巡查、事故偵查、違章取證等任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)天地一體、實(shí)時(shí)回傳、聯(lián)動(dòng)處置的協(xié)同應(yīng)用，提高巡查效率，加強(qiáng)巡查力度，確保道路安全、暢通。

在消防部門的應(yīng)用

圖6 智能無(wú)人機(jī)分布規(guī)劃示意圖。

圖7 智能無(wú)人機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

對(duì)火災(zāi)隱患進(jìn)行排查，迅速定位火災(zāi)的起火點(diǎn)位置，為火災(zāi)處置提供空中視角支持，對(duì)火災(zāi)引起的煙塵、風(fēng)向進(jìn)行預(yù)判，引導(dǎo)人員撤離，實(shí)時(shí)提供火情監(jiān)測(cè)、評(píng)估。在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，對(duì)受災(zāi)地點(diǎn)進(jìn)行空中拍攝分析，引導(dǎo)人群疏散撤離。

在路政部門的應(yīng)用

利用無(wú)人機(jī)對(duì)道路進(jìn)行巡檢，查看道路是否有損毀情況，對(duì)道路井蓋、隔離墩、隔離欄、車道劃線等道路關(guān)鍵部件進(jìn)行提取分析，實(shí)施有效管理。定期對(duì)橋梁等重點(diǎn)設(shè)施進(jìn)行巡檢，以保障設(shè)施安全。

在城管部門的應(yīng)用

對(duì)小區(qū)與商鋪私搭亂建行為進(jìn)行取證定位，對(duì)流動(dòng)小商販進(jìn)行喊話驅(qū)離，對(duì)影響城市美觀行為進(jìn)行拍攝取證，記錄長(zhǎng)期存在的城市管理亂象并進(jìn)行預(yù)警，對(duì)違規(guī)、處在危險(xiǎn)環(huán)境的人員進(jìn)行取證或喊話提醒、驅(qū)離。

在生態(tài)環(huán)境部門的應(yīng)用

定期開(kāi)展空氣質(zhì)量巡查，利用無(wú)人機(jī)高空航拍，查找可能存在的環(huán)境污染源并進(jìn)行預(yù)警，配合環(huán)保部門執(zhí)法進(jìn)行巡查，為執(zhí)法處置提供數(shù)據(jù)支持，并針對(duì)環(huán)保監(jiān)測(cè)的特殊性制定無(wú)人機(jī)長(zhǎng)期巡查任務(wù)，即進(jìn)行日間和夜間巡查。

隨著全國(guó)智慧城鎮(zhèn)建設(shè)的快速推進(jìn)，以及互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，新型智慧城市建設(shè)成為我國(guó)城市發(fā)展的努力方向,并逐步利用智能化裝備開(kāi)展人、財(cái)、物、事的高效精細(xì)化管理。在此背景下研究智能無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用,對(duì)推動(dòng)智慧城市建設(shè)進(jìn)入縱深發(fā)展階段具有重要意義。■