無人機巡檢在棉花物流倉儲智慧消防中的應用

李 鵬，劉中海，肖 莉，張國玉，楚中會，楊傳甲

（1.新疆冠農果茸股份有限公司，新疆 庫爾勒 841000；2.新疆匯錦物流有限公司，新疆 庫爾勒 841000）

倉儲物流產業作為國民經濟發展中的一個新興產業，正在全球范圍內推廣開來。棉花作為一種相當特殊的商品，在倉儲管理的過程中具備易燃、阻燃、自燃三種特性，為倉儲管理帶來了巨大的挑戰。我國棉花產量居世界首位，而新疆產棉量約占我國棉產量的50%，因原棉色澤好，“三絲”含量相對于其他棉區低，國內主要使用新疆棉。巴州既是新疆最重要的產棉基地，也是國家優質長絨棉生產基地，做好棉花倉儲的消防安全工作尤為重要。由于棉花倉儲受倉儲堆場等場所占地面積大，堆垛數量多，室外溫度、濕度、空氣等多種因素影響，企業消防安全設施不完善，加之人防技防措施不到位，火災發現晚，報警遲導致貽誤最佳滅火時機往往造成巨大的經濟損失。所以及早發現火情，有效控制和撲救棉花倉儲場所火災成為確保其安全的重要措施。本公司通過引入大華DH-UAV-X820四旋翼智能無人機巡航系統，加強技防措施，增強消防體系，降低棉花倉儲的火災發生率，促進棉花倉儲企業的健康發展。

1.智能無人機巡航系統結構分析

無人機是利用無線電遙控或自備程序控制的一種自帶動力、可遠程遙控和GPS定位導航自主飛行的飛行器，無人機系統由飛行平臺、飛機負載和地面站三大部分組成。其中，飛行平臺主要是無人機機架部分，包括導航、飛控、動力、電源等；飛機負載由云臺和相機組成，相機可選擇可見光或熱成像相機，并預留多種接口；地面站系統有一體化遙控器和地面站組成，主要用于對無人機的控制。

圖1

飛行平臺主要由以下各模塊組成：導航模塊可以定位無人機的實時位置，設計使用GPS模塊；飛控是無人機的飛行管理與核心控制系統，基本任務是當無人機在空中飛行受到干擾時保持飛機姿態與航跡的穩定，以及按地面無線傳輸指令的要求，改變飛機姿態與航跡，并完成導航計算、遙測數據傳送、任務控制與管理等。動力系統中電機帶動螺旋槳可為無人機提供動力，通過改變四個電機的轉速，可以控制無人機進行前后、左右、升降以及旋轉和翻轉等動作。電源模塊可以為無人機飛行、云臺的旋轉控制，以及數據傳輸模塊等提供能源保障。圖傳和數傳是無人機與地面站建立通訊的傳輸通道，用于傳輸視頻數據和飛行數據。飛機負載的云臺設計為三軸增穩云臺，支持俯仰、平移、橫滾3個維度的運動，內置姿態傳感器和圖像穩定系統，不管是無人機本身的抖動還是俯仰、橫滾時，云臺都能夠保持穩定，進而保證相機圖像的質量。云臺設計為可拆卸，可根據現場環境需要選擇可見光或熱成像的攝像機，或者其他掛載。云臺相機內置MicroSD卡槽，以保障圖傳鏈路出現故障時仍能不間斷進行錄像。地面站系統由一體化遙控器和地面站組成，一體化遙控器內置7寸電容式觸摸屏，不僅可以顯示無人機的各項飛行數據，也可以在地圖模式下顯示無人機的位置，或者顯示云臺相機的實時圖像。并且可以和傳統地面站一樣設置航點、規劃航行線路等。地面站可以將無人機的圖像和相關數據實時傳輸到地面后臺管理中心，以便指揮人員了解情況進行決策。

2.智能無人機巡航系統組網架構

圖2

無人機系統主要是采用無線傳輸接收或發射數據，將無人機的各項飛行數據及云臺相機的圖像視頻信號通過無線圖傳技術實時傳輸到地面站，完成航向、航線等遠程遙控。遙控通道主要用于一體式遙控器手動操控無人機。一體式遙控器集遙控顯示功能于一體，既可以直接進行手動操控，并在7寸觸摸屏上查看云臺攝像機圖像；也可以設置飛行線路和飛行任務等。指揮中心作為無人機的管理終端，可以將無人機的實時圖像及數據通過大屏電視墻或者客戶端電腦直觀地顯示，以便于對現場情況及時、準確地進行指導和指揮，同時將數據實時儲存，形成數據庫，為后期的數據追溯提供依據。

