西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 任鵬東 謝 義 郭崢嶸 吳國福 梁美嬌 王葉南

四旋翼在警用安防領(lǐng)域的應(yīng)用研究

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 任鵬東 謝 義 郭崢嶸 吳國福 梁美嬌 王葉南

近幾年來，無人機行業(yè)迅速的發(fā)展，越來越多的人將無人機作為自己的業(yè)余愛好。市面上現(xiàn)在大部分的無人機為四旋翼無人機，而四旋翼無人機主要是用來航拍，所以經(jīng)常能在視頻網(wǎng)站上看到無人機拍出祖國的大好河山，秀美的景色令人心曠神怡。但四旋翼真的就只限于航拍這一種功能嗎，為此我有了我自己的想法。本文研究了四旋翼在警用安防領(lǐng)域如何實現(xiàn)，具體的設(shè)計方法，大致的設(shè)計方向，以及可現(xiàn)性等作了分析。

無人機；四旋翼；警用；安防

0 引言

經(jīng)常能在電視上看到警察抓捕販毒集團等擁有很大危險的犯罪分子時候，場面經(jīng)常是驚心動魄。在抓捕前這些都要進行嚴密的布控，但是狡猾的嫌疑人利用他們對地形的熟悉，有時候能迅速地擺脫抓捕人員，對抓捕帶來很大的不利。如果在此時天空中有一架無人機對這一切都有著監(jiān)控，有專人提供隨時的動態(tài)，這就對嫌疑人動態(tài)有清晰地了解，抓捕就會順利許多。

去年夏天我所生活的地方一條河流上游泄洪，泄洪后有一位老人沒有及時撤離出河床，被困在河水中央。河水湍急，消防人員無法游到老人身邊，又因為河的兩岸較寬，沒有設(shè)備把繩子拋到對岸固定，因此不能讓消防員順著繩子過去救人。時間流逝，最后沒有來得及將老人救走，就被河水吞噬。要是能有一架無人機能將繩子的一端牽引到河對岸放下，讓兩岸的人拉緊繩子，這樣消防員就能游到老人身邊，將老人救起。

有很多的驢友喜歡到一些深山老林中感受無人的寧靜，但是這些地方往往充滿著未知和危險。手機沒有信號，環(huán)境的惡劣，很多人因此迷失方向。一旦危險發(fā)生，救援人員很難快速的找到他們，只能是自己也深入其中。而像直升機這樣的設(shè)備并不是隨時都有，這樣無人機就體現(xiàn)了它的作用?？梢赃M山搜索，夜晚時配備一個具有夜視功能的攝像頭，再加一個強光手電筒就可以幫助人們搜索。無人機的速度快，搜索范圍廣等都會加快尋找。需要做的就是多帶幾塊電池即可。

1 四旋翼飛行器的現(xiàn)狀

現(xiàn)階段的四旋翼飛行器主要用來航拍，像大疆這樣的廠商，他們的四旋翼擁有著很高的運動性能以及清晰的拍攝能力。并且現(xiàn)在四旋翼越來越智能化，能夠逐漸減少人們的操作負擔(dān)。但是現(xiàn)在的無人機行業(yè)所做的四旋翼產(chǎn)品都比較單一，僅僅是只做到了航拍這一方面。當(dāng)然現(xiàn)在也有向農(nóng)業(yè)植保機方面研究的，也都取得了一些成就。最近，我有個想法，四旋翼能否向安防領(lǐng)域發(fā)展。

2 四旋翼應(yīng)用在安防領(lǐng)域的改造方法

要做成警用安防四旋翼，市面所見的四旋翼無法勝任，所以必須對無人機進行定向改造。目前本研究對四旋翼改造有三個方面，分別應(yīng)對引言中提到的三個事件。首先對無人機的攝像頭進行升級，其次安裝一個牽引裝置類似于汽車的拖車鉤，最后加裝增光裝置。以下分別詳述改進方法。

