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        無人機巡檢在棉花物流倉儲智慧消防中的應用

        2021-04-22 02:11:36劉中海張國玉楚中會楊傳甲
        科技經(jīng)濟導刊 2021年10期

        李 鵬,劉中海,肖 莉,張國玉,楚中會,楊傳甲

        (1.新疆冠農果茸股份有限公司,新疆 庫爾勒 841000;2.新疆匯錦物流有限公司,新疆 庫爾勒 841000)

        倉儲物流產業(yè)作為國民經(jīng)濟發(fā)展中的一個新興產業(yè),正在全球范圍內推廣開來。棉花作為一種相當特殊的商品,在倉儲管理的過程中具備易燃、阻燃、自燃三種特性,為倉儲管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。我國棉花產量居世界首位,而新疆產棉量約占我國棉產量的50%,因原棉色澤好,“三絲”含量相對于其他棉區(qū)低,國內主要使用新疆棉。巴州既是新疆最重要的產棉基地,也是國家優(yōu)質長絨棉生產基地,做好棉花倉儲的消防安全工作尤為重要。由于棉花倉儲受倉儲堆場等場所占地面積大,堆垛數(shù)量多,室外溫度、濕度、空氣等多種因素影響,企業(yè)消防安全設施不完善,加之人防技防措施不到位,火災發(fā)現(xiàn)晚,報警遲導致貽誤最佳滅火時機往往造成巨大的經(jīng)濟損失。所以及早發(fā)現(xiàn)火情,有效控制和撲救棉花倉儲場所火災成為確保其安全的重要措施。本公司通過引入大華DH-UAV-X820四旋翼智能無人機巡航系統(tǒng),加強技防措施,增強消防體系,降低棉花倉儲的火災發(fā)生率,促進棉花倉儲企業(yè)的健康發(fā)展。

        1.智能無人機巡航系統(tǒng)結構分析

        無人機是利用無線電遙控或自備程序控制的一種自帶動力、可遠程遙控和GPS定位導航自主飛行的飛行器,無人機系統(tǒng)由飛行平臺、飛機負載和地面站三大部分組成。其中,飛行平臺主要是無人機機架部分,包括導航、飛控、動力、電源等;飛機負載由云臺和相機組成,相機可選擇可見光或熱成像相機,并預留多種接口;地面站系統(tǒng)有一體化遙控器和地面站組成,主要用于對無人機的控制。

        圖1

        飛行平臺主要由以下各模塊組成:導航模塊可以定位無人機的實時位置,設計使用GPS模塊;飛控是無人機的飛行管理與核心控制系統(tǒng),基本任務是當無人機在空中飛行受到干擾時保持飛機姿態(tài)與航跡的穩(wěn)定,以及按地面無線傳輸指令的要求,改變飛機姿態(tài)與航跡,并完成導航計算、遙測數(shù)據(jù)傳送、任務控制與管理等。動力系統(tǒng)中電機帶動螺旋槳可為無人機提供動力,通過改變四個電機的轉速,可以控制無人機進行前后、左右、升降以及旋轉和翻轉等動作。電源模塊可以為無人機飛行、云臺的旋轉控制,以及數(shù)據(jù)傳輸模塊等提供能源保障。圖傳和數(shù)傳是無人機與地面站建立通訊的傳輸通道,用于傳輸視頻數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)。飛機負載的云臺設計為三軸增穩(wěn)云臺,支持俯仰、平移、橫滾3個維度的運動,內置姿態(tài)傳感器和圖像穩(wěn)定系統(tǒng),不管是無人機本身的抖動還是俯仰、橫滾時,云臺都能夠保持穩(wěn)定,進而保證相機圖像的質量。云臺設計為可拆卸,可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境需要選擇可見光或熱成像的攝像機,或者其他掛載。云臺相機內置MicroSD卡槽,以保障圖傳鏈路出現(xiàn)故障時仍能不間斷進行錄像。地面站系統(tǒng)由一體化遙控器和地面站組成,一體化遙控器內置7寸電容式觸摸屏,不僅可以顯示無人機的各項飛行數(shù)據(jù),也可以在地圖模式下顯示無人機的位置,或者顯示云臺相機的實時圖像。并且可以和傳統(tǒng)地面站一樣設置航點、規(guī)劃航行線路等。地面站可以將無人機的圖像和相關數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)降孛婧笈_管理中心,以便指揮人員了解情況進行決策。

        2.智能無人機巡航系統(tǒng)組網(wǎng)架構

        圖2

        無人機系統(tǒng)主要是采用無線傳輸接收或發(fā)射數(shù)據(jù),將無人機的各項飛行數(shù)據(jù)及云臺相機的圖像視頻信號通過無線圖傳技術實時傳輸?shù)降孛嬲荆瓿珊较?、航線等遠程遙控。遙控通道主要用于一體式遙控器手動操控無人機。一體式遙控器集遙控顯示功能于一體,既可以直接進行手動操控,并在7寸觸摸屏上查看云臺攝像機圖像;也可以設置飛行線路和飛行任務等。指揮中心作為無人機的管理終端,可以將無人機的實時圖像及數(shù)據(jù)通過大屏電視墻或者客戶端電腦直觀地顯示,以便于對現(xiàn)場情況及時、準確地進行指導和指揮,同時將數(shù)據(jù)實時儲存,形成數(shù)據(jù)庫,為后期的數(shù)據(jù)追溯提供依據(jù)。