3.智能無人機分類及特點

無人機根據能源驅動方式可以分為兩種：一種是電能驅動，無人機內置鋰電池，以鋰電池為驅動能源進行工作，通常發生故障時自身不會成為另外的著火源，適用于森林消防巡查、棉花倉儲等；弊端是鋰電池續航時間短，作業半徑有限，無人機無法長時間或較長距離的作業。第二種是油動，采用柴油或者汽油作為能源，優點是其持續工作能力強，作業半徑廣，但缺點是一旦出現故障造成墜機，會引發新的火災，加大火災形勢，造成更大的損失，需謹慎選擇使用場合。

無人機遙感技術綜合了無人機和遙感技術的特點，可以自動快速獲取物流區域儲存信息。無人機搭載的攝像裝備其影像分辨率達到厘米級別，可實現高空間，大面積巡檢，也可實現低空間較小范圍精確監測。通過多光譜分析，得到大面積測區的各項檢測數據。無人機的數據采集和處理能力是人工檢測采集的數十倍。同時利用機載熱成像可以對園區進行實時熱源檢測，及時發現火情，可實時發送提示報警信息。

4.無人機在棉花倉儲巡檢系統中的應用

因棉花倉儲物流園區占地面積較為特殊，東西方向長約2400米，最寬處約600米，以往采用人工巡檢的方法，巡視一周需要一個小半時，經常出現漏巡、巡查不到位現象，且棉花堆垛普遍堆放較高，巡視人員看不到垛頂狀況，存在巡視死角，而且人工巡檢對巡檢人員責任心要求較高，可控性復雜。通過新增無人機巡查系統，由監控中心一鍵操作，實現由無人機自動化巡檢巡視，實時監控，數據信息化管理，巡檢效率提高，巡視全面，且巡視一周只需要半個小時，進一步提升棉花倉儲物流日常維護管理精細化管理水平。且采用人防+技防相結合的方式，極大地提高了棉花倉儲的安全管控，降低火災發生率。

圖3

通過無人機搭載的熱成像攝像機，在控制系統設定溫度報警，當溫度大于夏季30℃（冬季20℃）自動報警，操作人員能夠第一時間接受報警信息，對溫度異常點進行重點檢查，同時及時通知現場管理人員趕赴溫度異常點進行確認。紅外熱成像技術不受惡劣天氣的影響，無論大霧還是夜晚都可以正常工作。通過無人機搭載紅外技術，可以使施工現場的安全檢查更加智能，適應復雜的環境，節約人工檢測成本，消除安全隱患。

圖4

通過無人機巡檢操作系統對巡查任務進行設定，可固化巡查航線，操作人員將無人機放置到指定起降位置，在初次設定巡航路線后，通過無人機攜帶的GPS導航模塊將路線坐標傳輸到控制系統保存，設定巡航周期，監控中心人員一鍵式啟動無人機后，無人機按照系統設定的路線進行自動化巡檢，巡檢過程中發現異常會及時在控制終端報警，由監控人員確認及時進行處理，巡查結束后返回指定位置后自動將巡檢數據上傳至數據管理平臺，形成巡查報告保存至存儲期內。

無人機還具備自動躲避障礙物功能，棉花倉儲現場布置有大量的避雷設備和監控設備，高度超過30米，無人機在設置了自動巡航后，巡航高度固定，正常設定為15米，當無人機在巡檢時當遇到障礙物時，自動避障系統能夠及時地避開飛行路徑中的障礙物，繼續進行巡視工作，保障無人機自身安全的同時減少人員操作的工作強度。

5.結語

隨著無人機技術的進一步發展及其在消防行業良好的應用效果，為倉儲物流行業消防防控工作提供基礎與保障，通過無人機在棉花倉儲巡檢中進行高空偵查、信息的收集和傳遞、指揮調度等，突破了傳統的人員巡查的局限性，降低人員工作強度，提高倉儲物流消防管控的安全等級，及時地發現現場前期火災，減少財產損失與人員傷亡。