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无人机应用于机场巡检的解决方案
浏览:2584     更新时间:2018-07-18      作者:智航无人机


无人机应用于机场巡检的解决方案

第1章     前言

无人机技术作为一项近年来高速发展的高新技术,逐步开始在各行各业中进行实际的应用作业。无人机应用于机场巡检是一种新型的机场巡检手段,解决了传统人工巡检难的困难。无人机可以实现机场场区自动巡检,巡检内容主要有场区围界、鸟群活动、道面路况等重要信息,为机场指挥中心提供影像数据支持。在遇到应急特情时,无人机可以快速出动,进行远程侦查、事故评估、实时监控等重点工作,最大限度的规避了传统人工进行现场监控处置的风险,为决策者提供准确的参考信息。

得益于无人机的使用,机场场区的日常巡检工作将会更加高效化、自动化,应急特情时的救援工作将会提高及时性、安全性,人身安全得到进一步的保障。为了保障机场在日常巡检和应急特情来临的时候,,可以快速、及时、准确地收集到应急信息,通过多种方式进行高效地沟通、为领导提供科学的辅助决策信息,深圳智航无人机有限公司,利用先进的信息技术和控制技术,推出了具有先进巡检救援理念的无人机机场巡检解决方案。

第2章     无人机在机场巡检中的应用

2.1  现阶段常用的机场巡检方式

经过数年的信息化建设, 机场在日常巡检、应急处置、鸟群驱赶等方面的工作已经得到系统性的完善。日常巡检中常利用监控指挥车或人工行走的方式进行场区巡逻,包括场区道面、电力系统、机场围界等重点区域进行巡检排查。如有发现问题,立即安排相关专业人员赶往处置,以保障飞行场区的各事项安全。

随着航空行业的快速增长和生态环境的改善,鸟击航空器事件成上升趋势。当前最常用的驱鸟方式是物理驱赶与生物防治。物理驱赶鸟群常利用装有声、光、烟等发生装置的设备或车辆,在场区进行巡逻工作,对重点区域进行集中监控。

目前机场巡检工作多以人工方式进行,具有工作量大、作业效率低、人员风险大等亟需改进的地方。无人机作为新兴行业应用的工具,在与机场进行调度对接后,利用其飞行平台强大、功能挂载丰富、操作方便快捷等优势特点,实现机场快速巡检、应急救援处理等工作。

2.2  无人机机场巡检需求分析

2.2.1  日常巡检

a.    机场选址勘察。通过无人机平台挂载高精度航测相机,对拟建机场场址地形地貌、周边高大障碍物等进行扫描采集,经过计算机软件后期处理,得到基于真实影像的高精度航测地图或高精度真三维立体模型,实现机场平面布局规划、机场土方工程量计算、机场周边高大障碍物评估等功能。

b.    机场围界巡查。通过无人机平台挂载高清变焦相机和图像回传模块,在日常巡查以及任务飞机飞行准备阶段、飞行间隙时,按照机场围界路径进行自动巡查,通过机载高清变焦相机记录围界封闭状态、损坏情况和外来入侵情况,实现围界问题实时排查反馈与警报,为机场安全保障提供影像信息支持。

c.    高压线路巡检。通过无人机平台挂载双光吊舱和图像回传模块,在日常巡查以及任务飞机飞行间隙时,对机场市电进线、飞行场区架空线路、变压器等供电设施设备进行针对性检测排查,及时发现异常发热点、零件损坏点、树木遮挡、人工作业干扰等危及电力线路安全等情况,实现问题点精确定位与实时反馈,保障电力线路的正常运作。

d.    机场净空环境检测。通过无人机平台挂载高清变焦相机和图像回传模块,在日常巡查时,对机场净空区的超高障碍物、风筝、烟雾排放等飞行安全隐患进行排查,实现后台分析发现、实时定位等功能,为机场净空监测和管理提供安全、高效的信息技术识别手段。

e.    鸟情监测。通过无人机平台挂载高清变焦相机和图像回传模块,通过自动航线放飞无人机,实时对机场及其周边环境的鸟类活动区域进行监测,为机场鸟情预测预报、机场环境综合整治、构建鸟撞风险预警与管控系统提供详实的支撑数据。

