李 鵬，劉中海，肖 莉，張國(guó)玉，楚中會(huì)，楊傳甲

（1.新疆冠農(nóng)果茸股份有限公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2.新疆匯錦物流有限公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

倉(cāng)儲(chǔ)物流產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，正在全球范圍內(nèi)推廣開(kāi)來(lái)。棉花作為一種相當(dāng)特殊的商品，在倉(cāng)儲(chǔ)管理的過(guò)程中具備易燃、阻燃、自燃三種特性，為倉(cāng)儲(chǔ)管理帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。我國(guó)棉花產(chǎn)量居世界首位，而新疆產(chǎn)棉量約占我國(guó)棉產(chǎn)量的50%，因原棉色澤好，“三絲”含量相對(duì)于其他棉區(qū)低，國(guó)內(nèi)主要使用新疆棉。巴州既是新疆最重要的產(chǎn)棉基地，也是國(guó)家優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)絨棉生產(chǎn)基地，做好棉花倉(cāng)儲(chǔ)的消防安全工作尤為重要。由于棉花倉(cāng)儲(chǔ)受倉(cāng)儲(chǔ)堆場(chǎng)等場(chǎng)所占地面積大，堆垛數(shù)量多，室外溫度、濕度、空氣等多種因素影響，企業(yè)消防安全設(shè)施不完善，加之人防技防措施不到位，火災(zāi)發(fā)現(xiàn)晚，報(bào)警遲導(dǎo)致貽誤最佳滅火時(shí)機(jī)往往造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以及早發(fā)現(xiàn)火情，有效控制和撲救棉花倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)所火災(zāi)成為確保其安全的重要措施。本公司通過(guò)引入大華DH-UAV-X820四旋翼智能無(wú)人機(jī)巡航系統(tǒng)，加強(qiáng)技防措施，增強(qiáng)消防體系，降低棉花倉(cāng)儲(chǔ)的火災(zāi)發(fā)生率，促進(jìn)棉花倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)的健康發(fā)展。

1.智能無(wú)人機(jī)巡航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控或自備程序控制的一種自帶動(dòng)力、可遠(yuǎn)程遙控和GPS定位導(dǎo)航自主飛行的飛行器，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)由飛行平臺(tái)、飛機(jī)負(fù)載和地面站三大部分組成。其中，飛行平臺(tái)主要是無(wú)人機(jī)機(jī)架部分，包括導(dǎo)航、飛控、動(dòng)力、電源等；飛機(jī)負(fù)載由云臺(tái)和相機(jī)組成，相機(jī)可選擇可見(jiàn)光或熱成像相機(jī)，并預(yù)留多種接口；地面站系統(tǒng)有一體化遙控器和地面站組成，主要用于對(duì)無(wú)人機(jī)的控制。

圖1

飛行平臺(tái)主要由以下各模塊組成：導(dǎo)航模塊可以定位無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)位置，設(shè)計(jì)使用GPS模塊；飛控是無(wú)人機(jī)的飛行管理與核心控制系統(tǒng)，基本任務(wù)是當(dāng)無(wú)人機(jī)在空中飛行受到干擾時(shí)保持飛機(jī)姿態(tài)與航跡的穩(wěn)定，以及按地面無(wú)線傳輸指令的要求，改變飛機(jī)姿態(tài)與航跡，并完成導(dǎo)航計(jì)算、遙測(cè)數(shù)據(jù)傳送、任務(wù)控制與管理等。動(dòng)力系統(tǒng)中電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳可為無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)改變四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以控制無(wú)人機(jī)進(jìn)行前后、左右、升降以及旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作。電源模塊可以為無(wú)人機(jī)飛行、云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)控制，以及數(shù)據(jù)傳輸模塊等提供能源保障。圖傳和數(shù)傳是無(wú)人機(jī)與地面站建立通訊的傳輸通道，用于傳輸視頻數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)。飛機(jī)負(fù)載的云臺(tái)設(shè)計(jì)為三軸增穩(wěn)云臺(tái)，支持俯仰、平移、橫滾3個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)，內(nèi)置姿態(tài)傳感器和圖像穩(wěn)定系統(tǒng)，不管是無(wú)人機(jī)本身的抖動(dòng)還是俯仰、橫滾時(shí)，云臺(tái)都能夠保持穩(wěn)定，進(jìn)而保證相機(jī)圖像的質(zhì)量。云臺(tái)設(shè)計(jì)為可拆卸，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境需要選擇可見(jiàn)光或熱成像的攝像機(jī)，或者其他掛載。云臺(tái)相機(jī)內(nèi)置MicroSD卡槽，以保障圖傳鏈路出現(xiàn)故障時(shí)仍能不間斷進(jìn)行錄像。地面站系統(tǒng)由一體化遙控器和地面站組成，一體化遙控器內(nèi)置7寸電容式觸摸屏，不僅可以顯示無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)飛行數(shù)據(jù)，也可以在地圖模式下顯示無(wú)人機(jī)的位置，或者顯示云臺(tái)相機(jī)的實(shí)時(shí)圖像。并且可以和傳統(tǒng)地面站一樣設(shè)置航點(diǎn)、規(guī)劃航行線路等。地面站可以將無(wú)人機(jī)的圖像和相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛婧笈_(tái)管理中心，以便指揮人員了解情況進(jìn)行決策。

