无人机系统建设方案初稿李仁伟0921.docx
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无人机系统建设方案初稿李仁伟0921
监管场所无人机系统
建设方案
北京创羿兴晟科技发展有限公司
2018.9
一、概述
1.1、背景
无人机产业发展至今,已经成长为了一个完整的体系,在这个体系之下,无人机从功能上细分到了各个领域,除了航拍、植保等功用之外,无人机也在勘察、安检等领域拥有不错的发挥,其中安全巡逻无人机已经成为无人机市场中的一匹迅速崛起的黑马,并且还在不断地快速成长。
运用高科技手段对监狱工作提供技术支持已刻不容缓。
作为高度戒备监狱,监狱押犯规模大、在押罪犯刑期长、犯群结构复杂,为积极整合资源、推动高新技术应用、完善综合保障机制、增强突发事件应对能力。
无人机可完成包括巡航、实时监控、取证拍摄等一体化飞行及监控任务,并能将高清视频或高像素照片实时传输到执法终端。
今后,它不仅会用于监管设施及周边区域的隐患排查,维护监管安全,为监狱指挥中心作出实时部署提供第一手资料;它还对开展隐蔽督察、视频督察、掌握狱情灾情和处置突发事件发挥重要作用。
1.2、应用
无人机系统在监管场所中的应用主要体现在如下几个方面:
一)、日常巡查
旋翼无人机具有大航程和长滞空时间的优势,适用于监管场所进行日常的例行自动飞行巡查。
日常巡查是利用无人机沿固定巡逻航线执行,可挂载可见光电视吊舱实时监控园区及周边的所有状况,通过数据链将视频实时回传至监控中心。
指挥中心值守人员通过大屏图像即可观察监管场所内的服刑人员情况。
无人机的自动化和大航程优势,可以大大提升巡查频率,减少巡查漏洞和空白期。
换装红外热成像吊舱后,可执行夜间巡查任务,真正做到可全天候执勤,而且能实时发现人体人员,大大避免人员逃脱等安全事故的发生。
二)、应急指挥
1)在监管场所重大活动或发生突发事件时,无人机可提供“上帝视角”,通过实时图像回传、组织协调、指挥现场突发事件。
当无人机进行实时图像传输时,可全面的了解警情及危险区域和人员,能做到全局把控,做出有效判断,合理部署突发方案及分配安保资源。
2)通过扩音器,远距离有效,下达指令。
突发事件现场比较混乱,所以很难有效、快速的进行安保行动,最终会导致行动难以展开,造成不良后果。
但是如果在无人机上安装扩音器,就可以实施远距离的通信,下达指令。
1.3、方案依据标准规范
GJB2347-1995《无人机通用规范》
GJB3060-1997《无人机电气系统通过规范》
GJB5433-2005《无人机系统通用要求》
GJB5201-2003《无人机飞行控制与管理系统通用规范》
GJB5434-2005《无人机系统飞行实验通用要求》
GJB5435-2005《无人机强度和刚度规范》
GJB1389系统电磁兼容性要求
GJB150.1A-2009军用装备实验室环境试验方法
GJB17军用装备电磁兼容性管理指南
GJB4108-2000军用小型无人机系统部队试验规程
二、系统介绍
2.1、系统功能
根据前述监管场所的特殊情况分析,一套完善的无人机系统应包含如下组成部分和功能:
1)、无人机综合管控平台。
包括省级、市级、县级等分级管控功能,综合管理下辖无人机飞行任务,记录飞行日志及可管控执行任务。
2)、航拍功能。
通过挂载可见光及非可见光镜头,实现全天候航拍功能,为人员突发警情状况提供全方位资料,视频信号可实时回传至指挥中心或前进指挥部。
3)、自动巡航功能。
通过地面站规划航线后,无人机可沿设定航线自动巡航,航拍监管区域,及时掌握实时动态。
4)、喊话功能。
在无人机上挂载喊话模块,可对地面进行空中喊话,包括录播及实时功能,对违法目标进行警告和威慑。
5)、热成像功能。
