無人機森林巡檢及火災預警系統(tǒng)

GA900

 

產品概述

林業(yè)巡檢是林業(yè)管理中的一部分，我國是森林資源大國，但也是森林火災多發(fā)國家，火災救援耗費了大量的人力、物力和財力，森林火災對森林資源和生態(tài)環(huán)境造成了難以估量的損失，而傳統(tǒng)的人工作業(yè)無法有效預防火災，實時監(jiān)測火災形勢。傳統(tǒng)的林業(yè)資源監(jiān)測、巡查工作，勞動強度大、人工成本高，效率低，并且難以迅速掌控全局；而衛(wèi)星巡檢周期長、時效性差、空間分辨率差，無法滿足實時性要求。傳統(tǒng)載人飛機改善了時效性、人工巡檢的問題，但是在森林火災等環(huán)境惡劣的環(huán)境下，飛行安全將會受到嚴重威脅，且受環(huán)境、空域等影響較大，維護成本高，難以滿足林業(yè)的日?；矙z需求。尋求一門新的高科技手段應用到森林資源監(jiān)測、森林防火及林業(yè)中，已成為林業(yè)管理的一項迫在眉睫、亟待解決的重大課題。

GA900 就是奧譜天成推出的這樣一種新型、功能*、可靠性的無人機森林巡檢及火災預警系統(tǒng)，它可巡視森林情況，并可以提前預警火災的發(fā)生，防患于未燃，減少火災的受災面和受災損失。同時，它還可以掛載滅火粉等滅火設備，進行火災撲滅；另外，它還掛載遠距離喊話器，可以進行現(xiàn)場指揮、調度現(xiàn)場工作人員。

 

特征

? 火災預警：通過常博超紅外成像，能夠提前發(fā)現(xiàn)火災點，防患于未燃。

? 森林巡檢：快速、準確、大范圍、實時。

? 內載喊話器：可進行現(xiàn)場指揮、調度現(xiàn)場工作人員。

? 可掛載滅火粉：參與現(xiàn)場滅火。

? 操作簡單：只需簡單培訓即可進行精確操作。

? 現(xiàn)場檢測：檢測所需器材及其它配件全部裝在約 40寸行李箱的儀器箱中。

 

應用場合

? 森林

? 消防

型號	特征
GA900	多旋翼無人機，飛行時間20分鐘
GA900 Pro	多旋翼無人機，飛行時間可達1小時
GA900FX	固定翼無人機，垂直起降，油電混合，飛行時間可達8小時

 

圖1 GA900FX采用的固定翼油電混合垂直起降無人機，飛行時間可長達8小時

 

 

 

 

 

1.1 產品背景：

林業(yè)巡檢是林業(yè)管理中的一部分，我國是森林資源大國，但也是森林火災多國家，火災救援耗費了大量的人力、物力和財力，森林火災對森林資源和生態(tài)環(huán)境造成了難以估量的損失，而傳統(tǒng)的人工作業(yè)無法有效預防火災，實時監(jiān)測火災形勢。傳統(tǒng)的林業(yè)資源監(jiān)測、巡查工作，勞動強度大、人工成本高，效率低，并且難以迅速掌控全局；而衛(wèi)星巡檢周期長、時效性差、空間分辨率差，無法滿足實時性要求。傳統(tǒng)載人飛機改善了時效性、人工巡檢的問題，但是在森林火災等環(huán)境惡劣的環(huán)境下，飛行安全將會受到嚴重威脅，且受環(huán)境、空域等影響較大，維護成本高，難以滿足林業(yè)的日常化巡檢需求。

尋求一門新的高科技手段應用到森林資源監(jiān)測、森林防火及林業(yè)中，已成為林業(yè)管理的一項迫在眉睫、亟待解決的重大課題。

 

1.2 系統(tǒng)組成

該方案可以通過遙控器、級智能地面站對無人機進行飛行控制。通過高清圖像傳輸系統(tǒng)可將林區(qū)的監(jiān)控視頻實時傳回地面站、指揮中心，時間為指揮部門提供有效的現(xiàn)場信息。同時決策者可以在云端對無人機進行控制并發(fā)布指揮命令。

 

圖2 GA900無人機森林巡檢及火災預警系統(tǒng)的功能框圖

 

 

 

 

