一、行業(yè)背景
隨著GPS、計(jì)算機(jī)與無線通訊、數(shù)字相機(jī)，以及IMU（慣性測量裝置，用來測量無人機(jī)的速度、方位及加速度）的不斷發(fā)展，無人機(jī)的技術(shù)已經(jīng)逐步成熟了。無人機(jī)具有操控簡單，靈活度高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠攜帶一些重要的設(shè)備從空中完成特殊任務(wù)，比如空中監(jiān)視、空中喊話、空中監(jiān)測、緊急救援等。
我國共有陸地邊界線約22000多公里，分別與14個(gè)國家接壤，其中有2/3的邊境線是高山大漠。針對(duì)我國邊境線出入境人流量大，走私偷渡等犯罪活動(dòng)嚴(yán)重的情況，客觀上要求邊防部門執(zhí)行任務(wù)的距離遠(yuǎn)，反應(yīng)的速度快。
傳統(tǒng)的邊防監(jiān)控多以人工監(jiān)控的方式進(jìn)行、比如站崗、瞭望、巡邏等。但由于邊防區(qū)域地理位置復(fù)雜，無人值守邊防站現(xiàn)場、出入境口岸現(xiàn)場等邊境監(jiān)控重點(diǎn)區(qū)域分布較廣，且與監(jiān)控中心距離較遠(yuǎn)，造成有線網(wǎng)絡(luò)利用上的不便，使得傳統(tǒng)監(jiān)控一直未能很好地滿足邊境監(jiān)控的需求。無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使邊防監(jiān)控系統(tǒng)科技化、智能化發(fā)展成為可能。
二、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
2013年，中國民用航空局(CAAC)下發(fā)《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》，業(yè)界普遍認(rèn)為這代表著邁出了無人機(jī)規(guī)范管理邁出了第一步。
大華無人機(jī)產(chǎn)品解決方案的設(shè)計(jì)以國家、行業(yè)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)，主要依據(jù)和要求如下：
· GJB 2347-1995 無人機(jī)通用規(guī)范
· GJB 6724-2009 通信干擾無人機(jī)通用規(guī)范
· GJB 3060-1997 無人機(jī)電氣系統(tǒng)通用規(guī)范
· GJB 5433-2005 無人機(jī)系統(tǒng)通用要求
· GJB 5434-2005 無人機(jī)系統(tǒng)飛行試驗(yàn)通用要求
· GJB 5435-2005 無人機(jī)強(qiáng)度和剛度規(guī)范
· GJB 5201-2003 無人機(jī)飛行控制與管理系統(tǒng)通用規(guī)范
· GJB 2023-1994 飛行控制計(jì)算機(jī)通用規(guī)范
· GJB 150.18A 軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第18部分：沖擊試驗(yàn)
· CH/Z 3002-2010 無人機(jī)航攝系統(tǒng)技術(shù)要求
· CH/Z 3005-2010 低空數(shù)字航空攝影規(guī)范
· GA/T 645-2014 安全防范監(jiān)控變速球形攝像機(jī)
· GB/T 28706-2012 無損檢測 機(jī)械及電氣設(shè)備紅外熱成像檢測方法
· GB 9254 信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法
· GB/T 17626 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù)
· CH/Z 3005 低空數(shù)字航空攝影規(guī)范
· CH/Z 3002 無人機(jī)航攝系統(tǒng)技術(shù)要求
三、大華無人機(jī)系統(tǒng)概述
2.1 組網(wǎng)架構(gòu)
