旋翼無人機應用于林業巡檢及森林防火_解決方案-華測導航

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      旋翼無人機應用于林業巡檢及森林防火
      林業巡檢是林業管理中必不可少的一部分。目前國內大部分林業部門依舊采用人工巡檢的方式進行林業巡檢。而傳統人工巡檢方式,勞動強度大,效率低,且信息獲取不準確,而衛星對森林資源的信息獲取,由于獲取周期長,時效性差,無法滿足實時監控的需求。傳統載人飛機改善了時效性差、人工巡檢的問題,基本滿足實時監測的需求,但在森林火災等環境惡劣的環境下,飛行安全將會受到嚴重威脅,且其受環境、空域等影響較大,維護成本較高,不能滿足林業的日?;芾?。尋求一門新的高科技手段應用到森林資源監測、森林防火及林業執法中,已成為林業管理的一項迫在眉睫、亟待解決的重大課題。
      旋翼無人機應用于林業巡檢及森林防火
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      系統組成

      該方案可以通過遙控器、軍工級智能地面站對無人機進行飛行控制。通過高清圖像傳輸系統可將林區的監控視頻實時傳回地面站、指揮中心,第一時間為指揮部門提供有效的現場信息。同時決策者可以在云端對無人機進行控制并發布指揮命令。



      1、P580+云平臺管理系統森林防火解決方案
      系統優勢


      傳統人工巡檢防火滅火的痛點

      無人機巡檢防火滅火的優勢

      人工巡檢效率低

      無人機搭載變焦相機,可在距地300~1000米高度對地面火場實時觀察

      巡檢人員人身安全風險系數高

      多旋翼無人機對起飛場地要求低,無需人員爬山作業

      人工巡檢無法提前識別火點

      搭載熱紅外相機可以,提前預警

      發生火災,傳統瞭望無法掌握全局,觀察火勢走向

      無人機定點懸停,可全局觀察火情

      傳統滅火指揮需要現場協調,拖延滅火進度

      4G云平臺指揮系統,沒有距離限制


      行業優勢


      P580+云平臺管理系統森林防火解決方案
      (1)森林日常巡檢
      P580搭載30倍變焦相機
      該森林防火解決方案可采用無人機采集林場視頻音頻信息,并可接入林業監控專網,與原有的監控,指揮系統結合,實現對無人機視頻信號的實時查看、存儲和回放,并供各級指揮機關調用。

      (2)防火滅火,應急指揮
      無人機參與森林滅火及巡檢
      華測林區防火解決方案,將北斗衛星、導航系統、熱成像數字圖像傳輸技術、高清視頻回傳系統等高新技術綜合應用于森林資源管理。配備可見光、紅外探測任務載荷在距地300~1000米高度對地面火場實時觀察,將獲取的圖像數據實時傳回地面,方便地面消防部門及時應對。暗火隱患勘察及撲滅、觀察肉眼無法觀察到火場暗火、配備紅外探測穿透煙霧探測地表溫度。
      紅外探測任務載荷獲取火場完整的地面溫度分布狀態圖像,并實時傳回地面;可見光任務載荷獲取火災損毀評估的實時圖像,亦可獲取重點區域更為詳細的圖像數據。
      配備拋投裝置,掛載滅火彈和小型水袋,撲滅尚未熄滅的余火,防止復燃。

      (3)林區測繪普查
      根據需求增加森林測繪功能,可增加五鏡頭傾斜相機,測繪攝影云臺等任務載荷,布署三維測繪軟件和無人機管理平臺等軟件,將無人機偵查系統的數據接入林業森林防火監控網和大數據平臺,實現重點目標測繪生成的三維數據導入林業防火指揮系統大數據平臺、雙向數據傳輸等功能。
      實現“圖像傳輸、數據交互、遠程控制、網絡共享”的功能,系統升級空間大,升級容易。

