周維 佟學(xué)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(jī)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(yīng)用。在警務(wù)應(yīng)用上，無人機(jī)也逐漸發(fā)揮重要作用。2012年河北省承德市禁毒支隊(duì)利用“鷹眼”無人機(jī)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(yīng)用無人機(jī)拍攝的犯罪現(xiàn)場三維全景圖精準(zhǔn)、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(jī)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(jìn)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(wù)應(yīng)用中，利用無人機(jī)機(jī)載攝像機(jī)進(jìn)行航拍獲得視頻圖像，圖像通過無線圖傳設(shè)備回傳到地面，在地面進(jìn)行視頻圖像分析和處理，從而獲得有用的警務(wù)信息，因此無人機(jī)和地面之間的無線傳輸速率對圖像的實(shí)時(shí)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(jī)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(shí)時(shí)傳輸最大分辨率一般只能達(dá)到720P，最遠(yuǎn)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(jī)返回后從機(jī)載存儲(chǔ)介質(zhì)上讀取，高清圖傳的實(shí)時(shí)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(shí)延等特點(diǎn)，其上行速率可達(dá)到50Mbps，下行速率可達(dá)到100Mbps，數(shù)據(jù)傳送時(shí)延約10ms，可支持1080P高清圖像回傳，并能進(jìn)行多路高清視頻回傳。視頻業(yè)務(wù)覆蓋半徑可達(dá)3～5km，能支持遠(yuǎn)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(wù)應(yīng)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(jī)方案，對若干警務(wù)應(yīng)用方案做了初步探討，并介紹了若干實(shí)際應(yīng)用案例。

一、4G eLTE無線專網(wǎng)無人機(jī)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(jī)和小型旋翼無人機(jī)更適合在突發(fā)事件中使用[4]，在實(shí)際應(yīng)用中多旋翼無人機(jī)更適合常規(guī)的警務(wù)應(yīng)用。多旋翼無人機(jī)應(yīng)滿足警務(wù)工作的載荷重量、續(xù)航時(shí)間、飛行半徑、抗風(fēng)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(dòng)避障等飛行控制功能。

圖1是eLTE無線專網(wǎng)無人機(jī)解決方案全景圖，eLTE基站可由固定站、應(yīng)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(jī)航拍圖像使用機(jī)載eLTE無線模塊回傳到地面基站，通過核心網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)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(shí)現(xiàn)公安警務(wù)的“可視化指揮”。

（二）無人機(jī)工作系統(tǒng)

無人機(jī)工作系統(tǒng)包括無人機(jī)載機(jī)、飛行控制系統(tǒng)、電源及供電系統(tǒng)、工作設(shè)備載荷等。無人機(jī)應(yīng)選用成熟的工業(yè)級(jí)無人機(jī)，其飛控系統(tǒng)具有較高的飛行安全保障設(shè)計(jì)，飛行操控較為簡單。機(jī)載電源除滿足飛行續(xù)航時(shí)間外，還應(yīng)滿足工作設(shè)備載荷的供電要求。在執(zhí)行特殊任務(wù)時(shí)，無人機(jī)需安裝特殊功能的機(jī)載設(shè)備，如在夜間執(zhí)行任務(wù)時(shí)安裝具有紅外夜視功能的攝像機(jī)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(jī)平臺(tái)具有一定的接口兼容性和可擴(kuò)展性。

警用無人機(jī)的工作載荷主要是各種機(jī)載攝像機(jī)及其配套設(shè)備。圖2是機(jī)載攝像機(jī)和安裝結(jié)構(gòu)，攝像機(jī)安裝在增穩(wěn)云臺(tái)上，增穩(wěn)云臺(tái)的作用是保持?jǐn)z像機(jī)的指向不隨無人機(jī)飛行姿態(tài)變化而改變。云臺(tái)通過減振阻尼機(jī)構(gòu)與無人機(jī)掛架固定連接，以消除飛行過程中振動(dòng)對攝像頭拍攝效果的影響。航拍視頻通過機(jī)載eLTE無線模塊對地面回傳，所有機(jī)載設(shè)備工作模塊通過無人機(jī)電源供電系統(tǒng)供電。機(jī)載設(shè)備工作模塊間通過標(biāo)準(zhǔn)接口連接，如攝像機(jī)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(bào)位置信息。

