李 渤

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 伊犁 830000)

當(dāng)前，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域不斷深度融合，帶來了生產(chǎn)力又一次質(zhì)的飛躍。在信息革命浪潮下，誰掌握了發(fā)展先機(jī)，誰就有可能贏得未來發(fā)展主動。準(zhǔn)確把握技術(shù)發(fā)展趨勢，充分利用新一代信息技術(shù)驅(qū)動水利改革發(fā)展，不僅是貫徹落實(shí)黨的十九大精神推進(jìn)國家水治理體系和治理能力現(xiàn)代化的必由之路，也是搶抓信息化發(fā)展機(jī)遇、應(yīng)對水利主要矛盾變化、補(bǔ)齊水利信息化短板、有效支撐水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管的有效途徑。當(dāng)前我國治水的主要矛盾已經(jīng)從人民對除水害興水利的需求與水利工程能力不足之間的矛盾，轉(zhuǎn)化為人民對水資源水生態(tài)水環(huán)境的需求與水利行業(yè)監(jiān)管能力不足之間的矛盾。強(qiáng)大的信息系統(tǒng)是水利監(jiān)管的重要支撐。利用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行河道巡查，拍攝河道流域視頻和重點(diǎn)區(qū)域照片，根據(jù)河道管理范圍提取疑似違建信息，實(shí)現(xiàn)河道違建信息化管理，為河道的管理提供宏觀輔助決策支持。建設(shè)穩(wěn)定良好的巡河無人機(jī)平臺，是推動河道信息化管理的關(guān)鍵一環(huán)。

1 無人機(jī)巡河云平臺發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 行業(yè)痛點(diǎn)

隨著工業(yè)級無人機(jī)的廣泛應(yīng)用，使用無人機(jī)在長距離巡線業(yè)務(wù)中替代傳統(tǒng)的人工巡線或消費(fèi)級無人機(jī)的短距分段巡線逐漸被企業(yè)認(rèn)同和接受。但由于目前已有的專用測控?cái)?shù)據(jù)鏈的數(shù)傳和圖傳距離無法支撐工業(yè)級無人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境(如山區(qū))中進(jìn)行超遠(yuǎn)距離飛行(大于100km)，因此工業(yè)級無人機(jī)無法執(zhí)行長距離巡檢任務(wù)。

無人機(jī)飛行后會產(chǎn)生大量的飛行數(shù)據(jù)，包括遙測數(shù)據(jù)、載荷數(shù)據(jù)。行業(yè)應(yīng)用的不同對數(shù)據(jù)的處理要求也不同，有實(shí)時處理需求也有離線非實(shí)時處理需求，但行業(yè)內(nèi)缺少統(tǒng)一的無人機(jī)數(shù)據(jù)的專業(yè)存儲以及專業(yè)的離線與在線的數(shù)據(jù)處理工具。

目前市場上無人機(jī)的實(shí)時圖傳方案有2類明顯的較大短板，第一類短板是無法支撐無人機(jī)飛行高度超過500m的巡檢飛行，另一類短板是無法滿足高清圖傳實(shí)時全網(wǎng)分發(fā)的需求，這2類短板都極大影響了實(shí)時圖傳方案的業(yè)務(wù)時效性和特殊業(yè)務(wù)場景的飛行支撐。

1.2 云平臺特點(diǎn)

依托運(yùn)行商基站網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)，打破無人機(jī)應(yīng)用傳輸限制，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)長距離測控雙向?qū)崟r傳輸，降低無人機(jī)應(yīng)用成本，提升飛行效率?；谙冗M(jìn)無人機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，平臺集成無人機(jī)飛行全流程服務(wù)、智能數(shù)據(jù)處理、應(yīng)急指揮分發(fā)整體解決方案，為工業(yè)級無人機(jī)用戶、制造廠商、載荷生產(chǎn)廠商、數(shù)據(jù)處理服務(wù)商等相關(guān)企業(yè)，打造無人機(jī)互聯(lián)網(wǎng)云生態(tài)。利用互聯(lián)網(wǎng)平臺化技術(shù)，打造無人機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時回傳、處理、存儲和全網(wǎng)全端分發(fā)，通過對飛行數(shù)據(jù)的實(shí)時分析來保障無人機(jī)的飛行安全。

2 無人機(jī)巡河云平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 無人機(jī)云平臺系統(tǒng)組成

無人機(jī)云平臺由測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、服務(wù)處理系統(tǒng)、ArcGIS地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)、用戶控制臺系統(tǒng)、運(yùn)營管理系統(tǒng)、移動客戶端、PC客戶端、代理客戶端共計(jì)8大系統(tǒng)模塊與3個客戶端共同組成。

