基於系留無人機的信息採集與應急通信系統

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基於系留無人機的信息採集與應急通信系統我國災害多發，當災害發生後，傳統的通信系統幾乎無法通信，處於癱瘓的狀態，受災地區的群眾與外界聯繫被中斷，因此急需要一種在緊急情況下的通信網絡來解決這些問題。

針對這一現狀，本項目設計了基於系留無人機的應急通信系統，此系統將通信技術與無人機技術結合起來，在災情發生時，可以彌補原有通信系統坍塌的缺點，可不藉助原有的通信設施，獨立進行應用，並可突破巨大障礙的限制，在任何地點靈活地進行組網，獲取災後第一手資料，對於災後的救援有着極大的意義。

內容

研究主要完成基於系留無人機的應急通信系統的功能設計、硬件設計、軟件設計及機械設計等，整個設計方案主要如圖1。

該產品能實現無人機的平穩懸停、建立覆蓋面較大的私有通信網絡、系留技術應用于飛行器供電，聲音信息和圖像信息進行編碼和解碼的功能，為了能夠實現設計所需要的功能，需要研究以下的內容：

（一）相關傳感器技術（用於採集氣壓、溫度、圖像、聲音等）；

（二）嵌入式技術，以及STM32單片機處理技術與K60單片機處理技術（用於操作主機和從機之間的信息採集以及交互）；

（三） 系留技術（用於對整個飛行器網絡進行供電）；

（四） 圖像聲音混合編碼解碼技術（用於對收發圖像進行實現）。

二、技術方案與指標

（包括：問題分析、技術方案、創新設計、關鍵技術、技術指標、實施計劃、應用場景等）

問題分析

近年來，我國各種災害在各地頻繁出現，特別是類似地震這種影響範圍大的自然災害，更是給人們帶來了沉重的打擊。就近來看，2008年的汶地震，2010年的青海玉樹地震，2013年的四川蘆山地震，2014年的新疆于田地震，無一不給我國造成了嚴重的打擊。在災害發生後，交通設施遭到嚴重破壞，無法離開災區，並且受災地區的所有通信網絡處於癱瘓的狀態，受災地區的人們與外界聯繫被中斷，受災區的群眾無法將受災情況以及人員損傷情況第一時間傳至救援中心，這對災後的救援是有着重大的影響，目前使用最多的是有媒介的有線通信以及不需要依靠媒介的無線通信。雖然有線通信覆蓋面廣、延時時間短、通信容量大、傳輸更加穩定，但是有線網絡對於自然災害的承受能力有限，自然災害發生時容易對有線網絡的基礎設施造成不可逆的破壞，且修復較為緩慢；無線通信時依靠無線傳輸形式傳輸信息，無線通信的頻段比較寬，通信通兩大，使用較為靈活，但是需要建設基站來進行無線數據的收發，而破壞性的自然災害容易對於無線通信的基站等造成嚴重的破壞，移動的基站因為被災害破壞的原因，無法及時抵達目標地點，所以無線通信在自然災害後的網絡的建立也是有着比較大的弊端。所以需要設計一款在緊急自然情況發生時可以迅速的建立起通信網絡系統更加具有研發的意義。

技術方案

基於系留無人機的應急通信系統是對相關傳感器技術，嵌入式技術，系留技術，圖像編碼解碼技術與聲音編碼解碼技術的融合應用。系統主要包括了多個飛行器、多個地面基站、系留裝置以及可移動供電設備。

該系統由地面採集終端節點、地面基站、系留無人機中繼節點、供電裝置等部分組成。地面採集終端，使用激光雷達避障小車搭載採集裝置，運用攝像頭及傳感器採集現場環境參數、語音、圖像信息，並發送給基站；地面基站以 K60 作為處理芯片，並為打包發送提供接口，將信息傳至飛行器上搭載的電台；系留無人機中繼節點主控採用 STM32 芯片，實現自身的姿態調整和飛行，在飛行器上搭載電台，實現對信息的中轉目的；供電裝置以地面高壓系統為電源，採用專業級輕型大容量高強度線纜傳輸電量，從地面高壓電源處給無人機長期供電，使得飛行器在續航能力上有大幅度提高，若發生緊急情況，系留系統無法供電時，採用飛行器上的備用電池供電。

創新技術

（1） 靈活組網快速靈活可以根據災區受災面積，靈活的增減無人機中轉節點。

（2） 超長續航自適應繞線，不間斷供電。

（3） 可視化採集災區信息，打包發送接收端，語音圖像實時採集。

（4） 可超大範圍、遠距離傳輸。