2.2.2  应急勘察

a.    战场地形勘察。通过无人机平台挂载高清变焦相机与图像回传模块,对战场地形地貌和敌方目标进行分析和侦察,完成对我方最优行进路线的规划和敌方目标锁定等任务。

b.    机场道面巡查。通过无人机平台挂载高清变焦相机与图像回传模块,在任务飞机飞行准备阶段对机场跑道、滑行道和平地区进行监测,及时发现道面外来物和道面突发严重损坏情况,飞行间隙对跑道进行快速巡查,实现道面异物或损坏发现、定位和信息实时反馈,为机场道面保障提供准确详实的数据支撑。

c.    驱鸟防鸟。通过无人机平台挂载驱鸟音乐播放器、烟花发射器等设备,实时对飞行场区活动的鸟类进行驱赶,通过噪声或模拟天敌声响使得鸟类产生恐惧心理,并通过加大日常驱赶力度,逐步给鸟类形成心理暗示,进而减少飞行场区内的鸟类活动。

d.    机场特情救援。通过无人机平台挂载高清变焦相机和图像回传模块,对任务飞机事故现场进行勘察,评估飞机火灾现场情况,判断飞行员脱离状态,为消防战斗救援提供准确、有效的数据支撑。

e.    战场环境勘察。通过无人机平台挂载高清变焦相机和图像回传模块,对战时机场环境、平时靶场环境观察勘测,快速提供战场环境、弹坑、未爆弹分布等信息,可在子母弹、布撒器型弹药攻击机场后所形成的弹坑数量、大小、分布,以及地表未爆弹的数量、大小、分布,进行快速识别和精确定位。

2.2.3  现场处置

a.    场区环境监管治理。通过大载重的无人机平台搭载药物喷洒设备,根据需要对飞行场区草地实施药物喷洒作业,定期灭除飞行场区的昆虫、土壤动物和小型脊椎动物,通过消除鸟类食源,最大限度减少飞行场区的鸟类活动。

b.    机场道面毁伤评估分析。通过无人机平台挂载高精度航测相机或倾斜摄影相机,对机场道面损伤区域进行勘察拍摄,根据拍摄图像快速处理得到现场航测图或三维模型,利用机场道面毁伤评估系统,快速评估道面毁伤程度,给出损伤结论。

c.    应急起降带优选方案制定。通过无人机平台挂载高精度航测相机,对战场环境进行低空覆盖测绘,快速处理得到基于真实影像的高精度现场地图,根据战场环境勘察情况,利用机场道面毁伤评估系统,可按照抢修量最小的原则,快速确定1500*20米范围的应急起降带,快速形成机场抢修方案,给出需要准备的抢修机械和抢修材料数量并预估修复时间。

d.    地表未爆弹排除。通过无人机平台搭载高清变焦相机、图像回传模块,能够实施对机场道面表面未爆弹进行精确识别,与地面排爆机器人配合使用,通过架设非接触聚能引爆装置、钻地引爆弹等排爆器材,实现机场道面的地上未爆弹排除。

e.    地下未爆弹探测排除。通过无人机平台搭载高清变焦相机、图像回传模块、铯光磁力探测仪、非接触聚能引爆装置等探测排除设备,对地下未爆弹进行精确探测定位。与地面排爆机器人配合使用,通过架设非接触聚能引爆装置、钻地引爆弹等排爆器材,实现埋深不超过1米的浅层地下未爆弹和不超过3米的地下未爆弹排除。

2.3  无人机的应用优势

无人机技术作为一项近年来高速发展的高新技术,逐步开始在各行各业中进行实际的应用作业。机场无人机巡检,具有巡检质量高、覆盖范围广、便于操作等诸多优点,大大减少了了传统人工巡检的工作量并提高了巡检质量。机场无人机鸟群驱赶,具有遥控距离远、响应速度快、驱赶方式多样化等诸多优点,操作员通过无线电遥控器进行操控,可对机场上空鸟群进行有效骚扰和驱赶,几乎能达到驱鸟员视线所及的任何区域,尤其对高空盘旋的鸽群、鹰隼等大型鸟类具有良好的驱赶效果,有效填补了目前高空驱鸟和机动驱鸟的手段空缺。

深圳智航无人机应用机场巡检的解决方案主要面向机场地勤有关部门,实现了日常飞行场区的巡检监测、电力巡检、环境治理等功能,特殊情况下的战场勘察、道面损伤评估、应急救援等功能,并实时将现场画面回传到指挥中心,从突发事件的上报、相关数据的采集、紧急程度的判断、实时监控、联动指挥、应急现场支持、领导辅助决策,使相关的工作部门对应急突发事件的情况了解更加全面、对突发事件的反应更加迅速、相关人员之间的协调更加充分、决策更加有据,同时大大的降低了工作人员的工作难度。


