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            便攜式無人機監控系統在高速公路中的應用

            來源:中國期刊網 分類:交通 發布時間:2020-07-01 瀏覽:0

              摘 要:近年來,隨著國家低空開放政策的深入,無人機系統應用產業正在蓬勃發展,特別是多旋翼無人機系統因其便攜性強、智能化程度高等諸多優勢備受關注。基于此,本文通過查閱大量的資料,對高速公路無人機的應用現狀進行了分析,并提出了研究方案及無人機的創新點,以期促進無人機在高速公路中的優化發展。

              關鍵詞:無人機;高速公路;應用

              中圖分類號:U412.6 文獻標識碼:A 文章編號:1671-2064(2019)13-0043-02

              《西南公路》以馬列主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導,全面貫徹黨的教育方針和“雙百方針”,理論聯系實際,開展教育科學研究和學科基礎理論研究,交流科技成果,促進學院教學、科研工作的發展,為教育改革和社會主義現代化建設做出貢獻。

              0 前言

              便攜式無人機監控系統作為一種有效的智能監測手段在國外的高速公路巡檢等行業已經得到了非常廣泛的應用,實現了飛行作業的規模化、業務化,以及監測數據處理分析的智能化。無人機具有響應速度快、飛行高度高、不受地形和交通影響等諸多優勢,可搭載高清數字化攝像頭,非常適用于空中偵查和路況采集任務,對地面實時情況進行清晰地拍攝,從空中將現場的視頻傳輸給道路應急指揮和調度中心,有利于應急救援部門掌握全局,正確疏導,為應急救援做出貢獻。因此,針對高速公路突發的重大交通和危險品事故,有必要研制一套高性價比、智能化程度高、具備實時高清視頻數據傳輸和遠距離視頻傳輸與處理的高智能化功能于一體的便攜式無人機應急救援系統,以提高高速公路監控和事故應急能力,減少事故數量、人員傷亡和經濟損失。

              1 便攜式無人機監控系統在高速公路巡檢中應用的必要性

              由于高速公路的出入口少、分隔行駛及全封閉性的特點,一旦有事故發生,其他車輛繼續行駛就難以掉頭、分流和疏散,從而造成高速公路交通擁堵,而消防隊接警出動后往往可能會被堵在幾百米甚至幾公里之外,救援設備無法迅速到達現場展開救助,事故勘察和救援人員也難以快速掌握事故情況,指導救援行動及交通疏導。同時高速公路災害事故可能直接引發火災,即事故后沒有發生火災,油箱破裂燃油四處流淌,起火燃燒的危險性也比較大。若裝載化學危險品的車輛一旦發生交通事故,可能導致大量有毒有害物質外泄,嚴重威脅救援人員的生命安全,造成更大的人員傷亡。如2011年2月23日江蘇揚溧高速鎮江丹徒上黨段突降團霧,能見度不足10米,釀成11車追尾1死多傷的慘劇,事故造成近千車輛被堵,延綿約2公里長。2012年包茂高速公路一輛客車與甲醇貨運車追尾引發甲醇泄漏導致輛車起火,造成36人遇難3人受傷;2015年海南高速一油罐車追尾致5人死亡;滬昆高速大霧 11車連環相撞致5人受傷。因此,高速公路交通事故應急救援領域急需一種能夠快速獲取事故現場影像、握事故現場情況的技術手段,既可不受地形地貌及路況的限制,又可避免現場勘察人員受到二次傷害,快速、安全的將現場情況提供至監控中心,輔助領導決策,為救援行動搶占先機。目前,現有交通監控和救援只能依賴于交通路面巡查和定點攝像頭監控等,所呈現的視角比較狹隘、圖像不夠清晰,事故現場發生交通事故時,很難獲得第一手的現場圖像資料。

              2 便攜式無人機監控系統的設計

              便攜式無人機監控系統是基于高速公路事故現場應急救援應用需求,以多旋翼無人機平臺、數據鏈、任務載荷、便攜地面站和智能處理軟件為核心組成的智能監控設備。設備利用多旋翼無人機平臺搭載的任務載荷獲取目標區域的圖像信息,通過數據鏈將圖像高速傳輸、并發送至一體化便攜式地面站進行實時處理和顯示,實現目標區域的智能監控。