2.智能無(wú)人機(jī)巡航系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)

圖2

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)主要是采用無(wú)線傳輸接收或發(fā)射數(shù)據(jù)，將無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)飛行數(shù)據(jù)及云臺(tái)相機(jī)的圖像視頻信號(hào)通過(guò)無(wú)線圖傳技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嬲?，完成航向、航線等遠(yuǎn)程遙控。遙控通道主要用于一體式遙控器手動(dòng)操控?zé)o人機(jī)。一體式遙控器集遙控顯示功能于一體，既可以直接進(jìn)行手動(dòng)操控，并在7寸觸摸屏上查看云臺(tái)攝像機(jī)圖像；也可以設(shè)置飛行線路和飛行任務(wù)等。指揮中心作為無(wú)人機(jī)的管理終端，可以將無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)圖像及數(shù)據(jù)通過(guò)大屏電視墻或者客戶端電腦直觀地顯示，以便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行指導(dǎo)和指揮，同時(shí)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)儲(chǔ)存，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期的數(shù)據(jù)追溯提供依據(jù)。

3.智能無(wú)人機(jī)分類及特點(diǎn)

無(wú)人機(jī)根據(jù)能源驅(qū)動(dòng)方式可以分為兩種：一種是電能驅(qū)動(dòng)，無(wú)人機(jī)內(nèi)置鋰電池，以鋰電池為驅(qū)動(dòng)能源進(jìn)行工作，通常發(fā)生故障時(shí)自身不會(huì)成為另外的著火源，適用于森林消防巡查、棉花倉(cāng)儲(chǔ)等；弊端是鋰電池續(xù)航時(shí)間短，作業(yè)半徑有限，無(wú)人機(jī)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間或較長(zhǎng)距離的作業(yè)。第二種是油動(dòng)，采用柴油或者汽油作為能源，優(yōu)點(diǎn)是其持續(xù)工作能力強(qiáng)，作業(yè)半徑廣，但缺點(diǎn)是一旦出現(xiàn)故障造成墜機(jī)，會(huì)引發(fā)新的火災(zāi)，加大火災(zāi)形勢(shì)，造成更大的損失，需謹(jǐn)慎選擇使用場(chǎng)合。

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)綜合了無(wú)人機(jī)和遙感技術(shù)的特點(diǎn)，可以自動(dòng)快速獲取物流區(qū)域儲(chǔ)存信息。無(wú)人機(jī)搭載的攝像裝備其影像分辨率達(dá)到厘米級(jí)別，可實(shí)現(xiàn)高空間，大面積巡檢，也可實(shí)現(xiàn)低空間較小范圍精確監(jiān)測(cè)。通過(guò)多光譜分析，得到大面積測(cè)區(qū)的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)采集和處理能力是人工檢測(cè)采集的數(shù)十倍。同時(shí)利用機(jī)載熱成像可以對(duì)園區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)熱源檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，可實(shí)時(shí)發(fā)送提示報(bào)警信息。

