肖祖銘 郭瞻

摘 要：城市突發(fā)公共事件時(shí)，第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警信息尤為必要。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外紛紛深入研究以無(wú)人機(jī)為基礎(chǔ)的城市突發(fā)性公共事件應(yīng)急指揮平臺(tái)，且取得了較大的成果?；诖耍疚闹攸c(diǎn)論述城市突發(fā)性公共事件中多無(wú)人機(jī)協(xié)同監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)的研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo)和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題，并概括了設(shè)計(jì)方案，希望能為相關(guān)部門(mén)提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：突發(fā)性公共事件;無(wú)人機(jī);協(xié)同監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：V355.2;TP18文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）28-0035-02

Abstract： It is particularly necessary for us to issue early warning information in the first place when public emergencies occur in cities. In recent years， there have been in-depth studies on the UAV-based emergency command platform for urban public emergencies at home and abroad， and great achievements have been achieved. Based on this， this paper focused on the key technologies of multi-UAV cooperative monitoring in urban public emergencies， including research content， research objectives and key issues to be solved， and summarized the design scheme， hoping to provide useful reference for relevant departments.

Keywords： sudden public events;unmanned aerial vehicle; synergetic monitoring

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平日益提升，城市化進(jìn)程處于穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期?；A(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化水平越來(lái)越高、城市人口急劇增多，既為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步提供了必不可少的支撐，又為公共安全、市政、城市交通等多個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了一定程度的安全隱患。所以，當(dāng)城市突發(fā)公共事件時(shí)，第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警信息尤為必要。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者專(zhuān)家逐漸深入地研究以無(wú)人機(jī)為基礎(chǔ)的城市突發(fā)性公共事件應(yīng)急指揮平臺(tái)。其可以全天24h小時(shí)監(jiān)測(cè)，不會(huì)受到復(fù)雜地面環(huán)境的影響。

1 研究?jī)?nèi)容與擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

本課題旨在研制和設(shè)計(jì)一種具備航拍、無(wú)線視頻監(jiān)控、監(jiān)測(cè)有毒有害氣體等多種功能于一體的多無(wú)人機(jī)協(xié)同災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)平臺(tái)，其能夠在應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多項(xiàng)監(jiān)測(cè)活動(dòng)。由于多架無(wú)人機(jī)能攜帶不同類(lèi)型的傳感器，因此，可以同時(shí)從各個(gè)位置收集各種環(huán)境信息，且能共享探測(cè)信息，有效克服了單架無(wú)人機(jī)載荷有限、任務(wù)單一的問(wèn)題。

1.1 主要研究?jī)?nèi)容

①多無(wú)人機(jī)協(xié)同災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)的相關(guān)飛行控制策略。本課題充分利用景德鎮(zhèn)學(xué)院精心研制的某型2-3架旋翼無(wú)人機(jī)，建立與設(shè)計(jì)了多無(wú)人機(jī)旋翼式協(xié)作平臺(tái)，成功完成了飛行控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制工作，打造了機(jī)載多傳感器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同飛行控制策略的有效設(shè)計(jì)，構(gòu)建了地面站系統(tǒng)。

②多無(wú)人機(jī)協(xié)同災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的任務(wù)分配技術(shù)。多無(wú)人機(jī)在開(kāi)展協(xié)同災(zāi)害應(yīng)急救援活動(dòng)以及任務(wù)的過(guò)程中，重點(diǎn)在于跟蹤以及檢測(cè)突發(fā)事件的相關(guān)環(huán)境。多無(wú)人機(jī)在整個(gè)過(guò)程中，應(yīng)該有效地組織自身，以及時(shí)完成以上監(jiān)測(cè)任務(wù);探討和研究協(xié)同報(bào)警確認(rèn)的相關(guān)技術(shù)、協(xié)同探測(cè)的相關(guān)算法、協(xié)同任務(wù)分配決策的相關(guān)算法。

③多無(wú)人機(jī)協(xié)同在開(kāi)展災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)過(guò)程中的試驗(yàn)驗(yàn)證。從多無(wú)人機(jī)協(xié)同平臺(tái)來(lái)看，借助多無(wú)人機(jī)協(xié)同探測(cè)技術(shù)，有效地監(jiān)測(cè)地震、火災(zāi)等各類(lèi)突發(fā)事件，針對(duì)應(yīng)急救助試驗(yàn)，開(kāi)展相應(yīng)的演示驗(yàn)證活動(dòng)[1]。

1.2 擬解決的技術(shù)難題

①為旋翼無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)自主飛行控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)以及方法;②多無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)、任務(wù)分配技術(shù);③在復(fù)雜的城市環(huán)境下多無(wú)人機(jī)應(yīng)急監(jiān)測(cè)突發(fā)事件的相關(guān)技術(shù)。

