周維 佟學儉 袁乃華 鼎橋通信技術(shù)有限公司

引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來無人機在公安、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、民用等領(lǐng)域被越來越多的應用。在警務應用上，無人機也逐漸發(fā)揮重要作用。2012年河北省承德市禁毒支隊利用“鷹眼”無人機航拍發(fā)現(xiàn)非法罌粟種植地塊58處，并利用航拍取證直接抓獲犯罪嫌疑人2人。2013年武漢市公安局應用無人機拍攝的犯罪現(xiàn)場三維全景圖精準、直觀、全面地提供案件現(xiàn)場的三維全景地理數(shù)據(jù)支援[1]。2016年9月中秋小長假期間，四川交警利用無人機在成自瀘和成綿廣高速，在出行和返程高峰期間執(zhí)行空中巡邏，并對執(zhí)法過程進行了全程直播，返程半天就抓拍交通違法90余件[2]。

在上述警務應用中，利用無人機機載攝像機進行航拍獲得視頻圖像，圖像通過無線圖傳設備回傳到地面，在地面進行視頻圖像分析和處理，從而獲得有用的警務信息，因此無人機和地面之間的無線傳輸速率對圖像的實時性和質(zhì)量至關(guān)重要。經(jīng)調(diào)研，目前國內(nèi)主流無人機大多采用2.4GHz圖傳技術(shù)，這些方案存在傳輸帶寬低，傳輸距離近，采用ISM（Industrial Scientific Medical，為Free license頻段)頻段容易被干擾等問題，其視頻實時傳輸最大分辨率一般只能達到720P，最遠傳輸距離約1km，如需提取分辨率1080P以上的高清視頻，只能等無人機返回后從機載存儲介質(zhì)上讀取，高清圖傳的實時性和質(zhì)量不理想。

4G eLTE無線專網(wǎng)具有上下行帶寬靈活配置、大帶寬、低時延等特點，其上行速率可達到50Mbps，下行速率可達到100Mbps，數(shù)據(jù)傳送時延約10ms，可支持1080P高清圖像回傳，并能進行多路高清視頻回傳。視頻業(yè)務覆蓋半徑可達3～5km，能支持遠距離的視頻回傳。eLTE無線專網(wǎng)還具有多媒體集群調(diào)度功能，能提供視頻監(jiān)控、視頻調(diào)度、GIS圖像定位等多種與警務應用密切相關(guān)的功能[3]。

介紹了4G eLTE無線專網(wǎng)下多旋翼警用無人機方案，對若干警務應用方案做了初步探討，并介紹了若干實際應用案例。

一、4G eLTE無線專網(wǎng)無人機方案

（一）方案介紹

從公安領(lǐng)域適用性看小型固定翼無人機和小型旋翼無人機更適合在突發(fā)事件中使用[4]，在實際應用中多旋翼無人機更適合常規(guī)的警務應用。多旋翼無人機應滿足警務工作的載荷重量、續(xù)航時間、飛行半徑、抗風等要求，并具有定位、定高、規(guī)劃航線、安全圍欄、飛行禁區(qū)、自動避障等飛行控制功能。

圖1是eLTE無線專網(wǎng)無人機解決方案全景圖，eLTE基站可由固定站、應急通信車或快速部署系統(tǒng)提供。在eLTE無線覆蓋區(qū)域，無人機航拍圖像使用機載eLTE無線模塊回傳到地面基站，通過核心網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，由業(yè)務平臺進行視頻圖像處理。處理后的視頻圖像可利用eLTE寬帶多媒體集群調(diào)度系統(tǒng)完成視頻調(diào)度功能，相關(guān)圖像信息可分發(fā)到eLTE智能終端上，從而實現(xiàn)公安警務的“可視化指揮”。

（二）無人機工作系統(tǒng)

無人機工作系統(tǒng)包括無人機載機、飛行控制系統(tǒng)、電源及供電系統(tǒng)、工作設備載荷等。無人機應選用成熟的工業(yè)級無人機，其飛控系統(tǒng)具有較高的飛行安全保障設計，飛行操控較為簡單。機載電源除滿足飛行續(xù)航時間外，還應滿足工作設備載荷的供電要求。在執(zhí)行特殊任務時，無人機需安裝特殊功能的機載設備，如在夜間執(zhí)行任務時安裝具有紅外夜視功能的攝像機或紅外熱像儀，高精度定位需求下配置高精度定位模塊(支持GPS或北斗)。這些都要求無人機平臺具有一定的接口兼容性和可擴展性。

警用無人機的工作載荷主要是各種機載攝像機及其配套設備。圖2是機載攝像機和安裝結(jié)構(gòu)，攝像機安裝在增穩(wěn)云臺上，增穩(wěn)云臺的作用是保持攝像機的指向不隨無人機飛行姿態(tài)變化而改變。云臺通過減振阻尼機構(gòu)與無人機掛架固定連接，以消除飛行過程中振動對攝像頭拍攝效果的影響。航拍視頻通過機載eLTE無線模塊對地面回傳，所有機載設備工作模塊通過無人機電源供電系統(tǒng)供電。機載設備工作模塊間通過標準接口連接，如攝像機數(shù)字視頻通過IP接口和無線模塊連接，定位模塊可通過串口上報位置信息。

二、警務應用方案探討

根據(jù)eLTE無線組網(wǎng)方式，無人機警務應用可分為下面幾種應用方案，這幾種應用方案可以滿足不同的警用場景需求。

（一）固定站組網(wǎng)