圖1.無人機(jī)系統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)?/span>
無人機(jī)系統(tǒng)主要是通過遠(yuǎn)距離無線圖傳技術(shù)將云臺(tái)相機(jī)的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嬲尽Ｍㄟ^數(shù)傳技術(shù)將無人機(jī)的各項(xiàng)飛行數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲荆瑫r(shí)進(jìn)行航點(diǎn)、航線等遠(yuǎn)程控制。遙控通道主要用于一體式遙控器手動(dòng)操控?zé)o人機(jī)。
一體化遙控器集遙控顯示功能于一體，既可以直接進(jìn)行手動(dòng)操控，并在7寸觸摸屏上查看云臺(tái)攝像機(jī)圖像；也可以設(shè)置飛行線路和飛行任務(wù)等。
指揮中心人員可以通過大屏電視墻或者客戶端電腦查看無人機(jī)的實(shí)時(shí)圖像，以便根據(jù)現(xiàn)場情況及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行指導(dǎo)和指揮。
2.2 系統(tǒng)組成
圖2.無人機(jī)系統(tǒng)各組成部分
無人機(jī)系統(tǒng)由飛行平臺(tái)、飛機(jī)負(fù)載和地面站三大部分組成。其中，飛行平臺(tái)主要是無人機(jī)機(jī)架部分，包括導(dǎo)航、飛控、動(dòng)力、電源等；飛機(jī)負(fù)載由云臺(tái)和相機(jī)組成，相機(jī)可選擇可見光或熱成像相機(jī)，并預(yù)留多種接口；地面站系統(tǒng)有一體化遙控器和地面站組成，主要用于對(duì)無人機(jī)的控制。
2.2.1 飛行平臺(tái)
飛行平臺(tái)主要由以下各模塊組成：
導(dǎo)航模塊可以定位無人機(jī)的實(shí)時(shí)位置，設(shè)計(jì)使用GPS模塊；
飛控就是無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)，主要有陀螺儀（飛行姿態(tài)感知），加速計(jì)，以及控制電路組成。主要的功能就是自動(dòng)保持飛機(jī)的正常飛行姿態(tài)。
動(dòng)力系統(tǒng)中電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳可為無人機(jī)提供動(dòng)力，通過改變四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以控制無人機(jī)進(jìn)行前后、左右、升降以及旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作。
電源模塊可以為無人機(jī)飛行、云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)控制，以及數(shù)據(jù)傳輸模塊等提供能源保障。
圖傳和數(shù)傳是無人機(jī)與地面站建立通訊的傳輸通道，用于傳輸視頻數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)。
飛行平臺(tái)特點(diǎn)
2.2.2 飛機(jī)負(fù)載
云臺(tái)設(shè)計(jì)為三軸增穩(wěn)云臺(tái)，支持俯仰、平移、橫滾3個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)，內(nèi)置姿態(tài)傳感器和圖像穩(wěn)定系統(tǒng)，不管是無人機(jī)本身的抖動(dòng)還是俯仰、橫滾時(shí)，云臺(tái)都能夠保持穩(wěn)定，進(jìn)而保證相機(jī)圖像的質(zhì)量。
云臺(tái)設(shè)計(jì)為可拆卸，可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境需要選擇可見光或熱成像的攝像機(jī)，或者其他掛載。云臺(tái)相機(jī)內(nèi)置MicroSD卡槽，以保障圖傳鏈路出現(xiàn)故障時(shí)仍能不間斷進(jìn)行錄像。