在无人机上挂热成像设备,可实现夜间巡视监控。
保证监管场所7*24小时不间断监控。
6)、照明功能。
无人机挂载照明设备后,可在夜晚对警情现场提供照明,方便搜寻危险目标及疏导人群导视等。
7)、物品抛投功能。
加挂抛投组建后,在突发行动中,可将瓦斯、催泪弹、闪光弹、烟雾弹等定点精准抛投至违法人员地点,为镇压违法犯罪人员提供更多时间。
2.2、功能及产品介绍
2.2.1、六旋翼无人机主机
基于六旋翼的无人机飞行平台搭载不同的任务载荷实现不同的任务功能,飞行时间长、载重量大、抗风性好、防雨全天候设计,是该飞行器最大的特点。
CY-X6L六旋翼无人机外观
CY-X6M六旋翼无人机外观
2.2.1.1、概述
CY-X6系列无人机是本公司自主研发设计的一款专业级多旋翼飞行器,具有卓越的动力冗余特性,抗风特性,可适应高海拔地区地区工作。
CY-X6具有超过65分钟的超长续航时间,适用于长时间航拍侦测;可设定飞行器自动巡航路线,自动飞行、自动降落,智能巡航,亦可指点飞行,所指即所飞;高度模块化设计,采用插拔式快拆结构,整机可收纳在航空箱内,运输便携方便。
该飞行器机身采用先进的航空复合碳纤维材料。
整机设计符合空气动力学原理,螺旋桨气动效率极高,具有作业安全、稳定可靠、高效节能、维护方便等特点;
监狱巡查监控任务载荷上安装专利技术设计的自动稳定智能云台和独特结构的增稳减震器,提供高质量、稳定的视频拍摄画面,支持拍摄图像实时回传地面站,第一时间获取现场状况。
Ø配套安装白昼/夜视双模摄像机,对目标区域进行巡逻侦察;
Ø配套安装热红外成像摄像机,对目标区域进行巡逻侦察,发现热源自动警告;
监狱巡查监控任务载荷上可安装红蓝警用闪灯表明身份,并搭载高音量扬声器/强光照明灯对违法目标进行警告和威慑;
2.2.1.2、特性
系统特性:
✧全碳纤维机身,刚性好,重量轻碳纤维湿法成型技术,一体成型工艺。
✧气动布局合理,结构轻,强度高。
✧先进控制系统,支持全自主飞行,飞行稳定,任务精度高。
✧动力强劲,续航时间长、控制距离远,支持多种任务载荷,满足各种行业需求。
✧支持失控返航,断桨保护,具有较好的抗雨雪能力,抗7级风(14米/秒风速)
✧卓越的动力冗余,可在5000米高海拔处正常工作
✧地面站功能强大,可满足用户对各种视频和信号的实时采集和监控。
✧配合系留供电系统可以24小时连续滞空
飞行特性:
Ø垂直起降,不受场地限制
Ø传统遥控器手动精准控制
Ø一键起飞,一键降落,自动返航
Ø航线规划,自主飞行
Ø即点即到,指点飞行
Ø飞行数据实时监测
环境适应性:
适用高海拔5000米以上地区使用
环境温度低于-30°下可正常使用,
抗风能力不低于7级
平均无故障时间350小时
手持式接收机:
●手持式接收机专门为无人机图传系统设计,可安装在遥控器上,使得飞控手在操控飞行器的同时可以实时查看镜头视角,更加准确的追踪拍摄目标
易拆装特性:
该飞行器采用无工具快拆设计,无需工具即可完成机臂、脚架、云台、电池仓各部分的拆卸与安装
◆拆解组件安装在专业航空箱内以便保存与运输,并配有专业的减震隔离装置
2.2.1.3、特色功能说明
1)微型图传接收机功能
为了实时观测航拍图像,便于控制飞行器姿态,该系统特意配备了微型图传接收机,实时接收飞行器传回的高清图像。
微型图传接收机采用5英寸彩色显示屏,内置可持续工作2小时的高性能锂电池,具有HDMI输出接口,该接收机可安装在遥控控制器上,便于飞手操作时同步观看图像,相比传统的一人操作飞行器,一人观看航拍图像,节省了一个地面操作人员,既提高了人员效率,也避免了两人沟通中造成的操作失误。
2)空中航拍追踪
在特定空域内,可通过多旋翼飞行器进行定期巡航,发现可疑目标时,可通过手动操控实现对目标的跟踪航拍,同时航拍的画面实时传输至远端指挥中心和地面操控端。