              2.1 便攜式長航時無人機分系統

              便攜式長航時無人機分系統根據地面控制指令飛行至目標作業區域,利用其搭載的光電傳感器獲取目標區域的圖像信息,并通過數據鏈設備將圖像信息發送至便攜式地面站進行實時處理和顯示,實現對目標區域的遙感監測,另外,通過地面增加3G通訊設備,可以實現圖像數據的遠距離傳輸。便攜式長航時無人機平臺采用一體化開模機身、短軸距小型化設計,機臂可折疊收藏,提高了運輸效率,根據任務需求可搭載可見光攝像機、微單相機,可實時獲取目標圖像數據,并保存于機載存儲設備和地面存儲設備中。

              2.2 應急監測指揮車分系統

              應急監測指揮車分系統由SUV越野車平臺改裝而成,具有無人機運輸、衛星通信、3G/4G無線傳輸、智能數據處理和視頻會議等功能。應急監測指揮車分系統集成了高速3G/4G無線實時視頻傳輸系統,可將無人機拍攝的圖像傳輸到監控中心,當現場不具備3G/4G傳輸條件時,也可通過車載的衛星通信系統傳輸數據,衛通系統為車載型靜中通衛通設備,支持一鍵對星,可快速部署,滿足及時通信的需求。視頻會議系統可通過車上的通信系統與監控中心或者其他的應急監測指揮車進行視頻會議。

              3 便攜式無人機監控系統的應用

              便攜式無人機監控系統采用一體化開模設計,具有集成度高、便攜性好、智能化程度高等特點,該系統具備以下創新點:

              3.1 自主避障

              系統采用先進的控制算法.可實現一鍵自主起降和自主避障功能。當飛行器遇到障礙物時,可以自主識別障礙物并進行躲避,在航跡模式下在遇到非大型障礙物時,可自主重新規劃航跡,實現飛行器在水平和垂直方向的智能控制。

              3.2 高速 3G/4G無線傳輸

              由于監測系統往往需要高分辨圖像予以支撐,因此擬采用2M以上的數據鏈對如此大容量的數據進行傳輸。但現有的普通3G/4G無線網卡不能支持大數據量的信息實時有效傳輸(一般小于1M)。本項目提出基于逐包分拆和負載均衡的移動數據無線接入技術,通過多卡集成,最大限度提高帶寬利用率,達到傳輸碼率要求。同時為了保證服務器的運算速度,采取負載均衡策略,避免單個無線網卡負載過重的不良影響,為無人機數據的實時傳輸提供有力支撐。

              3.3 基于衛星通信網絡的高清視頻傳輸

              通過衛星通信網絡傳輸高清視頻(1080P)技術,在當前國內衛星通信領域屬于技術難點,通過H.265視頻編解碼技術、TCP加速技術、新一代VAST系統Anovo2.0等技術的有效結合,突破常規技術限制,有效提高通信系統傳輸的帶寬與傳輸效率,最大效率使用衛星網絡資源,使得無人機數據的實時傳輸能力得到有效提升,為無人機應急飛行任務提供強力保障,使后方人員可以更為詳細的了解現場狀況,以便做出最準確及時的指揮決策。

              4 結語

              無人機可鳥瞰地面車流實況,有利于道路管理部門掌握全局,通盤指揮和正確疏導,為解決道路阻塞等問題做出貢獻,同時無人機可搭載喊話器、報警器、交通指揮信號燈等不同任務模塊,在路政執法人員到達現場之前更快的到達現場,執行調度指揮任務:交通管理人員可以通過無人機搭載交通管制設備直接對現場交通進行指揮疏通。本研究所研發的無人機應急救援系統的使用,可提高交通事故處理效率,加強高速公路巡邏,提前預警道路擁堵,為高速公路突發情況的處理爭取時間,避免連環安全事故的發生和人員傷亡。高速公路管理部門能夠更好地對道路情況進行管理,保證公路順暢,保障車輛順利通行,減少車輛擁堵時間,降低車輛的時間成本、燃料消耗和車軺消耗等行車產生的客觀物質消耗,避免資源浪費,實現更好的社會效益和經濟效益。

              參考文獻

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            文章名稱:便攜式無人機監控系統在高速公路中的應用

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