      解決方案

      一、方案設計

      1、方案硬件設備

      針對該項目的實際情況,選擇了華測P580六旋翼無人機搭載30倍變焦、熱紅外、喊話器以及拋投設備,作為林業巡檢以及森林防火的硬件系統。


      華測P580多旋翼無人機

       P580多旋翼無人機


      (1) P580多旋翼無人機采用碳纖維與鋁合金復合結構設計,集成 FC-3A三冗余高可靠飛控系統、高性能機載電腦、毫米波避障雷達、高效能動力系統與大帶寬圖數一體數據鏈??纱钶d30倍變焦云臺相機系列、紅外云臺相機系列、雙光吊艙系列、可視拋投器系列、可視喊話器系列等多種任務載荷。

      (2)Z-6A 30倍變焦云臺相機,擁有30倍光學變焦,總像素高達216萬,61°~2.3°視場角為視頻拍攝提供更廣闊的空間,能將百米之外的景物清晰呈現在眼前。機身采用全鋁合金結構設計,體積輕巧,結合專業的云臺控制技術,穩像精度達±0.01°,即使在最遠焦段也具有優秀的穩像效果??煽焖凫`活掛載在無人機飛行平臺。



      Z-6A 30倍變焦云臺相機


      該變焦云臺相機具有以下特點:
      ① 搭載專業的30倍光學變焦相機;
      ② 機械三軸穩像;
      ③ 領先的專用解耦姿態算法;
      ④ 高度優化的伺服電機矢量控制算法;
      ⑤ 高達8000Hz的控制頻率;
      ⑥ ±0.01°的穩像精度;
      ⑦ 全鋁合金結構設計,輕巧堅固、散熱性能好;
      ⑧ 支持跟蹤;
      ⑨ 網絡視頻輸出接口;
      ⑩ 支持快拆。


      (3)P-1 喊話器,采用高音質喇叭,搭載在飛行器上可快速進入作業區域,既能實時查看現場情況,又能對現場進行喊話。適用于應急救援等現場,完成傳達指揮任務。

      P-1 喊話器


      主要有以下特點:
      ① 喊話器廣播距離最大 500 米;
      ② 自帶高清相機,可實時查看現場情況;
      ③ 喊話方向可操縱;
      ④ 實時喊話,低延遲;
      ⑤ 支持預錄;
      ⑥ 支持快拆。


      (4)P-2可視拋投器, 選用碳纖維材質,重量輕,承載力大,支持三個掛載點,單個最大拋投重量在10kg以上,可以在視距外進行精準投放。適合于投放救援物資、消防滅火彈、電力架線、救援繩索等多種場合。

      P-2可視拋投器


      P-2可視包頭器具有以下特點:
      ① 遠程遙控拋投;
      ② 最多支持三個掛載點(可單獨拋投,亦可同時拋投);
      ③ 單個最大拋投重量在10kg以上(還需考慮飛行器最大掛載重量);
      ④ 自帶高清相機,可實時查看現場情況;
      ⑤ 輕小化設計,重量輕;
      ⑥ 碳纖維結構,承載力大;
      ⑦ 可實現精準拋投;
      ⑧ 支持快拆


      (5)Z-8A雙光吊艙集30倍光學變焦相機及25mm熱成像相機于一體,具有優秀的成像質量,即使在夜間環境,不需要輔助光源也能拍攝到清晰的圖像,它擁有30倍光學變焦,總像素高達216萬,61°~2.3°視場角為視頻拍攝提供更廣闊的空間,能將百米之外的景物清晰呈現在眼前,即使在最遠焦段也具有優秀的穩像效果。熱成像相機搭載高性能17um 非制冷焦平面探測器,多種色板模式可切換,具有優秀的成像效果。結合專業的云臺控制技術,穩像精度達±0.01°??蓱糜谙?、森林公安、公安監控、搜尋救援、環保執法等多個行業。

      Z-8A雙光吊艙
      主要特點:
      ① 集30 倍星光級光學變焦相機和紅外相機于一體;
      ② 支持智能跟蹤;
      ③ 畫中畫/單路視頻一鍵切換;
      ④ 單IP視頻輸出;
      ⑤ 三軸穩像;
      ⑥ 領先的專用解耦姿態算法和高度優化的伺服電機矢量控制算法;
      ⑦ 高達5000Hz 的控制頻率;
      ⑧ ±0.01°的穩像精度;