2.2.1.4、技术参数
CY-X6无人机技术参数:
飞行器参数
整机展开最大尺寸
2360mm
电机轴距
1620mm
标准起飞重量
9.3Kg
最大起飞重量
19Kg
最大负载重量
10Kg
悬停时间
65min
最大抗风能力
14m/s
最大飞行速度
15m/s
相对飞行高度
2000m(平原)
最大工作海拔
5000m
GPS悬停精度
垂直方向:
±0.5m
水平方向:
±2m
遥控器最大控制距离
5Km
地面站最大控制距离
10Km
工作温度
-20°C至+50°C
包装尺寸
地面站及天线、电池配件包装尺寸
984*494*291mm
机臂包装内尺寸
1004*384*390mm
2.2.2、航拍摄像
无人机的航拍功能,主要通过挂载不同的摄像吊舱实现。
每一种摄像吊舱均包括摄像机、自稳云台、高清图传发射、防雨结构组成。
摄像吊舱分为可见光吊舱及热成像非可见光吊舱两大类,可见光吊舱包括广角镜头、10倍变焦镜头及30倍变焦镜头三种,另外还有一类配备可见光及热成像镜头的双光吊舱。
2.2.2.1、广角吊舱
高清广角摄像功能吊舱,内置云台、GoPro摄像机、高清图传发射机,总共重量不超过500g,摄像机可录制4K音视频,视场角大。
广角摄像吊舱
1)、主要特点
✧防尘防雨设计,全天候使用;
✧快拆设计,可方便安装拆卸云台;
✧俯仰和横滚两轴增稳;
✧高精度无刷电机直驱控制;
✧全铝合金制作;
✧独立IMU反馈控制;
✧轻量级重量;
✧镜头前端4K高清录像
2)、技术参数:
高清摄像
视频录制格式
H.264codec,.mp4
光圈
F2.8
动态影像
4K30,2.7K50,1440p80fps;1080p:
1920×1080;720pSuperView:
1280×720;720p:
1280×720
静态影像
5MP,宽视角,2592×1944屏幕分辨率
云台
工作电流
稳态电流:
<0.3A(@12V)
动态电流:
<0.6A(@12V)
输入电压
3S~6S(12V~26V)
角度控制精度
±0.1°
最大可控转速
横滚方向(ROLL):
±30°/s
俯仰方向(TILT):
±130°/s
可控转动范围
横滚方向(ROLL):
±39°
俯仰方向(TILT):
-130°~+50°
物理特性
工作环境温度
-20℃~60℃
工作环境湿度
20~80%
存储环境温度
-10℃~50℃
存储环境湿度
20~70%
重量
<280g
尺寸
138mm×119mm×82mm
防护等级
IP65
2.2.2.2、10倍变焦吊舱
10倍光学变焦摄像吊舱内含10倍光学变焦摄像机、自稳云台、高清图传发射机,总共重量不超过600g。
对于高空航拍不可接近的物体或场景时,可通过操作光学变焦摄像机镜头拉伸进行观察,更清晰、更高效的完成任务。
1)、主要特点
✧防尘防雨设计,全天候使用;
✧快拆设计,可方便安装拆卸云台;
✧俯仰和横滚两轴增稳;
✧高精度无刷电机直驱控制;
✧全铝合金制作;
✧独立IMU反馈控制;
✧轻量级重量;
✧10倍光学变焦镜头,清晰度高
10倍变焦吊舱设备图
2)、技术参数
高清摄像
传感器
1/2.5英寸,CMOS
像素
500万
视频输出格式
1920×1080p30
光圈
F1.8~F2.2
焦距
4.5mm~45mm
可视角度
5°~50°(水平)
最小照度
6Lux(F1.8/1920×1080)
功耗
<0.3W
云台
工作电流
稳态电流:
<0.3A(@12V)
动态电流:
<0.6A(@12V)
输入电压
3S~6S(12V~26V)
角度控制精度
±0.1°
最大可控转速
横滚方向(ROLL):
±30°/s
俯仰方向(TILT):
