閆浩

天津航天中為數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司

目前，我國正如火如荼地進行智慧城市建設。面對紛繁復雜的城市環(huán)境，如何打造數(shù)字信息化城市是一大難題。智能無人機可以應用在智慧城市建設的多個領域，為相關決策部門提供準確、高效的數(shù)據(jù)支持服務，開展智慧應用、智慧規(guī)劃，打破信息孤島，推動智慧城市建設。

近年，隨著科技發(fā)展和互聯(lián)網時代的來臨，無人機在民用領域的應用越來越廣泛，已在公安、消防、城市管理等眾多領域替代人工作業(yè)。但無人機需要人員操控，對人員操控技能要求較高，需經過嚴格培訓，不能及時融入智慧城市管理，導致無人機應用普及率較低。智能無人機技術的出現(xiàn)，實現(xiàn)了智能化、自主飛行、高效率作業(yè)，降低了無人機飛行操控的門檻。智能無人機可以提高城市應急事件響應能力、空天地立體化監(jiān)測能力、城市空間巡查能力、城市綜合信息采集能力，推動智慧城市建設快速發(fā)展，將高科技融入城市發(fā)展，打造智慧、宜居的新時代城區(qū)。

智能無人機系統(tǒng)組成

智能無人機系統(tǒng)主要由無人機平臺、任務載荷、智能停機坪與智能控制系統(tǒng)組成。智能無人機系統(tǒng)具備智能控制、精準起降、高安全性、全天時執(zhí)行任務的特點，為城市建設提供及時、準確的數(shù)據(jù)信息。

智能無人機平臺

無人機平臺機身采用一體化開模制作，模塊化組裝實現(xiàn)快速拆裝，具備低電保護、斷鏈自動返航等多重安全策略，為其飛行任務保駕護航。平臺環(huán)境適應性強，惡劣天氣仍可正常飛行，配置差分GPS，實現(xiàn)無人機精準起降，誤差不超10cm。加裝4G/5G模塊，實現(xiàn)網絡信號傳輸，不受信號強度、傳輸距離限制，可異地起降，實時回傳數(shù)據(jù)信息。

無人機任務載荷

無人機可搭載可見光相機、紅外熱成像儀、喊話器、高清變焦攝像機等任務載荷，根據(jù)任務性質不同，配置不同任務載荷開展作業(yè)。任務載荷采用模塊化、插拔式設計，可儲存或實時回傳影像、高清數(shù)據(jù)、遠程語音等信息。

圖1 六旋翼無人機平臺。

智能停機坪

智能停機坪采用自動伺服保護罩，具備防水、防風能力，在惡劣天氣條件下，能保證無人機系統(tǒng)不被損壞，根據(jù)無人機實際作業(yè)任務，可遠程自動開啟和關閉。無人機利用智能停機坪全自主充電，無需人員操作，可實時遠程監(jiān)控充電狀態(tài)。智能停機坪內外安裝有攝像頭，實時監(jiān)控智能無人機狀態(tài)。同時，其外部安裝了風速儀等氣象設備，觀測周邊飛行環(huán)境，保證智能無人機飛行安全。智能停機坪體積較小，在高樓林立的城市中，可以安裝在樓頂?shù)葏^(qū)域，提高空間使用率，同時降低風險。

智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)分為固定電腦端與移動端如手機或帶有移動網絡的平板電腦，在電腦端主要處理各職能部門申請的日常數(shù)據(jù)采集、巡查任務。移動端主要派發(fā)給一線工作人員，在發(fā)生緊急事件時，由現(xiàn)場人員直接調動周邊站點或正在執(zhí)行任務的智能無人機，開展應急支援保障。

智能無人機系統(tǒng)功能特點

遠程操控

智能停機坪、無人機均利用4G/5G網絡進行信號、數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離不受區(qū)域限制，不受障礙物遮擋。