在已建成eLTE固定站無線專網(wǎng)覆蓋區(qū)域，通過無人機規(guī)劃飛行線路對轄區(qū)進行空中立體巡查，航拍圖像實時回傳到轄區(qū)指揮中心，如轄區(qū)出現(xiàn)突發(fā)警情，指揮中心根據(jù)現(xiàn)場情況投入警力，可達到快速響應的目的，這種應用可以提高轄區(qū)常規(guī)巡查的效率。

（二）應急通信車

在沒有專網(wǎng)覆蓋的區(qū)域出現(xiàn)警情時，可使用應急通信車對事發(fā)現(xiàn)場進行專網(wǎng)無線覆蓋，并利用通信車的指揮艙建立現(xiàn)場指揮中心，如圖3所示。利用機載攝像機對現(xiàn)場進行航拍取證，視頻回傳到現(xiàn)場指揮中心，并可通過車載衛(wèi)星設備把現(xiàn)場圖像傳到遠端指揮中心，車載衛(wèi)星建議采用動中通衛(wèi)星設備，支持車輛行駛狀態(tài)的圖像數(shù)據(jù)回傳，如圖3的應急通信車頂攜帶動中通微信天線。無人機可對現(xiàn)場重點區(qū)域進行定點航拍，采用懸停方式在固定點上空連續(xù)拍攝取證。應急通信車還可以在行駛中進行動中通覆蓋，以確保移動現(xiàn)場的專網(wǎng)覆蓋，此時無人機可以隨著移動現(xiàn)場跟蹤拍攝。eLTE應急通信車拓寬了無人機的應用場景,特別在搜索犯罪嫌疑人，案發(fā)現(xiàn)場航拍取證，跟蹤抓拍可疑車輛等傳統(tǒng)警務應用中提供更有力的空中偵查手段。

（三）快速部署系統(tǒng)

eLTE快速部署系統(tǒng)適用于沒有專網(wǎng)覆蓋的現(xiàn)場，當應急通信車不便出現(xiàn)在現(xiàn)場時，快速部署系統(tǒng)就能發(fā)揮其快速、靈活、隱蔽的特點。如圖4所示，快速部署系統(tǒng)為箱式結(jié)構(gòu)，便于攜帶，通過電池箱進行供電，能夠做到一鍵開通和免維護。當車輛無法到達時，可通過人力背負等方式將設備運抵現(xiàn)場并完成系統(tǒng)開通。在快速部署系統(tǒng)的無線覆蓋范圍內(nèi)放出無人機進行航拍取證，視頻圖像信息通過快速部署系統(tǒng)進行視頻調(diào)度，并能回傳到遠端指揮中心?，F(xiàn)場采集的視頻回傳到遠方指揮中心的方案很多，特別是在靜止使用時，可根據(jù)事發(fā)地點的無線覆蓋條件采用衛(wèi)星回傳、公網(wǎng)回傳、微波回傳等方案。圖5是一種便攜式衛(wèi)星設備，能和eLTE快速部署系統(tǒng)對接使用。在eLTE快速部署系統(tǒng)支持下，無人機警用業(yè)務可拓展到那些交通不便，需要隱秘偵查的現(xiàn)場。

三、實用案例

（一）派出所轄區(qū)航拍巡查

圖6是某派出所轄區(qū)無人機航拍巡查方案，采用四旋翼無人機，在轄區(qū)內(nèi)進行定時規(guī)劃路線巡查，通過機載eLTE數(shù)據(jù)模塊進行視頻回傳，圖像實時顯示在指揮中心大屏上，轄區(qū)警情一目了然，提高了轄區(qū)巡查效率。

（二）南京青奧會無人機空中視頻監(jiān)控

南京青奧會采用eLTE無線專網(wǎng)對各場館、沿途道路和關(guān)鍵區(qū)域進行無線通信保障，并利用無人機實施立體監(jiān)控，無人機航拍圖像通過eLTE回傳至指揮中心，中心大屏實時顯示賽場和道路監(jiān)控區(qū)域的狀況。圖7是指揮中心大屏監(jiān)控運動員大巴沿途保障的場景，結(jié)合無人機航拍視頻圖像更利于掌握現(xiàn)場的全局狀況。

四、結(jié)束語

4G eLTE無線專網(wǎng)提升了無人機警用方案的應用價值。一方面eLTE無線專網(wǎng)為無人機航拍視頻提供了寬帶無線回傳方案，確保高清圖像的實時傳輸，讓地面人員迅速獲得現(xiàn)場的立體圖像情報，同時利用eLTE寬帶多媒體集群系統(tǒng)完成多媒體調(diào)度、視頻監(jiān)控、視頻分發(fā)、GIS圖像定位等功能，現(xiàn)場有價值的圖像信息實時向eLTE系統(tǒng)智能終端下發(fā)，為警務活動提供實時有效的三維全景信息。

后續(xù)將根據(jù)實際需求進行深入分析，進一步豐富無人機的警務應用方案。

[1] 羅穎,張敏,劉軍.無人機及其警務應用現(xiàn)狀[J].警察技術(shù),2014(05).

[2] 莫海清.小長假返程半日無人機抓拍90多例“違法”[J].華西都市,20160918.

[3] 孟海波,夏仕軍,竇明濤. 基于TD-LTE技術(shù)的寬帶集群多媒體終端在公安業(yè)務領(lǐng)域的設計與應用探討[J].警察技術(shù),2013(03).

[4] 鄭攀. 小型無人機在公共安全領(lǐng)域的應用前景展望[J].警察技術(shù),2013(04).