根據(jù)民航主管部門《無人機(jī)圍欄》與《無人機(jī)云系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)規(guī)范》要求，所有無人機(jī)云服務(wù)提供商必須實(shí)時上報(bào)云平臺無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)，因此工業(yè)級無人機(jī)的云平臺提供商必須統(tǒng)一平臺無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)上報(bào)接口，所有云平臺上的飛行數(shù)據(jù)全部匯總到上層管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行對接上報(bào)。

2.2 無人機(jī)云平臺核心服務(wù)和應(yīng)有場景

2.2.1核心服務(wù)

通過工業(yè)級無人機(jī)的一站式服務(wù)，提供無人機(jī)飛控與載荷適配、專屬測控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化、遙測與載荷數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸、專業(yè)的管控平臺可以對飛行任務(wù)、無人機(jī)、飛手、數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行監(jiān)控。支持長距離網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，采用LTE-TDD/FDD網(wǎng)絡(luò)制式提供專屬優(yōu)化的高速通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)1080P高清視頻實(shí)傳直播分發(fā)。建全的圖像數(shù)據(jù)分析服務(wù)，支持視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時處理(如管線疊加、視場解算、高后果區(qū)、變化檢測、目標(biāo)檢測)、數(shù)據(jù)存儲。支持遙測和視頻數(shù)據(jù)的點(diǎn)播、直播、外部數(shù)據(jù)分發(fā)、超高告警、超低飛行告警、偏航告警等。

2.2.2應(yīng)用場景

利用高度智能化的無人機(jī)整體解決方案，面向水利河道巡查等方面，提供從長距離、高精度數(shù)據(jù)采集到無人化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)傳，再到智能數(shù)據(jù)處理與應(yīng)急指揮分發(fā)的全流程解決方案。

2.3 無人機(jī)云平臺系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.3.1系統(tǒng)架構(gòu)

無人機(jī)云平臺系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)共分10個邏輯層級，包括應(yīng)用訪問層、行業(yè)服務(wù)層、增值服務(wù)層、基礎(chǔ)服務(wù)層、數(shù)據(jù)接口層、數(shù)據(jù)處理層、基礎(chǔ)系統(tǒng)層、基礎(chǔ)管理層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層和運(yùn)營支撐層。具體分層與層級內(nèi)的功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.3.2功能設(shè)計(jì)

根據(jù)無人機(jī)云平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)10個邏輯層級，將所有功能分解至3大平臺中，即用戶控制平臺、運(yùn)營管理平臺和測控?cái)?shù)據(jù)平臺。

圖1 無人機(jī)云平臺系統(tǒng)架構(gòu)

2.3.3用戶控制臺平臺功能

用戶控制臺平臺是租戶的個人數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)、飛行任務(wù)配置管理的操作平臺，具體功能設(shè)計(jì)如下。

帳號概覽：包括查看7d的遙測、視頻存儲空間折線圖，查近7d普通用戶、飛手用戶數(shù)變化柱狀圖，遙測、視頻存儲空間，普通、飛手用戶數(shù)，點(diǎn)擊“詳情”查看具體項(xiàng)目中空間和人員的分配情況。查看項(xiàng)目狀態(tài)，顯示審核中、已通過、已過期的項(xiàng)目數(shù)量。

賬號管理：包括租戶的基本信息、實(shí)名認(rèn)證等信息。

項(xiàng)目管理：包括項(xiàng)目名稱，以及此項(xiàng)目有效期，遙測、視頻空間使用情況柱狀圖，普通、飛手用戶數(shù)，是否開通增值服務(wù)，及開通的增值服務(wù)有效期。添加項(xiàng)目包括輸入項(xiàng)目名稱、單次飛行時長、計(jì)劃飛行頻率、起點(diǎn)、終點(diǎn)、航線管理、空域管理、航線設(shè)置、任務(wù)計(jì)算機(jī)管理、人員管理、無人機(jī)管理、基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)置、增值服務(wù)設(shè)置、定制服務(wù)等配置管理。

任務(wù)管理：包括計(jì)劃航線設(shè)置、臨時航線設(shè)置、飛手選擇、載荷設(shè)置、數(shù)據(jù)管理配置。

人員管理：包括項(xiàng)目管理員管理、項(xiàng)目用戶的增、刪、改的設(shè)置以及其他基礎(chǔ)配置。

設(shè)備管理：包括無人機(jī)的增、刪、改，任務(wù)計(jì)算機(jī)的增、刪、改，無人機(jī)、任務(wù)計(jì)算機(jī)與項(xiàng)目的綁定、解綁等。

授權(quán)管理：包括項(xiàng)目授權(quán)、企業(yè)授權(quán)，可自己設(shè)置租戶或項(xiàng)目下的數(shù)據(jù)訪問授權(quán)。