第3章     智航无人机系统设计方案

3.1  方案设计

3.1.1  遵循和参考标准规范

本系统方案设计主要依据:

1.        GJB 150.1A-2009《军用装备实验室环境试验方法》

2.        GJB 1389《系统电磁兼容性要求》

3.        GJB 1403《机载电子设备安装和试验通用规范》

4.        GJB 4108-2000《军用小型无人机系统部队试验规程》

5.        GJB 5433-2005《无人机系统通用要求》

6.        GJB 5434-2005《无人机系统试验方法》

3.1.2  系统组成

智航无人机系统由飞行系统、地面控制系统、任务载荷系统构成。如下图所示:

3‑1 智航无人机系统组成框图

3.1.3  总体方案

针对机场无人机巡检的不同应用场景,智航无人机利用不同的无人机飞行平台,配合丰富的功能挂载模块,设计并实现了多用途多功能的机场无人机巡检方案。大范围勘察无人机采用智航无人机首创技术的倾转旋翼垂直起降固定翼V330无人机飞行平台,配合自主研发的飞行控制系统、高效率动力系统、多功能机载模块,如高清变焦相机、高精度航测相机、红外热成像相机等,完成机场以及周边环境的大范围巡检工作。快速应急无人机采用智航无人机自主设计研发的电动版六旋翼凌云2飞行平台,配合针对性优化的飞行控制系统、灵敏动力系统、多功能机载模块,如双光吊舱、倾斜摄影系统、药物喷洒系统等,完成电力系统、战地环境、机场环境等特殊场景的针对性信息收集与评估工作。驱鸟无人机采用智航无人机自主设计研发的油电混合版六旋翼凌云2飞行平台,配合高效率低振动的单缸汽油发动机、针对性优化的飞行控制系统、高性能动力系统、多功能机载模块,如声波驱鸟模块、激光驱鸟模块、烟花发射器等,完成日常鸟情监测、鸟群驱赶等重要工作。

智航无人机系统可通过遥控器、箱式智能地面站对无人机进行飞行控制。通过高清图像传输系统可将机载相机的监控视频实时传回地面站、指挥中心,第一时间为指挥部门提供有效的现场信息。

总体系统架构如下图所示:

3.2  智航凌云Ⅱ无人机系统技术特点

3.2.1  凌云Ⅱ无人机技术参数

3‑1凌云Ⅱ技术参数表

无人机技术参数

型号

凌云

轴距尺寸

1100 mm

空载重量

10 kg

最大载荷重量

5 kg

续航时间

>55 min

最大飞行速度

20 m/s

作业半径

>10 km

抗风能力

7

工作温度

-2060

环境湿度

85%

最高工作海拔高度

>4500 m

动力类型

锂聚合物电池/汽油发动机

云台

高精度三轴自稳云台

图传系统距离

10 km

图传系统图像质量

支持HD1080i/p图像

3.2.2  凌云Ⅱ无人机特点

该无人机系统有如下特点:

n  自主产权、功能强大

自主知识产权,强大的技术支持,具有多种载荷搭配,可达成多种任务需求。如现场全局监视、现场喊话、事故现场物品运输等多种应用;

n  精确定位、自动起降

GPS定位,自动起降、自动定位等完善的功能系统,更贴合专业应用;

n  强抗干扰

采用高频段信号的无线数字传输,可有效避免外界干扰;

n  高稳定性、全天可用

高清成像,高抗风能力,搭载红外热像仪昼夜皆可应用,可在复杂环境中有效统揽全局;自稳云台保证图像的稳定,第一时间为地面指挥部门提供事故现场地理坐标(经、纬度)、现场情况、灾情变化趋势等情报;

n  超强性能

高清图像(1080P)、高载荷负重、超长续航时间(55分钟),相对快速的移动速度;有效保证事故现场的勘察效果;