飛行負(fù)載特點(diǎn)
2.2.3 地面站
地面站系統(tǒng)由一體化遙控器和地面站組成，一體化遙控器內(nèi)置7寸電容式觸摸屏，不僅可以顯示無人機(jī)的各項(xiàng)飛行數(shù)據(jù)，也可以在地圖模式下顯示無人機(jī)的位置，或者顯示云臺(tái)相機(jī)的實(shí)時(shí)圖像。并且可以和傳統(tǒng)地面站一樣設(shè)置航點(diǎn)、規(guī)劃航行線路等。
地面站可以將無人機(jī)的圖像和相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嬷笓]車或后臺(tái)管理中心，以便指揮人員了解情況進(jìn)行決策。
地面站特點(diǎn)
2.3 系統(tǒng)特點(diǎn)
2.3.1 智能飛行
圖8 智能飛行選擇模式
2.3.2 安全保障
四、應(yīng)用價(jià)值
近十幾年以來，人民解放軍為駐守在氣候惡劣的雪域高原地區(qū)的邊境巡邏部隊(duì)，配備了巡邏直升飛機(jī)、雪地摩托、多功能視頻衛(wèi)星通訊巡邏車等現(xiàn)代化的新裝備；為有界河、界湖水上守備任務(wù)的軍隊(duì)，配備了沖翼快艇、特種新型巡邏艇、水上摩托等裝備；為邊疆海島駐軍和海警配備了新型海上勤務(wù)艇、有直升飛機(jī)攜載能力的1000多噸警備艇、觀察直升飛機(jī)等新裝備。但是在我軍的特殊邊境（高海拔、高原、雪山、遠(yuǎn)離大陸的海島、無人區(qū)等）巡邏直升機(jī)無法到達(dá)的高度，只有靠戰(zhàn)士徒步或者騎馬數(shù)天甚至數(shù)十天才能到達(dá)，在一些路途坎坷、環(huán)境惡劣、氣候多變的邊境線，給巡邏官兵帶來了生命的威脅，也有官兵為此還獻(xiàn)出了寶貴的生命，自1980年以來，已有471名官兵因公犧牲。
另一種常用的高科技手段就是建立一套完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用無線傳輸技術(shù)，在各處放上無數(shù)的攝像頭，來達(dá)到監(jiān)視目的。但是這樣也要花費(fèi)大量的時(shí)間與金錢，并且后期設(shè)備維護(hù)麻煩。
無人機(jī)在邊防巡邏，警備執(zhí)勤和駐邊值守的應(yīng)用，目前正處于深入業(yè)務(wù)應(yīng)用并逐步落地的階段，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
1、迫切性：在發(fā)生緊急巡邏任務(wù)，而傳統(tǒng)手段無法快速完成作業(yè)的情況下，迫切需要一種新的手段可以深入現(xiàn)場，了解實(shí)時(shí)情況；在如邊境線惡劣地形條件等一些人車不方便通過或巡邏成本高的地方，迫切需要一種新的作業(yè)手段來提高效率、降低成本…而無人機(jī)，正是滿足這樣需求的一種設(shè)備！
2、普遍性：云南魯?shù)榈卣稹⑻旖蚋郾ǘ际褂昧藷o人機(jī)參與災(zāi)后救援，湖南、陜西、新疆等多地使用無人機(jī)進(jìn)行電力線路巡檢，廣州、三亞交警使用無人機(jī)抓拍交通違法行為……可以說，無人機(jī)現(xiàn)在早已不是應(yīng)對(duì)突發(fā)事件偶然使用的產(chǎn)品了，它越來越多的應(yīng)用于應(yīng)急和巡邏場景，并且具有很大普遍性和可復(fù)制性。
3、專業(yè)性：目前市面上大多數(shù)的普通無人機(jī)僅僅是通過掛載攝像機(jī)來獲取視頻信息，并且只在地面站進(jìn)行查看。不少用戶在購買之后發(fā)現(xiàn)無法接入指揮調(diào)度中心，或與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)。這也是目前民用無人機(jī)與行業(yè)無人機(jī)最大區(qū)別。
偵查巡邏