2.1 四旋翼的攝像頭升級

目前市面所見的四旋翼大多都為高清攝像機，像一些大廠商都會自主設(shè)計攝像機，但大多數(shù)航模愛好者都是用450機架等攜帶Gopro等運動相機，如圖1所示。這些相機的優(yōu)勢是拍攝的畫質(zhì)高清并且小巧，能夠帶來很好的視覺體驗，但是對于光線較暗的環(huán)境根本無法看清。既然是警用安防，我認為應(yīng)該將攝像頭改為具有夜視能力的類型，可以犧牲一部分的清晰度只要能夠看清地面環(huán)境即可。這樣在空中執(zhí)行任務(wù)時，若是在白天，能夠看到嫌疑人的具體方位，在夜晚能夠看到人體的方位以便為抓捕人員提供嫌疑人的方位。這樣的攝像頭在購物網(wǎng)站能夠買到并且價格均在300元左右。夜視攝像頭如圖2所示，顯示效果如圖3所示。這樣對四旋翼的初步改造完成，能夠應(yīng)對引言中對一個案例，當(dāng)然如果在無光環(huán)境下依舊難以應(yīng)對，例如引言中第三個案例，此時需要進一步改進。

圖1 某運動相機

圖2 某夜視攝像頭

圖3 夜視攝像頭白天與夜間圖像

2.2 對四旋翼增加補光裝置

在無光環(huán)境下要使用四旋翼尋找目標(biāo)，像是在叢林中尋找失蹤人員，即使有夜視攝像頭，但也不足夠看清一切事物。熱成像設(shè)備一般較大，且價格較貴，無法帶上四旋翼。此時可以加入一個強光手電筒，強光手電筒重量不大，續(xù)航時間長，手電如圖4所示。此類型手電筒可照射距離為300米，并且可以調(diào)整焦距。這樣可以向地面補光以便觀察地面情況。當(dāng)然這樣的手電筒還有一個缺點，就是開關(guān)需要人工操作，會帶來操作不便。但是也不是不能改變，可以把電筒的開關(guān)改為電脈沖的觸發(fā)方式，這樣可以利用四旋翼遙控器的接收機直接完成。但在實際使用中手動方式也并不會太過麻煩，做夠應(yīng)對很多問題。

圖4 強光手電筒

2.3 給四旋翼增加牽引裝置

牽引裝置在本研究中指的是一個可以由操作人員控制，能夠控制它的打開與關(guān)閉，如圖5所示。工作方式為：當(dāng)舵機接收到信號時，舵機轉(zhuǎn)動帶動藍色金屬桿，藍色的金屬桿又帶動中間橫著的金屬桿，這樣就可以關(guān)閉凹口。安裝在飛機上時，將凹口朝下，將所需的東西如安全繩的一端掛在凹口出并閉合凹口，這樣就可以攜帶安全繩到指定位置。到達指定位置再將凹口打開放下安全繩，這樣就完成了引言中第二個案例的任務(wù)，為老人的生還帶來更大的幾率。

圖5 投放器

3 研究總結(jié)

通過上述的三個改造方面，對于四旋翼在警用安防領(lǐng)域有了一定的適用性。當(dāng)然安防領(lǐng)域是一個很大的領(lǐng)域，只要是能夠幫助人們，救助人們，保護人們都是安防的一方面。本文中也只是我們研究團隊能夠做到的一些方面，本文中也沒有將我們具體的研究成果體現(xiàn)，一方面是我們的實體產(chǎn)品正在制作，完成本文時實品并未完成；另一方面是想不限定讀者的思維，能讓感興趣的人充分發(fā)揮自己的想象，做出自己能夠做出的東西，并且能夠更加完善無人機在安防領(lǐng)域的研究，做出更好地產(chǎn)品。

最后希望無人機能夠向安防領(lǐng)域發(fā)展，將無人機能力最大化，無人機能夠為我們開拓眼界的同時能服務(wù)于大眾，幫助人們解決更多的事情，讓人們感受到科技為人類做出的貢獻。

[1]龐慶霈．四旋翼飛行器設(shè)計與穩(wěn)定控制研究[D]．中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2011．

[2]聶博文,馬宏緒,王劍,王建文．微小型四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J]．電光與控制,2007,14(6):113-117．

西北民族大學(xué)國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目資助（項目編號：201610742089）。