±130°/s
可控转动范围
横滚方向(ROLL):
±39°
俯仰方向(TILT):
-130°~+50°
物理特性
工作环境温度
-20℃~60℃
工作环境湿度
20~80%
存储环境温度
-10℃~50℃
存储环境湿度
20~70%
重量
<280g
尺寸
138mm×119mm×82mm
防护等级
IP65
2.2.2.3、30倍变焦吊舱
高清30倍光学变焦摄像功能吊舱,内置云台、30倍高清变焦摄像机、高清图传发射机,总重1500g,摄像机有效像素213万。
搭载长距离变焦镜头,能清楚准确锁定目标
技术参数:
30倍可见光高清摄像云台
云台及载荷质量
(含图传系统)
1500g
拍摄模式
静态图像、动态影像
镜头参数
F=4.3mm(wide)to129mm(tele)
图像传感器
1/2.8英寸typeExmorCMOS
水平视角(H)
63.7°(wideend)--2.3°(teleend)
系统同步
内同步
有效像素
213万像素
信噪比
大于50分贝
控制系统
VISCA(TTL电平)波特率:
9.6Kbs19.2Kbs
最低照度
彩色:
0.1113Lx黑白:
0.0008Lx
最佳成像照度
100Lx-10000Lx
*影像清晰度
1080P
光学变焦
30倍
数码变焦
12倍
聚焦系统
一键AF/自动
自动增益
自动/手动
转动控制范围
俯仰(TILT)范围-120°~+45°
横滚(ROLL)范围-30°~+30°
图传系统传输频率
300M-400,560-760MHz可调整
图传系统功率
50mW-1W可调整
*图传系统传输距离
10公里
*高清图像传输延时
优于230mS
工作温度范围
-20°~50°C
云台类型
二轴无刷云台,带有陀螺自稳及防抖动功能
吊舱护罩
防雨设计
2.2.2.4、热成像吊舱
配置单独热成像摄像功能吊舱,热像仪解析度640x512,同时内置高清低延时图传发射机、自稳云台等,和其他前述云台吊舱可自由快速替换。
热成像吊舱是通过非接触探测红外能量(热量),并将其转换为电信号,进而在显示器上生成热图像和温度值,并可以对温度值进行计算的一种检测设备,可以搭载在无人机上在空中寻找发热点、温度分布等等。
配置热成像摄像头,解析度解析度640x512,分辨率高,可有效发现目标。
挂载热成像吊舱实现夜视监视侦察,因为是被动红外,对热点敏感,能有效发现温度高的目标。
夜晚侦查,让热源目标无处可藏。
由于采用被动红外,不易被其他目标人员发现无人机踪迹。
夜间热成像拍摄效果截图
热像云台技术参数:
热成像
热成像器
非制冷VOx微测热辐射计
视频输出格式
640×512i50
光圈
F1.25
焦距
19mm
波长范围
7.5μm~13.5μm
灵敏度
<50mK
功耗
<1.0W
云台
工作电流
稳态电流:
<0.3A(@12V)
动态电流:
<0.6A(@12V)
输入电压
3S~6S(12V~26V)
角度控制精度
±0.1°
最大可控转速
横滚方向(ROLL):
±30°/s
俯仰方向(TILT):
±130°/s
可控转动范围
横滚方向(ROLL):
±39°
俯仰方向(TILT):
-130°~+50°
物理特性
工作环境温度
-20℃~60℃
工作环境湿度
20~80%
存储环境温度
-10℃~50℃
存储环境湿度
20~70%
重量
<280g
尺寸
138mm×119mm×82mm
防护等级
IP65
2.2.2.5、双光吊舱
双光吊舱配置红外测温热成像摄像机及可见光摄像机,热成像解析度优于320*256。
云台、双光摄像机、高清COFDM图传发射机,总共重量不超过700g。
如上图所示,显示画面中最高温度