2 多無(wú)人機(jī)協(xié)同監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 微型四旋翼式無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本課題運(yùn)用了景德鎮(zhèn)學(xué)院精心研制的2-3架微型四旋翼式無(wú)人機(jī)，其飛控系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。

2.1.1 飛行控制計(jì)算機(jī)。首先，應(yīng)該立足于ARM電腦技術(shù)，設(shè)計(jì)和完善相應(yīng)的飛行控制系統(tǒng)。在此過(guò)程中，飛行控制計(jì)算機(jī)主要完成下列任務(wù)：①接收從遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)電臺(tái)傳輸過(guò)來(lái)的各種地面指令信號(hào)，并將各個(gè)無(wú)人機(jī)的實(shí)際狀態(tài)信號(hào)返回到地面測(cè)控系統(tǒng)中;②完成航向、橫向及縱向通道的增穩(wěn)控制;③按照導(dǎo)航控制提供的相關(guān)航跡指令，有效控制無(wú)人機(jī)的具體航跡;④在復(fù)雜多變的環(huán)境中，完成控制自主導(dǎo)航、自主任務(wù)規(guī)劃及自主飛行的任務(wù)。

2.1.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)。無(wú)人機(jī)的尾槳距及旋翼槳距的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含三套俯仰和橫滾舵機(jī)，一套尾槳舵機(jī)，而且還有一套風(fēng)門(mén)舵機(jī)用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)上面的油門(mén)[2]。此類(lèi)電動(dòng)伺服舵機(jī)由配置了位置反饋的控制器和直流伺服電機(jī)共同組成，按照飛行控制電腦的相關(guān)指令信號(hào)，輸出對(duì)應(yīng)舵機(jī)上的驅(qū)動(dòng)電壓，以獲得和電壓成一定比例的轉(zhuǎn)角或者直線位移，促使自動(dòng)傾斜器直接偏轉(zhuǎn)，改變尾槳或者旋翼的槳矩角，以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)姿態(tài)的有效控制。

2.1.3 傳感器。無(wú)人機(jī)傳感器主要包含差分GPS、慣性測(cè)量裝置、直線陀螺、智能數(shù)字磁場(chǎng)計(jì)等，而且還配置了包括超聲傳感器及數(shù)字云臺(tái)等在內(nèi)的機(jī)載傳感器。

2.1.4 地面測(cè)控設(shè)備。無(wú)人機(jī)地面測(cè)控站設(shè)備主要包括GPS地面站、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、地面站計(jì)算機(jī)地面操縱與指令箱、有效載荷遙控遙測(cè)裝置及飛行狀態(tài)測(cè)控裝置等。

2.2 多無(wú)人機(jī)協(xié)同區(qū)域監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)

本課題把多無(wú)人機(jī)在城市復(fù)雜條件下開(kāi)展協(xié)同區(qū)域監(jiān)測(cè)的相關(guān)問(wèn)題作為研究背景，立足于多源圖像信息融合，在協(xié)同搜索策略中引入模糊聚類(lèi)方法，設(shè)計(jì)的多無(wú)人機(jī)協(xié)同搜索策略以模糊聚類(lèi)為基礎(chǔ)。該協(xié)同搜索策略以空間分解及空間縮減為基礎(chǔ)，其核心理念是在多無(wú)人機(jī)協(xié)同搜索的研究中引入模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，以空間位置及關(guān)聯(lián)壽命為特征矢量，對(duì)目標(biāo)區(qū)域的單元格進(jìn)行相應(yīng)的聚類(lèi)劃分，削減了無(wú)人機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)場(chǎng)次數(shù)，減少了搜索代價(jià)方面的無(wú)功消耗，搜索性能也得到了提升。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種適宜于對(duì)城市復(fù)雜環(huán)境中突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急監(jiān)測(cè)的多無(wú)人機(jī)平臺(tái)，其具備航拍、無(wú)線視頻監(jiān)控、監(jiān)測(cè)有毒有害氣體等多種功能，能有效地執(zhí)行應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)的諸多監(jiān)測(cè)任務(wù)，而且還具有較強(qiáng)的圖像處理、數(shù)據(jù)鏈無(wú)線傳輸和處理功能。未來(lái)還將持續(xù)深入地改進(jìn)和優(yōu)化這種城市復(fù)雜環(huán)境突發(fā)事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)多無(wú)人機(jī)平臺(tái)，以增強(qiáng)其工作性能，提升工作效率，使其更好地監(jiān)測(cè)城市復(fù)雜環(huán)境下突發(fā)事件的狀況，為促進(jìn)社會(huì)和諧穩(wěn)定提供可靠的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉慧霞，馬麗娜，李大健，等.無(wú)人機(jī)多機(jī)協(xié)同偵察系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[J].火力與指揮控制，2017（12）：1-4.

[2]方挺.無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行中的視覺(jué)感知關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2008.