二、警務(wù)應(yīng)用方案探討

根據(jù)eLTE無線組網(wǎng)方式，無人機(jī)警務(wù)應(yīng)用可分為下面幾種應(yīng)用方案，這幾種應(yīng)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(jī)規(guī)劃飛行線路對轄區(qū)進(jìn)行空中立體巡查，航拍圖像實(shí)時(shí)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(dá)到快速響應(yīng)的目的，這種應(yīng)用可以提高轄區(qū)常規(guī)巡查的效率。

（二）應(yīng)急通信車

在沒有專網(wǎng)覆蓋的區(qū)域出現(xiàn)警情時(shí)，可使用應(yīng)急通信車對事發(fā)現(xiàn)場進(jìn)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(jī)載攝像機(jī)對現(xiàn)場進(jìn)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(shè)備把現(xiàn)場圖像傳到遠(yuǎn)端指揮中心，車載衛(wèi)星建議采用動(dòng)中通衛(wèi)星設(shè)備，支持車輛行駛狀態(tài)的圖像數(shù)據(jù)回傳，如圖3的應(yīng)急通信車頂攜帶動(dòng)中通微信天線。無人機(jī)可對現(xiàn)場重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)航拍，采用懸停方式在固定點(diǎn)上空連續(xù)拍攝取證。應(yīng)急通信車還可以在行駛中進(jìn)行動(dòng)中通覆蓋，以確保移動(dòng)現(xiàn)場的專網(wǎng)覆蓋，此時(shí)無人機(jī)可以隨著移動(dòng)現(xiàn)場跟蹤拍攝。eLTE應(yīng)急通信車拓寬了無人機(jī)的應(yīng)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(wù)應(yīng)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(dāng)應(yīng)急通信車不便出現(xiàn)在現(xiàn)場時(shí)，快速部署系統(tǒng)就能發(fā)揮其快速、靈活、隱蔽的特點(diǎn)。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(jìn)行供電，能夠做到一鍵開通和免維護(hù)。當(dāng)車輛無法到達(dá)時(shí)，可通過人力背負(fù)等方式將設(shè)備運(yùn)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(jī)進(jìn)行航拍取證，視頻圖像信息通過快速部署系統(tǒng)進(jìn)行視頻調(diào)度，并能回傳到遠(yuǎn)端指揮中心?，F(xiàn)場采集的視頻回傳到遠(yuǎn)方指揮中心的方案很多，特別是在靜止使用時(shí)，可根據(jù)事發(fā)地點(diǎn)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(shè)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(jī)警用業(yè)務(wù)可拓展到那些交通不便，需要隱秘偵查的現(xiàn)場。

三、實(shí)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(jī)航拍巡查方案，采用四旋翼無人機(jī)，在轄區(qū)內(nèi)進(jìn)行定時(shí)規(guī)劃路線巡查，通過機(jī)載eLTE數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行視頻回傳，圖像實(shí)時(shí)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(huì)無人機(jī)空中視頻監(jiān)控

南京青奧會(huì)采用eLTE無線專網(wǎng)對各場館、沿途道路和關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行無線通信保障，并利用無人機(jī)實(shí)施立體監(jiān)控，無人機(jī)航拍圖像通過eLTE回傳至指揮中心，中心大屏實(shí)時(shí)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(yùn)動(dòng)員大巴沿途保障的場景，結(jié)合無人機(jī)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(jī)警用方案的應(yīng)用價(jià)值。一方面eLTE無線專網(wǎng)為無人機(jī)航拍視頻提供了寬帶無線回傳方案，確保高清圖像的實(shí)時(shí)傳輸，讓地面人員迅速獲得現(xiàn)場的立體圖像情報(bào)，同時(shí)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(jià)值的圖像信息實(shí)時(shí)向eLTE系統(tǒng)智能終端下發(fā)，為警務(wù)活動(dòng)提供實(shí)時(shí)有效的三維全景信息。

后續(xù)將根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步豐富無人機(jī)的警務(wù)應(yīng)用方案。

[1] 羅穎,張敏,劉軍.無人機(jī)及其警務(wù)應(yīng)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(jī)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(wù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討[J].警察技術(shù),2013(03).

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