就常規(guī)邊防線巡邏檢查而言，傳統(tǒng)的徒步、騎馬、摩托化已經(jīng)無法滿足我軍邊防靈活機(jī)動(dòng)部署的任務(wù)，任務(wù)距離遠(yuǎn)，反應(yīng)速度快是目前我軍對(duì)邊防領(lǐng)域的迫切要求。而小型無人機(jī)的部署可以完成這一任務(wù)。大華無人機(jī)巡航半徑約10公里，起飛高度5000米，通過規(guī)劃巡邏路徑，地面操作人員可以在地面站完成無人機(jī)自動(dòng)巡邏并實(shí)施反饋沿途監(jiān)控畫面，通過自身的存儲(chǔ)設(shè)備，完成整個(gè)線路的監(jiān)控與記錄。如發(fā)現(xiàn)異常，我軍巡邏人員可通過傳統(tǒng)交通工具第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場，做到有案件必出兵，出兵必有效的目的。
警告威懾
當(dāng)我方邊境執(zhí)勤人員通過傳統(tǒng)監(jiān)控手段發(fā)現(xiàn)有非法越界或侵占行為時(shí)，通過我無人機(jī)系統(tǒng)第一時(shí)間起飛，飛赴事發(fā)現(xiàn)場上空，大華無人機(jī)最大起飛重量21.6公斤，通過搭載的高音喇叭或揚(yáng)聲設(shè)備循環(huán)播放驅(qū)離警告音頻，及現(xiàn)場視頻取證。這使得我邊防執(zhí)勤人員可以在無法進(jìn)入的湖泊，河流，田地等復(fù)雜地形進(jìn)行邊境執(zhí)法與主權(quán)聲明。
中繼通訊
在山區(qū)或遠(yuǎn)距離執(zhí)行任務(wù)中，經(jīng)常出現(xiàn)由于地面站信號(hào)輕度不夠?qū)е聼o人機(jī)信號(hào)丟失情況，為了解決這一難題，我無人機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出另外一套解決方案：在山區(qū)時(shí)，用一臺(tái)無人機(jī)作為信號(hào)中轉(zhuǎn)站，在地面監(jiān)控點(diǎn)上空，與執(zhí)行任務(wù)的無人機(jī)同等高度盤旋。從理論上來說，監(jiān)控點(diǎn)上方的無人機(jī)作為無線電信號(hào)中轉(zhuǎn)站，我們稱為中繼機(jī)，能保持地面監(jiān)測與任務(wù)中的無人機(jī)信號(hào)暢通。這樣提升了信號(hào)發(fā)射高度，增加了任務(wù)無人機(jī)飛行距離及作戰(zhàn)半徑。
大視域定點(diǎn)監(jiān)控
針對(duì)我過邊境線地域遼闊等特點(diǎn)，目前急需一種高空實(shí)時(shí)監(jiān)控的方式，從空中定點(diǎn)監(jiān)控所在區(qū)域局勢情況，及車輛人員變化信息，大華無人機(jī)最大續(xù)航時(shí)間約1小時(shí)，可抗7級(jí)風(fēng)，通過無人機(jī)升空，解決了制高點(diǎn)監(jiān)控的問題，同時(shí)可以監(jiān)控地平線所視范圍內(nèi)人車建筑物等情況，可以在駐地完成方圓幾公里的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，通過高變倍相機(jī)，可在高空對(duì)目標(biāo)車輛或人員進(jìn)行追蹤查看。
五、應(yīng)用展望
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，利用無人機(jī)在邊海防領(lǐng)域的執(zhí)勤應(yīng)用，不僅降低了在解放軍在執(zhí)勤任務(wù)中的風(fēng)險(xiǎn)，也有效的降低了我軍日常執(zhí)勤消耗的物資及能源，還提高了邊海防工作的效率。
目前我國軍方高層及航空工業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)部門正在著力推進(jìn)無人機(jī)班組建設(shè)、完善各類保障支撐體系，為無人機(jī)在軍工行業(yè)的廣泛應(yīng)用做好全面準(zhǔn)備工作，無人機(jī)將迎來全面推廣應(yīng)用的新階段。大華作為國內(nèi)安防行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)有義務(wù)為國家研發(fā)優(yōu)秀的產(chǎn)品和系統(tǒng)，為我國的軍事建設(shè)錦上添花。
大華無人飛行器在邊防領(lǐng)域的應(yīng)用展望