如上图所示,彩色摄像机和热成像相机同时拍摄的同一副画面,电线杆温度高,热成像摄像机成像亮度就高。
挂载测温热成像吊舱实现夜视监视侦察,因为是被动红外,对热点敏感,能有效发现温度高的目标。
双光吊舱具有画面融合功能,拍摄效果更为清晰。
1)、产品特点及优势
✧采用320*256或640×512非制冷焦平面探测器,输出优质红外图像。
✧板载存储可保存图像、录像、温度、温度数据流等多种数据格式。
✧备跟HD1080P彩色高清摄像机的画中画同屏幕显示和相互融合显示功能。
✧可通过串口与地面站通讯,控制存储和对焦。
✧具备机载陀螺自稳云台,云台需要实时输出俯仰角度和方位角度数据。
✧体积小、重量轻、功耗低。
2)、性能参数
探测器
探测器类型
非制冷焦平面
波长范围
7.5~14μm
像素数
320*256或者640×512
像素尺寸
17μm
帧率
热像仪输出帧率9-25Hz
测温性能和图像性能
测温范围
-20~200℃
测温精度
2℃或2%,取较大者
热灵敏度(NETD)
<60mK
焦距
19mm
视场角
50o×37.5o
角分辨率
0.68mrad
清晰成像范围
0.3m~∞
发射率黑背景温度校正
根据输入发射率和背景温度自动校正,发射率0.01~1可调
滤光片或窗口透过率校正
根据输入透过率自动校正
大气透过率校正
根据气象参数自动计算大气透过率并校正温度
最高温追踪
实时显示画面中高温点的位置和温度,显示中心点位置和温度
显示增强
自动拉伸,带DDE
双画面融合功能
具有与彩色摄像机的画面融合功能,具备画中画合成功能
数据存储
温度数据
自定义MGT格式,可用专业软件分析
温度数据流
自定义MGS格式,可用专业软件回放,带时间戳,可调节播放速度、冻结、循环播放,播放时可进行图像处理,可输出超分辨率图像
图像
BMP或JPG格式
视频
AVI格式,H.264压缩
存储控制
串口指令控制、电平触发、按键触发可选
环境参数
工作温度
-30~60℃,其中在-10~50℃范围内可保证测温精度
储存温度
-40~80℃
湿度
≤85%(非冷凝)
外壳防护等级
IP54
冲击
25G,IEC68-2-29
振动
2G,IEC68-2-6
电磁兼容
符合CE/FCC标准
电气接口
模拟视频
NTSC/PAL,带最高温实时追踪
串口
RS232(3.3V),可用于控制存储、对焦、调色板等
I/O
输入3.3V下降沿触发抓图或录像
存储
可插拔TF卡,容量32G
电源
DC12V
功耗
3W
2.2.3、空中抛投
无人机挂载抛投吊舱可远程投送急救药品、食物、通信器材等,对及时协助救援受困人员脱困。
通过摄像机拍摄,可实现1米范围内的精准抛投。
该部件能挂载多样化的可抛投负载。
安装在中心盘底部,摄像吊舱后面,在无人机飞行过程中,通过遥控器控制抛投机构,实现定点投放或者高空抛投。
该抛投机构具有以下特性:
1)总载荷量可达1.5Kg
2)多样化挂载(救生衣,救生包,爆震弹,催泪弹,烟雾弹)
3)快速重新挂载
4)具有多次投放功能
5)具有快速安装特性
救生衣抛投应用----抛投水溶充气救生衣或者救生圈。
急救场合应用---抛投紧急药箱、通信器材、食物等。
反恐场合应用---抛投烟雾弹,爆震弹。
战争演习场合应用---抛投手雷。
注:
左图抛投负载仅为示意所用。
2.2.4、空中抛投
2.2.4.1、无人机系留地面站
无人机配合系留地面站系统,可实现24小时滞空,搭载不同的通信中继吊舱实现不同的通信信号覆盖。
系留无人机系统主要包含系留主机、系留无人机及作业吊舱等组成,如下图所示:
系留无人机系统图
如上图所示,发电机发电后接入系留电源箱,通过系留电缆给系留无人机供电,即可实现无人机的长时间滞空悬停飞行。
系留无人机作业吊舱选用复合多路图传中继系统,即可实现多路前端无人机信号的接力传输。
