多旋翼無人機在機動應(yīng)急廣播中的應(yīng)用分析

劉衛(wèi)宏，陳順峰，黎 建

（1.中廣電廣播電影電視設(shè)計研究院，北京 100045；2.廣播電視與視聽新媒體智慧監(jiān)管國家廣播電視總局重點實驗室，北京 100045；3.湖北省新聞出版廣電監(jiān)管中心，湖北 武漢 430071）

0 引 言

隨著應(yīng)急廣播系統(tǒng)的持續(xù)建設(shè)，全國大部分區(qū)縣的應(yīng)急廣播系統(tǒng)已經(jīng)在縣、鄉(xiāng)、村落地。但是，這些應(yīng)急廣播的終端基于固定設(shè)施建設(shè)，必須以供電條件和固定支撐物為依托，如果在不具備條件的地點發(fā)生突發(fā)事件，將無法提供應(yīng)急廣播服務(wù)。目前，多采用機動應(yīng)急廣播車搭載應(yīng)急設(shè)備進行應(yīng)急廣播作業(yè)，但在機動應(yīng)急廣播車無法到達或到達有困難的區(qū)域，機動應(yīng)急廣播車的作用將受到嚴重制約。如果在機動應(yīng)急廣播車的基礎(chǔ)上，使用無人機搭載應(yīng)急廣播裝置組成應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)，能很好地解決這一難題。應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)可以根據(jù)應(yīng)急廣播工作現(xiàn)場的需求進行高空應(yīng)急廣播作業(yè)，實現(xiàn)應(yīng)急廣播節(jié)目轉(zhuǎn)播、現(xiàn)場音視頻采集、高音喇叭廣播、對講、遠光照明以及應(yīng)急救援等功能［1］。

1 機動應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)

機動應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)由機動應(yīng)急廣播車和應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)組成。無人機系統(tǒng)包含地面無人機平臺、空中無人機平臺及配套設(shè)施，如圖1所示。一般地，機動應(yīng)急廣播車作為機動應(yīng)急廣播的地面載體，負責和應(yīng)急廣播中心的應(yīng)急廣播平臺通信并搭載地面無人機平臺。應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)負責完成在機動應(yīng)急廣播車無法到達或到達有困難的區(qū)域進行應(yīng)急廣播作業(yè)。本文主要分析應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)的地面無人機平臺和空中無人機平臺。

圖1 應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)示意圖

1.1 無人機介紹

無人機一般分為固定翼無人機和多旋翼無人機兩種。固定翼無人機要求飛行場地開闊，飛行過程中會產(chǎn)生通道間耦合，速度快，起降環(huán)境和操作控制要求高，因此不適合在機動應(yīng)急廣播系統(tǒng)中使用。而多旋翼無人機操控靈活簡單且成本較低，非常適合在應(yīng)急廣播系統(tǒng)中使用。多旋翼無人機根據(jù)其飛行范圍，可以分為自由多旋翼無人機和系留多旋翼無人機兩種。

自由多旋翼無人機采用聚合物電池動力或油電混合動力，只能在其動力許可的范圍內(nèi)自由飛行，載荷能力5 ～10 kg，在額定載荷下有30 min 以上續(xù)航時間［2］。自由多旋翼無人機具備自動起飛、自動返航、巡航飛行、手動操控及空中懸停等飛行功能，并具有任務(wù)執(zhí)行能力，可按照設(shè)定的航線飛行到指定目標執(zhí)行拍攝、警報、照明、氣體檢測及應(yīng)急救援等任務(wù)。

系留多旋翼無人機又稱系留式無人機，是多旋翼無人機的一種特殊形式。它使用系留線纜傳輸?shù)牡孛骐娫醋鳛閯恿碓创鎮(zhèn)鹘y(tǒng)的鋰電池，最主要的特點是具有長時間滯空懸停能力，荷載能力相對較強，但活動范圍受系留纜限制，適用于應(yīng)急廣播現(xiàn)場監(jiān)控、現(xiàn)場指揮以及定點廣播等場合，能夠攜帶大載荷長時間留空作業(yè)［3］。系留多旋翼無人機具有滯空時間長、載荷能力強以及安全性高等特點，但由于系留纜的限制，其飛行區(qū)域必須在系留纜的范圍內(nèi)，且在飛行過程中要考慮周邊線纜或建筑物對系留纜的影響。

本文分析的應(yīng)急廣播平臺搭載于自由多旋翼無人機，在特定情況下也可以根據(jù)實際使用需求選擇系留多旋翼無人機。

1.2 應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)組成

應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)按使用時的作用劃分為地面無人機平臺和空中無人機平臺。

地面無人機平臺負責與空中無人機平臺通信，通過無線電通信完成無人機與車載應(yīng)急廣播系統(tǒng)的對接，實現(xiàn)飛行指令控制、飛行軌跡控制、視頻回傳、應(yīng)急廣播信號傳輸以及應(yīng)急對講等功能，并可將無人機的飛行狀態(tài)、位置信息及航線信息通過通信系統(tǒng)回傳到應(yīng)急廣播中心平臺，同時顯示在本地控制臺上。

空中無人機平臺負責接收地面平臺的控制指令，根據(jù)地面指令執(zhí)行飛行、圖像采集、應(yīng)急廣播信號發(fā)射以及遠程機動對講等任務(wù)，同時將無人機的位置信息和采集的圖像等數(shù)據(jù)回傳到地面站平臺。