API管理：包括為租戶或項(xiàng)目用戶提供Java API對外數(shù)據(jù)接口。

2.3.4運(yùn)營管理平臺功能

運(yùn)營管理平臺支撐云平臺的后臺整體運(yùn)行，包括運(yùn)營管理系統(tǒng)、運(yùn)維系統(tǒng)、發(fā)布系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，4大功能模塊。具體功能如下。

租戶管理：包括實(shí)名認(rèn)證、租戶列表、人員管理。

設(shè)備管理：包括任務(wù)計(jì)算機(jī)管理、無人機(jī)管理、載荷方案管理、升級管理。

項(xiàng)目管理：包括審核管理、項(xiàng)目列表、項(xiàng)目設(shè)置、任務(wù)管理、定制服務(wù)管理，如需求處理等。

計(jì)費(fèi)管理：包括測控、用戶、存儲等計(jì)費(fèi)的設(shè)置管理。

服務(wù)管理：包括充值管理、退款管理、發(fā)票管理、消費(fèi)管理、訂單管理。

消息管理：包括消息發(fā)送、消息模板管理、告警消息。

發(fā)布管理：包括云平臺官網(wǎng)所有發(fā)布信息的管理。

運(yùn)營數(shù)據(jù)：包括用戶統(tǒng)計(jì)、收入統(tǒng)計(jì)、訂單統(tǒng)計(jì)。

管控管理：包括管控列表、管控告警、管控?cái)?shù)據(jù)管理。

權(quán)限管理：包括角色權(quán)限模管理、帳號管理。

系統(tǒng)管理：包括多種服務(wù)器角色的添加、刪除管理以及數(shù)據(jù)同步的管理。

升級管理：包括移動客戶端、PC客戶端的版本變更發(fā)布。

2.3.5測控?cái)?shù)據(jù)平臺功能

測控?cái)?shù)據(jù)平臺由測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)5大系統(tǒng)共同組成。測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)責(zé)測控操作的中繼以及地面站代理的接入、調(diào)度等。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)遙測與視頻數(shù)據(jù)的接收、傳輸、編目、編碼、轉(zhuǎn)碼等預(yù)置處理等。服務(wù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)集成各種數(shù)據(jù)處理算法，如目標(biāo)跟蹤、變化檢測、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)疊加等。數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)負(fù)責(zé)遙測和視頻的實(shí)時分發(fā)和非實(shí)時的分發(fā)，以及對外數(shù)據(jù)傳輸和上報(bào)數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)負(fù)責(zé)遙測與視頻數(shù)據(jù)以及圖像的接收、傳輸和存儲。

2.3.6數(shù)據(jù)上報(bào)設(shè)計(jì)

無人機(jī)云平臺數(shù)據(jù)在保證系統(tǒng)具備獨(dú)立運(yùn)行能力的前提下，將在云平臺上存儲遙測、視頻數(shù)據(jù)。另外，為保證統(tǒng)一數(shù)據(jù)驗(yàn)證與上報(bào)接口，對于無人機(jī)實(shí)名認(rèn)證驗(yàn)證、無人機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)上報(bào)，將經(jīng)過無人機(jī)云平臺進(jìn)行實(shí)時上報(bào)。

在無人機(jī)云平臺上創(chuàng)建飛行任務(wù)后，當(dāng)飛手開始執(zhí)行飛行任務(wù)時，由云平臺的上報(bào)接口向上層管理機(jī)構(gòu)上報(bào)飛行任務(wù)信息數(shù)據(jù)，包括任務(wù)名稱、執(zhí)行時間、飛手、載荷方案、計(jì)劃航線、項(xiàng)目信息、租戶信息、無人機(jī)信息、任務(wù)計(jì)算機(jī)信息、遙測地址、視頻地址等信息。無人機(jī)任務(wù)執(zhí)行過程中，所有實(shí)時遙測與視頻數(shù)據(jù)全部發(fā)送至云平臺，并由云平臺實(shí)時同步遙測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)送至民航主管部門機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)上報(bào)接口，完成數(shù)據(jù)上報(bào)流程。云平臺數(shù)據(jù)上報(bào)如圖2所示。

圖2 云平臺數(shù)據(jù)上報(bào)示意圖

3 結(jié)語

無人機(jī)巡河作為一種輔助傳統(tǒng)巡查和數(shù)字化建設(shè)的新型巡查手段，其特點(diǎn)和優(yōu)勢符合未來河道精細(xì)化管理需求。建設(shè)好高效安全巡河云平臺，合理的運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行河道巡查，在提高水利工作科技含量的同時，可以減少河道日常巡查的交通成本、勞動強(qiáng)度、時間成本，提高工作效率。目前無人機(jī)巡河將成為河道日常管理的新發(fā)展方向，具有很好的發(fā)展前景。