1)、系统特点
◆地面电源供电,通过系留电缆实现给空中无人机的长时间供电,达到无人机的长时间驻空飞行
◆无人机挂载作业单元重量可达6-10公斤
◆无人机通过选用不同长度的系留电缆,滞空高度最高可达150米
◆可挂载多种作业吊舱,例如中继吊舱、其他视频吊舱等
2)、技术参数
(1)机载电源
1)输入电压:
DC360V(280V~400V);
2)空载输出电压:
29.3V±0.2V;
3)输出功率:
≥1600W;
4)输出负载效应:
≤8%;
5)效率:
≥85%;
6)重量:
≤1.3kg。
(2)备用电池
1)电池规格:
6S;
2)标称电压:
22.2V;
3)满电电压:
25.1V;
4)电池容量:
≥2500mAh;
5)电池重量:
≤500g。
(3)地面电源
1)输入电源:
AC220V±10%,50Hz±2Hz,单相;
2)输出电压:
DC370V±10V;
3)负载能力:
≥2000W;
4)输出负载效应:
≤10%;
5)效率:
≥89%;
6)重量:
≤12kg。
(4)系留电缆
1)光电复合系缆芯数:
2根单模光纤,2根导线;
2)长度:
100m±1m;
3)光电复合系缆重量≤15g/m;
4)导线电阻:
≤45mΩ/m;
5)绝缘电阻:
≥500MΩ;
6)绝缘耐电压:
≥1000V;
7)抗拉能力:
≥10kg。
(5)备用电池
在机载电源变换模块中还保留一个小容量的锂电池,用于地面供电发生意外中断或系留供电系统出现故障时给无人机提供电能,保证无人机有足够的时间安全降落回地面。
同时,并接于机载电源输出端的备用电池还具有大容量储能的作用,此时的备用电池组相当于一个海量的电容器,可以在无人机起降、姿态大幅调整或无人机飞行过程中受疾风袭击时提供极高的瞬间输出功率,从而有效地保证无人机的安全飞行。
在正常工作过程中,系留供电系统利用地面提供的电能为备用电池进行浮充电,令电池处于满容量的工作状态。
由于无人机从100米高度返回地面所需时间不大于5分钟,所以备用电池的容量仅需要原自由飞行时无人机携带电池容量的三分之一左右即可,这样,备用电池的重量可以大为减轻。
备用电池参数见下表;
电池主要技术参数
电池
参数
型号
RFLB126006S1P5D
额定功率
57.7Wh
额定电压
22.2V
额定电流
2.6A,最大143A
外型尺寸
43mmX39mmX126mm
重量
440g
2.3、无人机综合管控指挥平台
无人机综合管控平台主要用于综合管控下辖无人机,平台可实时显示各无人机飞行状态、实时图像,并可远程控制无人机起降执行任务,还可调看日志。
分布式无人机系统指挥和控制(Command&Control,以下简称C2)系统,充分利用计算机云技术、网络技术,实现无人机机群的联合指挥和控制、无人机音视频调度、目标导航和定位,航拍图片快速测绘等功能,是基于空管系统标准的无人机监管控制系统。
综合管控平台包括软件和硬件两个部分,软件部分由服务器及客户端组成,硬件部分由PC机、数传、无人机等构成。
2.3.1、平台内容
2.3.1.1、远程指挥和控制子系统
※融合空管技术,建立多级指挥和控制架构
※用户注册管理、无人机驾驶员管理
※飞行任务管理
※远程一键起降
※飞行状态实时监视与控制、飞行计划申报、飞行数据存储与调阅
※飞行视频数据实时调度、录像存储和录像文件的查询下载
※地图软件服务
2.3.1.2、视频管理子系统
※支持标准H.264,H.265图像压缩视频解码算法
※无人机群的录像存储和录像文件下载查看
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- 无人机 系统 建设 方案 初稿 李仁伟 0921