多旋翼無人機在機動應急廣播中的應用分析

劉衛宏，陳順峰，黎 建

（1.中廣電廣播電影電視設計研究院，北京 100045；2.廣播電視與視聽新媒體智慧監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管中心，湖北 武漢 430071）

0 引 言

隨著應急廣播系統的持續建設，全國大部分區縣的應急廣播系統已經在縣、鄉、村落地。但是，這些應急廣播的終端基于固定設施建設，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生突發事件，將無法提供應急廣播服務。目前，多采用機動應急廣播車搭載應急設備進行應急廣播作業，但在機動應急廣播車無法到達或到達有困難的區域，機動應急廣播車的作用將受到嚴重制約。如果在機動應急廣播車的基礎上，使用無人機搭載應急廣播裝置組成應急廣播無人機系統，能很好地解決這一難題。應急廣播無人機系統可以根據應急廣播工作現場的需求進行高空應急廣播作業，實現應急廣播節目轉播、現場音視頻采集、高音喇叭廣播、對講、遠光照明以及應急救援等功能［1］。

1 機動應急廣播無人機系統

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

圖1 應急廣播無人機系統示意圖

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，飛行過程中會產生通道間耦合，速度快，起降環境和操作控制要求高，因此不適合在機動應急廣播系統中使用。而多旋翼無人機操控靈活簡單且成本較低，非常適合在應急廣播系統中使用。多旋翼無人機根據其飛行范圍，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自由飛行，載荷能力5 ～10 kg，在額定載荷下有30 min 以上續航時間［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，并具有任務執行能力，可按照設定的航線飛行到指定目標執行拍攝、警報、照明、氣體檢測及應急救援等任務。

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的地面電源作為動力來源代替傳統的鋰電池，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，適用于應急廣播現場監控、現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［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，其飛行區域必須在系留纜的范圍內，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實際使用需求選擇系留多旋翼無人機。

1.2 應急廣播無人機系統組成

應急廣播無人機系統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急廣播系統的對接，實現飛行指令控制、飛行軌跡控制、視頻回傳、應急廣播信號傳輸以及應急對講等功能，并可將無人機的飛行狀態、位置信息及航線信息通過通信系統回傳到應急廣播中心平臺，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，根據地面指令執行飛行、圖像采集、應急廣播信號發射以及遠程機動對講等任務，同時將無人機的位置信息和采集的圖像等數據回傳到地面站平臺。

1.2.1 硬件系統組成

應急廣播無人機硬件系統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、地面應急廣播接口、控制無人機通信模塊以及動力系統等部分。空中無人機平臺主要包含機上控制單元、無人機飛行總成、機械動作設備、定位模塊、與地面的通信模塊、無人機動力系統以及可選擇的飛行載荷等，如圖2 所示。無人機動力系統可以根據荷載要求配置高性能鋰電池或油電混合動力設備。無人機荷載可以根據無人機執行任務的需要及無人機荷載能力，選擇配置微型攝像機、高音喇叭、微型無線發射機、機械手、照明設備及藥品等物資，也可根據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、較重的應急廣播設備。

1.2.2 軟件系統組成

應急廣播無人機軟件系統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為核心，包含應急廣播平臺接口、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、應急廣播發射機控制模塊、無人機上機械設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、地面通信模塊、飛行定位模塊、無人機飛行指令模塊、音視頻數據采集模塊、發射機接口模塊以及機械動作執行模塊，如圖3 所示。

1.3 應急廣播無人機參數要求

根據機動應急廣播系統工作需要，應急廣播無人機需滿足如表1 所示的性能參數要求。

圖2 應急廣播無人機平臺硬件組成

圖3 應急廣播無人機平臺軟件組成

表1 應急廣播無人機系統的主要參數要求

2 應急廣播無人機系統特點分析

針對特殊情形下區域應急廣播的需要，一套智能化程度高、適用于復雜環境的應急廣播無人機系統具有諸多特點。第一，通過自動控制功能，無人機可攜帶設備和機械自動起降與懸停，可按照預定軌跡巡航。第二，通過搭載輕型應急廣播設備，無人機可在短時間內實現和地面應急廣播設備等同的應急廣播功能。第三，通過搭載大喇叭可進行區域語音廣播，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急現場進行高清拍攝，并將拍攝的高清視頻回傳到地面無人機平臺。地面平臺通過應急廣播車將視頻回傳到應急廣播平臺和指揮中心，供應急廣播指揮調度中心指揮決策。第五，無人機可搭載應急救援物資進行應急救援，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，無人機可用于應急廣播設備的巡檢。對于分布在地質災害點、高山臺站及分散居民點的應急廣播設備、設施，平時可利用自由無人機搭載的發射機，結合應急廣播平臺控制設備進行設備工作狀態巡檢［4］。

3 結 語

無人機應用于應急廣播系統尚處于初始階段，還需要在具體應用中根據實際場景不斷進行創新。隨著技術的不斷發展，無人機技術和應急廣播技術將緊密配合，根據應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急廣播領域的應用。單架無人機在自身動力、有效載荷及數據信息整合能力方面存在局限，因此多架無人機集群化、協同化及智能化將成為無人機技術發展的必然趨勢。在較大應急廣播事件中使用多架無人機協同工作，將大大提高應急廣播在應急事件中的處置能力，提高應急廣播的可信度。此外，如果使用多架無人機聯合作業，對大范圍應急廣播設施進行聯合巡檢，將大大提高巡檢效率。