n  超远图传

超远距离图像回传功能(10Km),可将现场全局情况实时传输给指挥中心,从而实现远距离指挥控制,大大加强指挥效率。


3.2.3  倾转旋翼垂直起降固定翼V330无人机技术参数

无人机技术参数

型号

倾转旋翼垂直起降固定翼V330

固定翼翼展

3300 mm

空载重量

10 kg

最大载荷重量

5 kg

续航时间

120 min

巡航飞行速度

25 m/s

最大航程

130 km

抗风能力

6

工作温度

-2060

环境湿度

85%

最高工作海拔高度

>4500 m

动力类型

锂聚合物电池

图传系统距离

10 km

图传系统图像质量

支持HD1080i/p图像

起降方式

垂直起降

3.2.4  倾转旋翼垂直起降固定翼V330无人机特点

倾转旋翼垂直起降固定翼无人机V330的最大特点是采用倾转旋翼技术,既有旋翼又有固定机翼。V330无人机能够以多旋翼模式起降,具有起降灵活、场地不受限的特点,在前置双旋翼倾转之后能够以固定翼模式巡航飞行,具有飞行效率高、续航时间长、巡航速度快的特点。而且,该飞行器的另一大创新点在于,前置双旋翼可以从垂直位置转向水平位或者从水平位置转到垂直位置,使得多旋翼模式和固定翼模式能够共用动力系统,工作效率高。

n  高升阻比气动外形设计

采用近椭圆形机翼和V型尾翼,可以有效减小空气阻力,增强飞行稳定性。

n  高强度、轻量化机体

机体采用比强度极高的碳纤维复合材料一体成型,在保证机身结构强度、刚度的同时最大限度地减轻重量。

n  GPS冗余设计

采用普通GPS和差分GPSRTK)互为备份,实现飞行中的精准定位(厘米级定位精度),冗余设计能够提高抗干扰能力,帮助飞行器在环境复杂的情况下,提供更为精准有效的定位数据,让无人机精确飞行和起降。

n  TOF测高模块,精确异地起降

采用TOF测高模块,能保证飞行器能实现平稳的异地起降,而对起降点的海拔高度差无特殊限制,确保V330能适合于各种地形,降低对使用地形环境的要求。

n  IP56工业防护设计

为应对恶劣气候条件,V330采用IP56级工业防护设计,可以全天候(中雨/微雪/大风)飞行,也可以在-20~60℃环境温度下连续作业。

n  物流无人机运送战区补给

V330倾转旋翼垂直起降固定翼无人机作为物流配送无人机,如战区救援物资,食物补给等物资运送。

n  便捷易用

机翼和尾翼采用快拆快装式结构,在保证与机身连接刚度的同时,使整机运输体积最小化,方便运输携带。只需2分钟即可展开并固定机翼,快速进入任务作业状态。

3.3  多功能模块

3.3.1  10/20/30倍可见光相机

专门为防汛抗旱设计,防抖、防摔,可远程获得高清晰度多角度视频资料,为应急现场提供有效影像资料。

3.3.2  空中实时视频传输模块(微波图传)

可实时传输1080p超高清视频数据,超远距离图像回传功能(10Km),实时回传延时小、功耗小,图像稳定性高。

3.3.3  4G实时传输模块

通过4G信号,实时将现场情况传回指挥中心,便于领导远程调度指挥,制定行动计划。


3.3.4  空中探照灯模块

LED设计,警灯爆闪,亮度高。利用无人机的机动性和多角度变换,对应急现场进行不间断照射,使工作人员在执行搜救任务时,克服因黑暗造成的诸多不便。

3.3.5  空中喊话模块

重量轻,音质清晰,音量大,覆盖范围广,抗干扰性强,传输距离可达数公里,适用于鸟群驱赶。

3.3.6  空中多用途抛投模块

可携带各种载荷,多次投放。利用无人机的快速反应能力第一时间直达投放区域上空,投放高达7千克的物品。利用远程可视瞄准系统,定位准确,投放距离远,可用于投放救援物资、应急药品、战场补给等物品。

3.3.7  红外热像仪模块

利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图。可透过烟雾等伪装发现隐藏在草丛或暗处的车辆人员,可用于夜间搜索,以及侦察搜救等。

3.3.8  双光吊舱模块

一体集成20倍可见光相机和红外热像仪模块,不仅可以用于白天进行巡航监测,还可用于夜间或阴暗处的侦察搜救等。

3.3.9  空中中继通信模块

可提供通信中继功能,适用于通信中断地区的音视频传输,超远距离飞行监测活动。


3.3.10     倾斜摄影模块

利用搭载五相机的倾斜摄影模块,对机场周边复杂地形、超高障碍物、战场地形进行覆盖拍摄,得到基于真实影像的三维模型,为机场规划、战区形势决策等提供强有力的影像参考资料。对于发生特情的事故现场,进行三维建模后,方便及时对现场进行损伤评估,为进一下救援工作提供强有力的影像参考资料。