無人機(jī)系統(tǒng)在高速公路通信工程技術(shù)的應(yīng)用

李 磊

（中電建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司，河北石家莊 050030）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的快速提高，當(dāng)前無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)不再局限于軍事領(lǐng)域，而是隨著其逐步輕便化與技術(shù)水平的不斷提升，開始被廣泛應(yīng)用于交通、攝影等其他領(lǐng)域。目前在我國(guó)的高速公路通信工程技術(shù)中，部分地區(qū)已經(jīng)開始將無人機(jī)加入到通信體系中，與傳統(tǒng)通信工程技術(shù)一起為高速公路安全運(yùn)行保駕護(hù)航。但是在實(shí)踐過程中，無人機(jī)在高速公路通信工程領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段，因此對(duì)其進(jìn)行研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高速公路通信工程系統(tǒng)構(gòu)成及作用

高速公路通信工程系統(tǒng)是高速公路體系十分重要的組成部分，其與高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，共同應(yīng)對(duì)各種高速公路領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)任務(wù)。具體而言，高速公路通信工程系統(tǒng)在整個(gè)高速公路體系內(nèi)主要起到的是傳輸工具的作用，能夠?qū)⒈O(jiān)控、收費(fèi)等系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，方便信息中心對(duì)其進(jìn)行處理。

在實(shí)踐中，高速公路通信系統(tǒng)的是監(jiān)控、收費(fèi)系統(tǒng)所采集到相關(guān)語音、圖像、視頻等數(shù)據(jù)的傳輸路徑，一般包括光纖數(shù)字傳輸、圖像傳輸、電纜工程等部分[1]。其中，傳統(tǒng)的高速公路通信工程大多數(shù)是依據(jù)電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，一旦電纜設(shè)備損壞則很容易出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)無法構(gòu)建信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)象，進(jìn)而影響高速公路交通運(yùn)輸?shù)耐〞常藭r(shí)無人機(jī)通信技術(shù)就能對(duì)這些問題進(jìn)行解決。

2 基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的無人機(jī)通信技術(shù)

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷提升，我國(guó)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)水平得到了飛速發(fā)展，在這一技術(shù)背景下，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的無人機(jī)通信技術(shù)能力愈發(fā)強(qiáng)大，能夠適應(yīng)大多數(shù)電纜無效背景下的通信需求。例如，我國(guó)的電信網(wǎng)絡(luò)在3G 條件下的網(wǎng)絡(luò)帶寬就已經(jīng)能達(dá)到4 Mbps，而在4G 網(wǎng)絡(luò)背景下更是達(dá)到驚人的40 Mbps以上。當(dāng)前，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)逐步趨向完善，大多數(shù)鄉(xiāng)村地區(qū)已經(jīng)建設(shè)完成了通信基站，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率很高，在實(shí)踐中能為無人機(jī)通信提供充足的運(yùn)行基礎(chǔ)，滿足高清條件下的成像需求。此外，我國(guó)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率還在進(jìn)一步增大，并且隨著5G 通信網(wǎng)絡(luò)的建立，其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度會(huì)逐漸加大，在無人機(jī)的運(yùn)行過程中，基本上不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，其畫面清晰度能夠得到充分保障[2]。

另外，隨著無人機(jī)在各領(lǐng)域的不斷普及，其價(jià)格已經(jīng)降到比較低的水平，其應(yīng)用成本并不高。

3 無人機(jī)種類

3.1 垂直起降型無人機(jī)

垂直起降型無人機(jī)是當(dāng)前在各行各業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用的最主流機(jī)型，其起降方式與直升機(jī)基本相同，其原理都是利用旋翼拉力將機(jī)身帶離地面，并增速上升到一定高度。在實(shí)踐中，這種無人機(jī)可以在大多數(shù)地形上實(shí)現(xiàn)起飛與降落，能夠滿足大部分行業(yè)與環(huán)境對(duì)于無人機(jī)的使用需求[3]。