      ⑨ 支持快拆。


      (6)G-1便攜式地面站集成了控制手柄、大帶寬圖數一體數據鏈與4G數據鏈,配合移動設備預裝的地面站應用程序,可實時操縱飛行器與飛行器所掛載的任務載荷設備,規劃飛行任務,并查看云臺相機所拍攝的圖像。通過集成的4G數據鏈,可將飛行器數據和圖像實時傳送至云端及后臺指揮中心。G-1便攜式地面站提供了人性化的操作界面,可極大降低飛行任務的復雜度。

      G-1便攜式地面站


      G-1便攜式地面站



      主要特點:
      ① 實時顯示飛行器位置坐標、姿態、電池電壓等數據;
      ② 實時顯示云臺相機拍攝的高清圖像;
      ③ 遙控遙測及圖像傳輸距離最遠可達10km(無線電通視條件下);
      ④ 支持自動起飛、自動降落、自動返航、自主巡航及收放起落架(需飛行器支持)等快捷操作;
      ⑤ 支持航線規劃,最大可編輯200個航點;
      ⑥ 支持美國手、日本手等4種搖桿操縱模式;
      ⑦ 支持通過4G連接公安專網;
      配合無人飛行器遠程管控系統,可在任意聯網電腦上遠程監控飛行器,使后端指揮中心可實時了解現場信息。


      2、方案軟件及配置
      (1)云平臺與指揮調度系統


      云平臺與指揮調度系統

      視頻實時回傳

       管控無人機管控無人機

       管控無人機


      云平臺主要特點:
      ① 支持靈活的賬戶管理。一臺電腦、一個賬戶可同時管理多架無人機。
      ② 支持遠程監控無人機拍攝的視頻、下載照片,實時掌握現場狀況。
      ③ 支持遠程監控無人機飛行狀態、健康狀態。
      ④ 支持遠程發指令給無人機,控制無人機自動起降、自動巡航,在線編輯航線,真正實現無需現場飛行操作員。
      ⑤ 支持云端存儲任務航線,再次執行時可直接調取。實現重復任務的規范化、自動化、簡易化。
      ⑥ 支持遠程控制相機載荷、遠程喊話、遠程拋投。 
      ⑦ 云端可存儲視頻、照片、飛行數據,方便日后調取查看與分析。
      (2)云服務器配置
      服務器可以選擇搭載本地單位的服務器上或者云服務器上。

      云平臺主要參數


      3、作業流程
      (1)現場勘查

      無人機現場勘查班瑪縣地貌

      班瑪縣地貌


      班瑪縣隸屬果洛藏族自治州,地處自治州的東南部,大渡河上游,位于東經99°45′~101°14′,北緯32°27′~33°18′,東南部與四川省阿壩、壤塘、色達縣接壤,西部與四川省色達縣和州屬達日縣為鄰,北部與州屬久治縣相連。東西長約137公里,南北寬約96公里。最東邊為東經101°14',最南為北緯32°27′,最西面為東經99°45′,最北面為北緯33°18′。
      通過勘查該區域內需要布設中繼站才可完成無人機的視頻回傳。


      (2)規劃航線


      巡檢區域分區模擬圖

      巡檢區域分區模擬圖

      無人機航線示意圖

      航線示意圖


      將林區的區域進行任務劃分,并對劃分的區域進行航線的規劃??梢蕴崆巴瓿梢巹?,等到現場后直接導入無人機中進行外業飛行。


      (3)外業飛行數據采集


      外業飛行數據采集

      P580外業飛行數據采集

      目標跟蹤巡檢


      (4)內業處理提交成果


      無人機內業處理提交成果

       熱紅外圖


      ① 定期對林區進行無人機巡檢,實時將巡檢結果圖傳回指揮大廳,便于指揮人員實時指導巡檢工作;
      ② 通過分析無人機的巡檢結果分析出林區林業資源分布情況,了解林區的資源分布情況,并分析樹木的類型劃分書易燃區域進行重點監控;
      ③ 針對大面積的林業使用無人機巡檢可以獲取林區內樹木的病蟲災害情況,可以監視是否有偷盜伐木的情況;
      ④ 火災發生時進行巡查,配置熱紅外傳感器可以對火點進行精準定位,便于后方防火指揮部制定有關方案。

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