4.無(wú)人機(jī)在棉花倉(cāng)儲(chǔ)巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用

因棉花倉(cāng)儲(chǔ)物流園區(qū)占地面積較為特殊，東西方向長(zhǎng)約2400米，最寬處約600米，以往采用人工巡檢的方法，巡視一周需要一個(gè)小半時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)漏巡、巡查不到位現(xiàn)象，且棉花堆垛普遍堆放較高，巡視人員看不到垛頂狀況，存在巡視死角，而且人工巡檢對(duì)巡檢人員責(zé)任心要求較高，可控性復(fù)雜。通過(guò)新增無(wú)人機(jī)巡查系統(tǒng)，由監(jiān)控中心一鍵操作，實(shí)現(xiàn)由無(wú)人機(jī)自動(dòng)化巡檢巡視，實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)信息化管理，巡檢效率提高，巡視全面，且巡視一周只需要半個(gè)小時(shí)，進(jìn)一步提升棉花倉(cāng)儲(chǔ)物流日常維護(hù)管理精細(xì)化管理水平。且采用人防+技防相結(jié)合的方式，極大地提高了棉花倉(cāng)儲(chǔ)的安全管控，降低火災(zāi)發(fā)生率。

圖3

通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的熱成像攝像機(jī)，在控制系統(tǒng)設(shè)定溫度報(bào)警，當(dāng)溫度大于夏季30℃（冬季20℃）自動(dòng)報(bào)警，操作人員能夠第一時(shí)間接受報(bào)警信息，對(duì)溫度異常點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)檢查，同時(shí)及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)管理人員趕赴溫度異常點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。紅外熱成像技術(shù)不受惡劣天氣的影響，無(wú)論大霧還是夜晚都可以正常工作。通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載紅外技術(shù)，可以使施工現(xiàn)場(chǎng)的安全檢查更加智能，適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，節(jié)約人工檢測(cè)成本，消除安全隱患。

圖4

通過(guò)無(wú)人機(jī)巡檢操作系統(tǒng)對(duì)巡查任務(wù)進(jìn)行設(shè)定，可固化巡查航線，操作人員將無(wú)人機(jī)放置到指定起降位置，在初次設(shè)定巡航路線后，通過(guò)無(wú)人機(jī)攜帶的GPS導(dǎo)航模塊將路線坐標(biāo)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)保存，設(shè)定巡航周期，監(jiān)控中心人員一鍵式啟動(dòng)無(wú)人機(jī)后，無(wú)人機(jī)按照系統(tǒng)設(shè)定的路線進(jìn)行自動(dòng)化巡檢，巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常會(huì)及時(shí)在控制終端報(bào)警，由監(jiān)控人員確認(rèn)及時(shí)進(jìn)行處理，巡查結(jié)束后返回指定位置后自動(dòng)將巡檢數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，形成巡查報(bào)告保存至存儲(chǔ)期內(nèi)。

無(wú)人機(jī)還具備自動(dòng)躲避障礙物功能，棉花倉(cāng)儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)布置有大量的避雷設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備，高度超過(guò)30米，無(wú)人機(jī)在設(shè)置了自動(dòng)巡航后，巡航高度固定，正常設(shè)定為15米，當(dāng)無(wú)人機(jī)在巡檢時(shí)當(dāng)遇到障礙物時(shí)，自動(dòng)避障系統(tǒng)能夠及時(shí)地避開(kāi)飛行路徑中的障礙物，繼續(xù)進(jìn)行巡視工作，保障無(wú)人機(jī)自身安全的同時(shí)減少人員操作的工作強(qiáng)度。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及其在消防行業(yè)良好的應(yīng)用效果，為倉(cāng)儲(chǔ)物流行業(yè)消防防控工作提供基礎(chǔ)與保障，通過(guò)無(wú)人機(jī)在棉花倉(cāng)儲(chǔ)巡檢中進(jìn)行高空偵查、信息的收集和傳遞、指揮調(diào)度等，突破了傳統(tǒng)的人員巡查的局限性，降低人員工作強(qiáng)度，提高倉(cāng)儲(chǔ)物流消防管控的安全等級(jí)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)前期火災(zāi)，減少財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡。