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消防装备:无人机在消防通信中的应用

2021-11-22 01:28 已有人浏览
本文摘要:消防装备:无人机在消防通信中的应用 比年来,跟着飞控系统的开源、配套技能的进步以及市场需求的增加,无人机在各范畴的应用获得快速成长。今朝,无人机在各级消防救援单元均获得差别水平的配发,但其使用仍存在诸多问题:一是无人机专项培训较少,下层通信人员缺乏系统全面的无人机培训;二是无人机的功效应用较为狭窄,今朝主要集中于航拍侦察,缺乏进一步的深度应用;三是通信组网杂乱,与现场通信批示车、长途通信批示中心等通信模块毗连不畅,信息共享有待晋升。

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消防装备:无人机在消防通信中的应用 比年来,跟着飞控系统的开源、配套技能的进步以及市场需求的增加,无人机在各范畴的应用获得快速成长。今朝,无人机在各级消防救援单元均获得差别水平的配发,但其使用仍存在诸多问题:一是无人机专项培训较少,下层通信人员缺乏系统全面的无人机培训;二是无人机的功效应用较为狭窄,今朝主要集中于航拍侦察,缺乏进一步的深度应用;三是通信组网杂乱,与现场通信批示车、长途通信批示中心等通信模块毗连不畅,信息共享有待晋升。联合上述无人机应用历程中存在的问题,笔者旨在从理论阐释和实证研究的角度解决相关的问题,规范现场无人机通信组网流程,从而晋升无人机在灭火救援中的应用程度,对实际操作具有必然的鉴戒与参考价值。

1 无人机通信模块应用研究 笔者选用的六旋翼无人机具有航时长、机身稳固、应用机动的特点。鉴于通信模块在无人机现场功课中占据的重要位置,笔者根据无人机的功课顺序,从先导侦察、图像传输、扩音喊话这三个主要功效出发,举行功效的技能手段及应用研讨。

1.1 先导侦察的功效优化 先导侦察是指火警、洪涝等自然灾害产生后,消防无人机接纳手动操作或自主航迹规划的方式,先于其他的消防救援气力达到灾害现场举行侦察的一种功效。然而,今朝消防范畴接纳无人机出动的模式凡是为“手动遥控为主,自主航行为辅”的操作方式,即救火员参加后,使用遥控器举行定点悬停、俯冲或下降等行动,完成灾害现场的开端侦察,在侦察历程中的部门阶段,使用自主航迹规划举行侦察。此种操作方式虽简朴易行,但存在明明的不足。

如无人机在出动时,由于人员操作的限制,只能在消防救援人员参加后方可实施,致使无人机先导侦察、提前预判的能力大大弱化。因此,应将无人机的侦察功效进一步优化,实现先导侦察。按照算法的根基道理和呈现的先后时序,可以将路径规划算法分为四大类:传统算法、图形学方法,智能仿生学算法和其他算法。

笔者接纳的无人机将栅格法、A*算法及遗传算法相融合,所接纳的算法如下:一是接纳栅格法对航行涵盖的空间举行建模,即在确定航行方针所在的位置坐标后,通过谷歌舆图的门路修建信息及构筑物的高度信息举行必然步长的划分,并联合本辖区特点,选择预先配置的几其中继节点作为区域方针点;二是操纵 A*的 open表和 close 表格及开导函数 h(n)对航行路线举行约束限制,引导其向既定方针点航行;三是引入蚁群算法举行处置惩罚。由于在上述步骤中,价格表的成立缩减了大量的无效或低效的航行区域。

因此,在少量迭代次数的环境下即可获得最终航行路线。别的,该无人机也可接纳更为简朴的航行方式,即接纳“最低宁静航行高度”。

在航行器的地面节制终端上,由于海内无人机的导航系统大部门接纳 Google 舆图举行GPS 定位与导航,可以在航行前举行高度设定,选取航行范畴中的最高点作为最低宁静航行间隔,在设定了终点后实现自主航行。由于消防无人机载有避障模块,可避开高空障碍物以实现宁静航行。1.2 图像传输的功效优化 在消防无人机的通信系统中,一般包罗图传、数传等无线电传输设备。

个中,无人机通过搭载图像传输模块举行现场图像的及时回传,则是无人机完成现场侦察、批示辅助决议功效的最重要的环节。联合消防部分通信装备配备近况,3G/4G 图像传输与微波图像传输是今朝可行性强、传输不变的传输方式。(1)3G/4G 图像传输。

在消防的实际应用中,3G/4G图像传输可以理解为使用 4G 设备举行 3G 图像传输,其现场的数据传输路径,如图 1 所示。图中的 1~5 别离为无人机、无人机地面终端、3G 公网基站、办事器和批示中心。

一是无人机承载的高清摄像机及时摄录现场影像,将数据通报到无人机的地面终端上;二是地面终端引出一条HDMI 的高清接口,向地面的 3G 公网基站发射信息;三是通过会见通信批示中心登录 IP 地址,毗连办事器,即可获取基站转接的数据信息。展开全文 (2)微波图像传输。微波图像传输是指消防通信人员将无人机拍摄到的视频数据通过便携式等发射终端,以微波的形式将信息发送至现场的通信批示车上的车载吸收机,颠末车载发射机再次发射后,即可在通信批示中心看到及时视频资料,实现“现场-批示车-批示中心”同步寓目。

详细传输流程如图 2 所示。在图 2 中,1~4 别离为无人机、背负式微波传输设备、现场批示车的吸收端与输出端、批示中心。1.3 扩音喊话的功效优化 今朝,扩音系统在消防通信中的应用大部门逗留在地面喊话的阶段。