隨著技術(shù)不斷升級(jí)，當(dāng)前我國(guó)廣泛采用的垂直起降型無人機(jī)在運(yùn)行過程中不僅能垂直起降，還可以在空中保持持續(xù)靜止，這種無人機(jī)的靈活性更強(qiáng)，且靜止?fàn)顟B(tài)對(duì)于信息采集以及定位有著明顯的效果，在承重能力上的表現(xiàn)也相對(duì)較好。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，這一類型無人機(jī)的載重量基本在30 kg 左右，這已經(jīng)能夠滿足大部分日常情景以及小部分特殊情景的應(yīng)用需求。例如，部分單位在執(zhí)行災(zāi)害救援任務(wù)時(shí)，如果道路交通受到阻隔，那么就可以采用無人機(jī)完成救災(zāi)物資運(yùn)輸任務(wù)，其工作效率也能得到保證。

3.2 固定翼無人機(jī)

固定翼無人機(jī)的原理類似于戰(zhàn)斗機(jī)、客機(jī)等，其在起飛過程中需要相關(guān)單位提供一條封閉道路為其提供助力。該型無人機(jī)上一般搭載有渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠?yàn)闊o人機(jī)本身提供較強(qiáng)的動(dòng)力。與垂直起降型無人機(jī)相比，這種無人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)在冬季的氣候條件下依然能夠維持相對(duì)較快的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，并使機(jī)身保持正常的飛行姿態(tài)。在實(shí)踐中，固定翼發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在低氣溫環(huán)境下正常進(jìn)行交通巡邏任務(wù)，并及時(shí)將所得到的信息向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行反饋，保證相關(guān)安全事故在能夠在第一時(shí)間得到處理。

與垂直起降型無人機(jī)相比，固定翼無人機(jī)在回收過程中存在一定難度，其回收過程中最常采用的方式是降落傘回收法以及觸網(wǎng)模式回收法。這種技術(shù)已經(jīng)比較成熟，雖然較垂直起降型無人機(jī)復(fù)雜，但也不會(huì)為相關(guān)單位帶來太大的使用負(fù)擔(dān)。

4 無人機(jī)技術(shù)在高速公路信息工程系統(tǒng)中的作用

4.1 日常路況監(jiān)控

無人機(jī)技術(shù)能夠在高速公路日常路況監(jiān)控方面發(fā)揮輔助作用。具體而言，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)背景下，當(dāng)前各大廠商設(shè)計(jì)的無人機(jī)一般具有速度快、能耗小、持續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，并且大多數(shù)無人機(jī)上具備可以搭載現(xiàn)代化高清攝像頭的云臺(tái)，能夠保證機(jī)身運(yùn)動(dòng)過程中攝錄信息的清晰性以及穩(wěn)定性，這可以輔助相關(guān)部門更好地對(duì)地面交通狀況進(jìn)行完整的記錄與拍攝。這可以為相關(guān)部門提供高速公路日常路況信息，進(jìn)而提升高速公路管理單位對(duì)于路況的了解與控制能力[4]。

無人機(jī)的操作方式簡(jiǎn)單，但是如果想要使其發(fā)揮出一定的功能性還是需要使用者根據(jù)自身需求對(duì)應(yīng)用方式進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，因此，相關(guān)單位在對(duì)無人機(jī)進(jìn)行使用的過程中應(yīng)該注意采用一定的科學(xué)方式。例如，高速公路管理部門采用無人機(jī)的主要目的是通過其加強(qiáng)巡邏力度，因此，飛行速度快、運(yùn)行里程較長(zhǎng)的固定翼飛機(jī)就成為交通管理部門首先考慮的無人機(jī)種類。另外，在固定翼無人機(jī)運(yùn)行過程中，相關(guān)單位應(yīng)提前設(shè)定運(yùn)行軌道，并保證無人機(jī)長(zhǎng)期處于自動(dòng)巡航狀態(tài)，這一功能也是大多數(shù)無人機(jī)所支持的。這樣無人機(jī)每天都可以自動(dòng)按照預(yù)先設(shè)定的工作路線進(jìn)行巡邏，大大減小人工對(duì)無人機(jī)進(jìn)行干預(yù)的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省傳統(tǒng)巡邏方式所需要消耗的人力成本，無人機(jī)就可以代替巡邏人員完成相關(guān)信息的收集，而且在速度、應(yīng)用場(chǎng)景方面有著明顯優(yōu)勢(shì)。