圖2 可見光相機。

操控簡單

智能無人機實現(xiàn)一鍵起飛、降落，自主生成任務航線，降低對操控人員的素質要求，2h左右即可完成人員培訓。

高度智能化

采用差分GPS獲取高精度定位信號，進而為無人機平臺提供精確的降落點位置信息，實現(xiàn)無人機精準降落。無人機電量補充、外部狀態(tài)檢查、周邊環(huán)境觀察、氣象條件監(jiān)測等均由智能停機坪回傳給智能控制系統(tǒng)。無人機開機后，自檢起飛前的狀態(tài)，回傳給智能控制系統(tǒng)，通過綜合分析智能停機坪與無人機平臺回傳的信息，對飛行作業(yè)安全進行評定。

圖3 高清攝像機。

圖4 喊話器與探照燈。

集群協(xié)同作業(yè)

對智能無人機分布進行科學合理的規(guī)劃設計，采用網絡集群控制技術，操控人員可同時控制多架無人機作業(yè)，提升作業(yè)效率。為保障飛行安全，可以設置電子圍欄，限定每架無人機只能在自己的作業(yè)范圍內作業(yè)，遇到緊急情況可以解除電子圍欄，允許支援保障無人機進入作業(yè)區(qū)域。

圖5 無人機智能停機坪。

智能無人機在城市中的應用

目前中國各個城市都在加快智慧城市的建設步伐。例如，加快建設未來公交站、行人守護系統(tǒng)、智慧燈桿，開展無人車駕駛試點，構建智慧交通體系。智能無人機可服務于交通、路政、公安、消防等多個領域，可融入城市智慧管理指揮中心，政府的各部門，為打造智慧城市、安全城市貢獻力量。

在公安部門的應用

采用智能無人機系統(tǒng)與地面警力協(xié)同巡查，全面提升監(jiān)控力度與智能化管理水平，對院校、超市、地鐵站等人員流動性大的場所進行重點巡查，對可疑人員進行監(jiān)督排查，遇到城市突發(fā)事件時，發(fā)揮信息支撐作用，為事件處置提供高空視角影像。在學校、出入城路段的早晚高峰執(zhí)行路況巡查、事故偵查、違章取證等任務，從而實現(xiàn)天地一體、實時回傳、聯(lián)動處置的協(xié)同應用，提高巡查效率，加強巡查力度，確保道路安全、暢通。

在消防部門的應用

圖6 智能無人機分布規(guī)劃示意圖。

圖7 智能無人機應用系統(tǒng)。

對火災隱患進行排查，迅速定位火災的起火點位置，為火災處置提供空中視角支持，對火災引起的煙塵、風向進行預判，引導人員撤離，實時提供火情監(jiān)測、評估。在發(fā)生自然災害時，對受災地點進行空中拍攝分析，引導人群疏散撤離。

在路政部門的應用

利用無人機對道路進行巡檢，查看道路是否有損毀情況，對道路井蓋、隔離墩、隔離欄、車道劃線等道路關鍵部件進行提取分析，實施有效管理。定期對橋梁等重點設施進行巡檢，以保障設施安全。

在城管部門的應用

對小區(qū)與商鋪私搭亂建行為進行取證定位，對流動小商販進行喊話驅離，對影響城市美觀行為進行拍攝取證，記錄長期存在的城市管理亂象并進行預警，對違規(guī)、處在危險環(huán)境的人員進行取證或喊話提醒、驅離。

在生態(tài)環(huán)境部門的應用

定期開展空氣質量巡查，利用無人機高空航拍，查找可能存在的環(huán)境污染源并進行預警，配合環(huán)保部門執(zhí)法進行巡查，為執(zhí)法處置提供數(shù)據(jù)支持，并針對環(huán)保監(jiān)測的特殊性制定無人機長期巡查任務，即進行日間和夜間巡查。

隨著全國智慧城鎮(zhèn)建設的快速推進，以及互聯(lián)網、物聯(lián)網大數(shù)據(jù)時代的到來，新型智慧城市建設成為我國城市發(fā)展的努力方向,并逐步利用智能化裝備開展人、財、物、事的高效精細化管理。在此背景下研究智能無人機系統(tǒng)在智慧城市建設中的應用,對推動智慧城市建設進入縱深發(fā)展階段具有重要意義?！?/p>