1.2.1 硬件系統(tǒng)組成

應(yīng)急廣播無人機硬件系統(tǒng)是平臺各項功能的載體。地面無人機平臺硬件包含地面控制主機、顯示屏幕、控制臺、地面應(yīng)急廣播接口、控制無人機通信模塊以及動力系統(tǒng)等部分。空中無人機平臺主要包含機上控制單元、無人機飛行總成、機械動作設(shè)備、定位模塊、與地面的通信模塊、無人機動力系統(tǒng)以及可選擇的飛行載荷等，如圖2 所示。無人機動力系統(tǒng)可以根據(jù)荷載要求配置高性能鋰電池或油電混合動力設(shè)備。無人機荷載可以根據(jù)無人機執(zhí)行任務(wù)的需要及無人機荷載能力，選擇配置微型攝像機、高音喇叭、微型無線發(fā)射機、機械手、照明設(shè)備及藥品等物資，也可根據(jù)需要懸掛救援器材如救生圈和飲用水等。系留無人機可使用地面供電，因此具有較強的荷載能力和長時間空中懸停能力，可以攜帶較多、較重的應(yīng)急廣播設(shè)備。

1.2.2 軟件系統(tǒng)組成

應(yīng)急廣播無人機軟件系統(tǒng)是指駐留在硬件平臺上的控制軟件，包含地面無人機平臺軟件和空中無人機平臺軟件。地面無人機平臺軟件以綜合管理系統(tǒng)為核心，包含應(yīng)急廣播平臺接口、可視化展示模塊、安全模塊、無人機飛行操控模塊、音視頻傳輸模塊、應(yīng)急廣播發(fā)射機控制模塊、無人機上機械設(shè)備控制模塊以及地面平臺與空中平臺的無線通信模塊。空中無人機平臺軟件包含綜合控制系統(tǒng)、地面通信模塊、飛行定位模塊、無人機飛行指令模塊、音視頻數(shù)據(jù)采集模塊、發(fā)射機接口模塊以及機械動作執(zhí)行模塊，如圖3 所示。

1.3 應(yīng)急廣播無人機參數(shù)要求

根據(jù)機動應(yīng)急廣播系統(tǒng)工作需要，應(yīng)急廣播無人機需滿足如表1 所示的性能參數(shù)要求。

圖2 應(yīng)急廣播無人機平臺硬件組成

圖3 應(yīng)急廣播無人機平臺軟件組成

表1 應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)的主要參數(shù)要求

2 應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)特點分析

針對特殊情形下區(qū)域應(yīng)急廣播的需要，一套智能化程度高、適用于復雜環(huán)境的應(yīng)急廣播無人機系統(tǒng)具有諸多特點。第一，通過自動控制功能，無人機可攜帶設(shè)備和機械自動起降與懸停，可按照預定軌跡巡航。第二，通過搭載輕型應(yīng)急廣播設(shè)備，無人機可在短時間內(nèi)實現(xiàn)和地面應(yīng)急廣播設(shè)備等同的應(yīng)急廣播功能。第三，通過搭載大喇叭可進行區(qū)域語音廣播，無人機在低空時可通過搭載拾音頭進行語音采集，也可通過搭載對講設(shè)備和控制臺進行語音對講。第四，無人機可搭載微型攝像機對應(yīng)急現(xiàn)場進行高清拍攝，并將拍攝的高清視頻回傳到地面無人機平臺。地面平臺通過應(yīng)急廣播車將視頻回傳到應(yīng)急廣播平臺和指揮中心，供應(yīng)急廣播指揮調(diào)度中心指揮決策。第五，無人機可搭載應(yīng)急救援物資進行應(yīng)急救援，包括輕型救生圈、食物、飲用水、急救藥物或器材等，也可以根據(jù)指令飛行至任意指定救援位置遞送救援物資。第六，無人機可用于應(yīng)急廣播設(shè)備的巡檢。對于分布在地質(zhì)災(zāi)害點、高山臺站及分散居民點的應(yīng)急廣播設(shè)備、設(shè)施，平時可利用自由無人機搭載的發(fā)射機，結(jié)合應(yīng)急廣播平臺控制設(shè)備進行設(shè)備工作狀態(tài)巡檢［4］。

3 結(jié) 語

無人機應(yīng)用于應(yīng)急廣播系統(tǒng)尚處于初始階段，還需要在具體應(yīng)用中根據(jù)實際場景不斷進行創(chuàng)新。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機技術(shù)和應(yīng)急廣播技術(shù)將緊密配合，根據(jù)應(yīng)急廣播的需求不斷完善和提升無人機及其控制平臺的功能，進而推動無人機在應(yīng)急廣播領(lǐng)域的應(yīng)用。單架無人機在自身動力、有效載荷及數(shù)據(jù)信息整合能力方面存在局限，因此多架無人機集群化、協(xié)同化及智能化將成為無人機技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。在較大應(yīng)急廣播事件中使用多架無人機協(xié)同工作，將大大提高應(yīng)急廣播在應(yīng)急事件中的處置能力，提高應(yīng)急廣播的可信度。此外，如果使用多架無人機聯(lián)合作業(yè)，對大范圍應(yīng)急廣播設(shè)施進行聯(lián)合巡檢，將大大提高巡檢效率。