        3.智能無人機分類及特點

        無人機根據(jù)能源驅動方式可以分為兩種:一種是電能驅動,無人機內置鋰電池,以鋰電池為驅動能源進行工作,通常發(fā)生故障時自身不會成為另外的著火源,適用于森林消防巡查、棉花倉儲等;弊端是鋰電池續(xù)航時間短,作業(yè)半徑有限,無人機無法長時間或較長距離的作業(yè)。第二種是油動,采用柴油或者汽油作為能源,優(yōu)點是其持續(xù)工作能力強,作業(yè)半徑廣,但缺點是一旦出現(xiàn)故障造成墜機,會引發(fā)新的火災,加大火災形勢,造成更大的損失,需謹慎選擇使用場合。

        無人機遙感技術綜合了無人機和遙感技術的特點,可以自動快速獲取物流區(qū)域儲存信息。無人機搭載的攝像裝備其影像分辨率達到厘米級別,可實現(xiàn)高空間,大面積巡檢,也可實現(xiàn)低空間較小范圍精確監(jiān)測。通過多光譜分析,得到大面積測區(qū)的各項檢測數(shù)據(jù)。無人機的數(shù)據(jù)采集和處理能力是人工檢測采集的數(shù)十倍。同時利用機載熱成像可以對園區(qū)進行實時熱源檢測,及時發(fā)現(xiàn)火情,可實時發(fā)送提示報警信息。

        4.無人機在棉花倉儲巡檢系統(tǒng)中的應用

        因棉花倉儲物流園區(qū)占地面積較為特殊,東西方向長約2400米,最寬處約600米,以往采用人工巡檢的方法,巡視一周需要一個小半時,經(jīng)常出現(xiàn)漏巡、巡查不到位現(xiàn)象,且棉花堆垛普遍堆放較高,巡視人員看不到垛頂狀況,存在巡視死角,而且人工巡檢對巡檢人員責任心要求較高,可控性復雜。通過新增無人機巡查系統(tǒng),由監(jiān)控中心一鍵操作,實現(xiàn)由無人機自動化巡檢巡視,實時監(jiān)控,數(shù)據(jù)信息化管理,巡檢效率提高,巡視全面,且巡視一周只需要半個小時,進一步提升棉花倉儲物流日常維護管理精細化管理水平。且采用人防+技防相結合的方式,極大地提高了棉花倉儲的安全管控,降低火災發(fā)生率。

        圖3

        通過無人機搭載的熱成像攝像機,在控制系統(tǒng)設定溫度報警,當溫度大于夏季30℃(冬季20℃)自動報警,操作人員能夠第一時間接受報警信息,對溫度異常點進行重點檢查,同時及時通知現(xiàn)場管理人員趕赴溫度異常點進行確認。紅外熱成像技術不受惡劣天氣的影響,無論大霧還是夜晚都可以正常工作。通過無人機搭載紅外技術,可以使施工現(xiàn)場的安全檢查更加智能,適應復雜的環(huán)境,節(jié)約人工檢測成本,消除安全隱患。

        圖4

        通過無人機巡檢操作系統(tǒng)對巡查任務進行設定,可固化巡查航線,操作人員將無人機放置到指定起降位置,在初次設定巡航路線后,通過無人機攜帶的GPS導航模塊將路線坐標傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)保存,設定巡航周期,監(jiān)控中心人員一鍵式啟動無人機后,無人機按照系統(tǒng)設定的路線進行自動化巡檢,巡檢過程中發(fā)現(xiàn)異常會及時在控制終端報警,由監(jiān)控人員確認及時進行處理,巡查結束后返回指定位置后自動將巡檢數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)管理平臺,形成巡查報告保存至存儲期內。

        無人機還具備自動躲避障礙物功能,棉花倉儲現(xiàn)場布置有大量的避雷設備和監(jiān)控設備,高度超過30米,無人機在設置了自動巡航后,巡航高度固定,正常設定為15米,當無人機在巡檢時當遇到障礙物時,自動避障系統(tǒng)能夠及時地避開飛行路徑中的障礙物,繼續(xù)進行巡視工作,保障無人機自身安全的同時減少人員操作的工作強度。

        5.結語

        隨著無人機技術的進一步發(fā)展及其在消防行業(yè)良好的應用效果,為倉儲物流行業(yè)消防防控工作提供基礎與保障,通過無人機在棉花倉儲巡檢中進行高空偵查、信息的收集和傳遞、指揮調度等,突破了傳統(tǒng)的人員巡查的局限性,降低人員工作強度,提高倉儲物流消防管控的安全等級,及時地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場前期火災,減少財產損失與人員傷亡。

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