便携式无人机监控系统在高速公路中的应用

　　摘 要：近年来，随着国家低空开放政策的深入，无人机系统应用产业正在蓬勃发展，特别是多旋翼无人机系统因其便携性强、智能化程度高等诸多优势备受关注。基于此，本文通过查阅大量的资料，对高速公路无人机的应用现状进行了分析，并提出了研究方案及无人机的创新点，以期促进无人机在高速公路中的优化发展。

　　关键词：无人机;高速公路;应用

　　中图分类号：U412.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2019)13-0043-02

　　《西南公路》以马列主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，全面贯彻党的教育方针和“双百方针”，理论联系实际，开展教育科学研究和学科基础理论研究，交流科技成果，促进学院教学、科研工作的发展，为教育改革和社会主义现代化建设做出贡献。

　　0 前言

　　便携式无人机监控系统作为一种有效的智能监测手段在国外的高速公路巡检等行业已经得到了非常广泛的应用，实现了飞行作业的规模化、业务化，以及监测数据处理分析的智能化。无人机具有响应速度快、飞行高度高、不受地形和交通影响等诸多优势，可搭载高清数字化摄像头，非常适用于空中侦查和路况采集任务，对地面实时情况进行清晰地拍摄，从空中将现场的视频传输给道路应急指挥和调度中心，有利于应急救援部门掌握全局，正确疏导，为应急救援做出贡献。因此，针对高速公路突发的重大交通和危险品事故，有必要研制一套高性价比、智能化程度高、具备实时高清视频数据传输和远距离视频传输与处理的高智能化功能于一体的便携式无人机应急救援系统，以提高高速公路监控和事故应急能力，减少事故数量、人员伤亡和经济损失。

　　1 便携式无人机监控系统在高速公路巡检中应用的必要性

　　由于高速公路的出入口少、分隔行驶及全封闭性的特点，一旦有事故发生，其他车辆继续行驶就难以掉头、分流和疏散，从而造成高速公路交通拥堵，而消防队接警出动后往往可能会被堵在几百米甚至几公里之外，救援设备无法迅速到达现场展开救助，事故勘察和救援人员也难以快速掌握事故情况，指导救援行动及交通疏导。同时高速公路灾害事故可能直接引發火灾，即事故后没有发生火灾，油箱破裂燃油四处流淌，起火燃烧的危险性也比较大。若装载化学危险品的车辆一旦发生交通事故，可能导致大量有毒有害物质外泄，严重威胁救援人员的生命安全，造成更大的人员伤亡。如2011年2月23日江苏扬溧高速镇江丹徒上党段突降团雾，能见度不足10米，酿成11车追尾1死多伤的惨剧，事故造成近千车辆被堵，延绵约2公里长。2012年包茂高速公路一辆客车与甲醇货运车追尾引发甲醇泄漏导致辆车起火，造成36人遇难3人受伤;2015年海南高速一油罐车追尾致5人死亡;沪昆高速大雾 11车连环相撞致5人受伤。因此，高速公路交通事故应急救援领域急需一种能够快速获取事故现场影像、握事故现场情况的技术手段，既可不受地形地貌及路况的限制，又可避免现场勘察人员受到二次伤害，快速、安全的将现场情况提供至监控中心，辅助领导决策，为救援行动抢占先机。目前，现有交通监控和救援只能依赖于交通路面巡查和定点摄像头监控等，所呈现的视角比较狭隘、图像不够清晰，事故现场发生交通事故时，很难获得第一手的现场图像资料。

　　2 便携式无人机监控系统的设计

　　便携式无人机监控系统是基于高速公路事故现场应急救援应用需求，以多旋翼无人机平台、数据链、任务载荷、便携地面站和智能处理软件为核心组成的智能监控设备。设备利用多旋翼无人机平台搭载的任务载荷获取目标区域的图像信息，通过数据链将图像高速传输、并发送至一体化便携式地面站进行实时处理和显示，实现目标区域的智能监控。