4.2 交通管制

在交通管制方面，無人機(jī)也能發(fā)揮一定作用。例如，當(dāng)高速公路管理部門管轄范圍內(nèi)的路段出現(xiàn)交通事故之后，會(huì)有一部分人員抱著僥幸心理逃離現(xiàn)場(chǎng)，從而使傷者不能及時(shí)接受治療。而在無人機(jī)應(yīng)用之后，相關(guān)單位可以采用這一技術(shù)對(duì)肇事車輛進(jìn)行定位，并進(jìn)行全程追蹤，并將收集到的信息向數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，輔助相關(guān)單位對(duì)犯罪行為進(jìn)行打擊。由于無人機(jī)的工作范圍是在空中，因此它的監(jiān)控范圍以及追蹤能力都是傳統(tǒng)固定攝像技術(shù)無法比擬的，能夠取得比傳統(tǒng)逃逸司機(jī)追蹤方式更好的效果。

此外，在無人機(jī)日常執(zhí)行巡邏過程中，相關(guān)單位也可以通過無人機(jī)上面搭載的揚(yáng)聲器等設(shè)備，對(duì)高速公路上發(fā)生的交通違法、違規(guī)行為進(jìn)行規(guī)范，不僅能提升整體道路交通的安全性，也能在一定程度上保證路邊執(zhí)法人員的安全[5]。

4.3 應(yīng)急處置

在應(yīng)急處置方面，無人機(jī)也有著一定建樹。首先，在高速公路發(fā)生交通事故之后，相關(guān)單位最先要做的就是對(duì)事故附近的交通信息進(jìn)行了解，并及時(shí)疏散相關(guān)車輛。但是在實(shí)際工作過程中，經(jīng)常會(huì)由于環(huán)境、時(shí)間、地理位置等諸多因素的影響，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)行政執(zhí)法人員無法準(zhǔn)確判斷交通情況，影響交通事故的處理效率。而無人機(jī)技術(shù)能夠在人員不能到場(chǎng)的情況下對(duì)交通環(huán)境進(jìn)行攝錄以及反饋，并通過機(jī)身搭載的揚(yáng)聲器以及攝錄設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行疏導(dǎo)，降低交通事故的處理難度。其次，在高速公路上發(fā)生的交通事故一般都比較嚴(yán)重，很容易造成車輛損毀以及人員傷亡，通過傳統(tǒng)的救援方法無法應(yīng)對(duì)各種不同的事故狀況，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)救援設(shè)備準(zhǔn)備不夠齊全的問題。而無人機(jī)可以利用自身較快的飛行速度，將缺失的物品及時(shí)運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，為受傷群眾提供更加豐富的救援支持[6]。

5 結(jié)論

隨著科技水平的快速提升，無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)不再局限于軍事領(lǐng)域，能廣泛應(yīng)用于人們的日常生活，當(dāng)前各大科研機(jī)構(gòu)也在積極探索新式無人機(jī)在我國(guó)各類民用領(lǐng)域的具體應(yīng)用。在高速公路信息工程領(lǐng)域，無人機(jī)也能發(fā)揮出重要作用。因此，相關(guān)單位在新時(shí)代應(yīng)該積極將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于高速公路信息工程，在日常路況監(jiān)控、交通管制以及應(yīng)急處置等方面提升高速公路管理部門的工作水平。未來無人機(jī)技術(shù)一定會(huì)在交通通信領(lǐng)域發(fā)揮出更大的作用，促進(jìn)我國(guó)高速公路通信技術(shù)長(zhǎng)期健康發(fā)展。