然而,在高层修建轻生现场以及引导人员疏散等救援现场,常常由于地面人车拥挤,声音嘈杂,致使扩音设备的效用大为降低。因此,使用无人机可以实现消防救援现场的高空喊话,加强被救助者在等候救援时的信心。

联合今朝消防救援实际环境,可接纳如下方式:无人机搭载无线吸收设备,地面救援人员在达到现场后,当即使用手台举行喊话,通过无线传输方式传输到无人机的吸收设备后,通过扩音器将声音传出。2 实证研究 2.1 先导侦察尝试研究 选取某消防部分训练基地为尝试对象,对温度、风向、天气等根基环境作出记载后,设定无人机的初始所在及变乱想定点。使用 Google 舆图举行定位,确定航行初始点与终点,实施一键航行,获得的部门航行画面如图 3、图 4所示。

从图中可以看出,接到出动指令后,无人机先于消防车出发,并在航行途中不中断地将图像传回批示员手中的无人机地面终端;达到现场后,可以或许清晰、精确地显示失事故所在泄漏源的扩散水平、周边门路环境及人员被困环境,为途中批示决议提供重要来历。通过尝试可以看出,通过高清摄像机传回地面终端的图像清晰,画面不变,切合消防军队对于先导侦察的根基要求,证明接纳防发抖平台及高清摄像机的六旋翼无人机可以实现该功效。

2.2 图像传输尝试研究 (1)3G/4G 图像传输尝试研究。本尝试选取训练场化工装置训练区作为变乱现场,将批示演练中心设定为支队批示中心,尝试的乐成尺度设定为:消防人员参加后可否将无人机收罗到的图像不变清晰地传回批示中心显示屏上且时差小于 1 s。尝试开始后,无人机在现场消防人员的操作下,迅速起飞,待航行平稳后开始记载其传输画面。

获得的现场部门的地面终端截图及批示中心截图,如 图 5、图 6 所示。从图像中可以看出,接纳 3G/4G 图像传输的方式可以或许做到及时传输,实现“现场-地面终端-批示中心”的视频同步。

但在批示中心的页面中,由于受到公网基站的影响,批示中心办事器会见获得的画面像素大幅度降低,但整体画质并不影响批示中心的视频寓目与阐发研判,切合灾害现场视频传输要求。(3)微波图像传输尝试研究。为防止单一传输手段在现场呈现妨碍后导致图传间断,在接纳 3G/4G 图像传输的基础上,举行对比试验,纵然用微波图像传输方式,使用单兵背负式微波传输设备举行图像传输,相关通信设备如图 7 所示,图中别离为现场通信批示车、消防无人机、微波传输设备、地面吸收端。

选取高层修建模拟演练区作为变乱所在。变乱人员参加后,迅速携带单兵背负式微波传输设备,在确保通信批示车的输入端与视频输出接口毗连完整的环境下,利用遥控设备对无人机举行起飞操作。飞离至预定高度后定点悬停,开始传输视频图像。

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在画面不变后,选取某一时刻的地面终端图像及批示中心图像举行记载和对比,从图8、图 9 可以看出,在起飞后 2 分 47 秒后,截取同一时间高清摄像机影像及批示中心图像,颠末通信批示车传输回批示中心的图像与无人机在高空拍摄的图像比拟,虽然画质在必然水平上降低,但整体的画质清晰度及同步性较为杰出,切合现场侦察及批示中心对于灾害现场的画面要求。通过对比两种侦察方式传输的视频画面,可以看出:从整体画面效果、时延环境以及传输不变性的角度,二者均能到达预期的效果。在批示救援现场,一旦个中某种批示手段因外部情况滋扰被迫中止时,可迅速接纳第二种方式举行视频传输。2.3 扩音喊话功效尝试研究 设定灾害情景为:高层修建起火楼层上方有人员被困,为防止被困人员盲目跳楼,决定启用无人机举行喊话抚慰。

消防人员参加后,选择扩音模块并将其载荷到无人机的云台上,将手台频率调制 350 MHz,扩音模块吸收端也调至 350 MHz,通过无人机上的微型喇叭将声音扩散出去。由于微型喇叭接纳小型锂离子电池作电源,设备轻巧,对无人机的载荷要求较低。

现场试验环境如图 10、图11 所示。在尝试现场对电台举行喊话后,声音当即从无人机上的扩音模块传出,且音量适中,在高层修建中的被困人员可以清晰地听到扩音器的喊话内容。证明该通信模块及通信方式可以满意灭火救援现场对扩音功效的要求。

3 竣事语 笔者驻足当前消防无人机在灭火救援现场急需改良的应用功效,提出了相应的通信技能路径及实现手段,论述了个中包罗的技能道理,最后通过实地检讨的方式,对技能路径举行了实际论证。尝试证明:接纳自主研发的六旋翼长航时无人机可以完全实现本文提出的先导侦察、图像传输及扩音喊话功效,为此后消防部分在使用无人机的相应功效时提供了必然的参考价值。

但该无人机仍存在荷载分离、视频传输质量差等问题。下一步将从通信模块集成整合、数据处置惩罚等角度继续举行摸索。跟着飞控设备、通信链路技能的不停更新与成长,消防无人机的先导侦察、图像传输等功效将获得进一步的优化,并向通信设备信息融合、通信辅助决议平台等成长偏向靠拢,为“聪明消防”的建设注入新的活力。

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