　　2.1 便携式长航时无人机分系统

　　便携式长航时无人机分系统根据地面控制指令飞行至目标作业区域，利用其搭载的光电传感器获取目标区域的图像信息，并通过数据链设备将图像信息发送至便携式地面站进行实时处理和显示，实现对目标区域的遥感监测，另外，通过地面增加3G通讯设备，可以实现图像数据的远距离传输。便携式长航时无人机平台采用一体化开模机身、短轴距小型化设计，机臂可折叠收藏，提高了运输效率，根据任务需求可搭载可见光摄像机、微单相机，可实时获取目标图像数据，并保存于机载存储设备和地面存储设备中。

　　2.2 应急监测指挥车分系统

　　应急监测指挥车分系统由SUV越野车平台改装而成，具有无人机运输、卫星通信、3G/4G无线传输、智能数据处理和视频会议等功能。应急监测指挥车分系统集成了高速3G/4G无线实时视频传输系统，可将无人机拍摄的图像传输到监控中心，当现场不具备3G/4G传输条件时，也可通过车载的卫星通信系统传输数据，卫通系统为车载型静中通卫通设备，支持一键对星，可快速部署，满足及时通信的需求。视频会议系统可通过车上的通信系统与监控中心或者其他的应急监测指挥车进行视频会议。

　　3 便携式无人机监控系统的应用

　　便携式无人机监控系统采用一体化开模设计，具有集成度高、便携性好、智能化程度高等特点，该系统具备以下创新点：

　　3.1 自主避障

　　系统采用先进的控制算法.可实现一键自主起降和自主避障功能。当飞行器遇到障碍物时，可以自主识别障碍物并进行躲避，在航迹模式下在遇到非大型障碍物时，可自主重新规划航迹，实现飞行器在水平和垂直方向的智能控制。

　　3.2 高速 3G/4G无线传输

　　由于监测系统往往需要高分辨图像予以支撑，因此拟采用2M以上的数据链对如此大容量的数据进行传输。但现有的普通3G/4G无线网卡不能支持大数据量的信息实时有效传输(一般小于1M)。本项目提出基于逐包分拆和负载均衡的移动数据无线接入技术，通过多卡集成，最大限度提高带宽利用率，达到传输码率要求。同时为了保证服务器的运算速度，采取负载均衡策略，避免单个无线网卡负载过重的不良影响，为无人机数据的实时传输提供有力支撑。

　　3.3 基于卫星通信网络的高清视频传输

　　通过卫星通信网络传输高清视频(1080P)技术，在当前国内卫星通信领域属于技术难点，通过H.265视频编解码技术、TCP加速技术、新一代VAST系统Anovo2.0等技术的有效结合，突破常规技术限制，有效提高通信系统传输的带宽与传输效率，最大效率使用卫星网络资源，使得无人机数据的实时传输能力得到有效提升，为无人机应急飞行任务提供强力保障，使后方人员可以更为详细的了解现场状况，以便做出最准确及时的指挥决策。

　　4 结语

　　无人机可鸟瞰地面车流实况，有利于道路管理部门掌握全局，通盘指挥和正确疏导，为解决道路阻塞等问题做出贡献，同时无人机可搭载喊话器、报警器、交通指挥信号灯等不同任务模块，在路政执法人员到达现场之前更快的到达现场，执行调度指挥任务：交通管理人员可以通过无人机搭载交通管制设备直接对现场交通进行指挥疏通。本研究所研发的无人机应急救援系统的使用，可提高交通事故处理效率，加强高速公路巡逻，提前预警道路拥堵，为高速公路突发情况的处理争取时间，避免连环安全事故的发生和人员伤亡。高速公路管理部门能够更好地对道路情况进行管理，保证公路顺畅，保障车辆顺利通行，减少车辆拥堵时间，降低车辆的时间成本、燃料消耗和车轺消耗等行车产生的客观物质消耗，避免资源浪费，实现更好的社会效益和经济效益。

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