1.3 系統(tǒng)優(yōu)勢

 

傳統(tǒng)人工巡檢防火滅火的痛點	無人機巡檢防火滅火的優(yōu)勢
人工巡檢效率低	無人機搭載變焦相機，可在距地500~1000米高度對地面火場實時觀察
巡檢人員人身安全風險系數高	多旋翼無人機對起飛場地要求低，無需人員爬山作業(yè)
人工巡檢無法提前識別火點	搭載熱紅外相機，可以提前預警火災的發(fā)生。
發(fā)生火災，傳統(tǒng)瞭望無法掌握全局，觀察火勢走向	無人機定點懸停，可全局觀察火情
傳統(tǒng)滅火指揮需要現(xiàn)場協(xié)調，拖延滅火進度	4G云平臺指揮系統(tǒng)，沒有距離限制

 

 

 

1.4 行業(yè)優(yōu)勢

l GA900無人機云平臺管理系統(tǒng)森林防火解決方案
（1）森林日常巡檢
GA900搭載30倍變焦相機
該森林防火解決方案可采用無人機采集林場視頻音頻信息，并可接入林業(yè)監(jiān)控專網，與原有的監(jiān)控，指揮系統(tǒng)結合，實現(xiàn)對無人機視頻信號的實時查看、存儲和回放，并供各級指揮機關調用。
（2）防火滅火，應急指揮
無人機參與森林滅火及巡檢

GA900林區(qū)防火解決方案，將北斗衛(wèi)星、導航系統(tǒng)、熱成像數字圖像傳輸技術、高清視頻回傳系統(tǒng)等綜合應用于森林資源管理。配備可見光、紅外探測任務載荷在距地50~1000米高度對地面火場實時觀察，將獲取的圖像數據實時傳回地面，方便地面門及時應對。暗火隱患勘察及撲滅、觀察肉眼無法觀察到火場暗火、配備紅外探測器，可以穿透煙霧探測地表溫度。

l *紅外探測載荷，獲取火場完整的地面溫度分布狀態(tài)圖像，并實時傳回地面；可見光任務載荷獲取火災損毀評估的實時圖像，亦可獲取重點區(qū)域更為詳細的圖像數據。

l 遠紅外探測載荷，可以提前發(fā)現(xiàn)火災即將發(fā)生的地方，可以提前預警火災；

配備拋投裝置，掛載滅火彈和小型水袋，撲滅尚未熄滅的余火，防止復燃。

 

（ 3 ）林區(qū)測繪普查 （ 選配 ）

可以根據需求增加森林測繪功能，可增加五鏡頭傾斜相機，測繪攝影云臺等任務載荷，布署三維測繪軟件和無人機管理平臺等軟件，將無人機系統(tǒng)的數據接入林業(yè)森林防火監(jiān)控網和大數據平臺，實現(xiàn)重點目標測繪生成的三維數據導入林業(yè)防火指揮系統(tǒng)大數據平臺、雙向數據傳輸等功能。

? 實現(xiàn)“圖像傳輸、數據交互、遠程控制、網絡共享”的功能，系統(tǒng)升級空間大，升級容易。

 

 

1.5解決方案及方案設計

1.5.1 方案硬件設備

 

針對該項目的實際情況，選擇了 GA900 六旋翼無人機搭載 30 倍變焦、熱紅外、喊話器以及拋投設備，作為林業(yè)巡檢以及森林防火的硬件系統(tǒng)。GA900 多旋翼無人機采用碳纖維與鋁合金復合結構設計，集成 ASRM 三冗余高可靠飛控系統(tǒng)、高性能機載電腦、高效能動力系統(tǒng)與大帶寬圖數一體數據鏈?？纱钶d30 倍變焦云臺相機系列、紅外云臺相機系列、雙光吊艙系列、可視拋投器系列、可視喊話器系列等多種任務載荷。

 

（2）30 倍變焦云臺相機，擁有 30 倍光學變焦，總像素高達 216 萬，61°～2.3°視場角為視頻拍攝提供更廣闊的空間，能將百米之外的景物清晰呈現(xiàn)在眼前。機身采用全鋁合金結構設計，體積輕巧，結合專業(yè)的云臺控制技術，穩(wěn)像精度達±0.01°，即使在最遠焦段也具有優(yōu)秀的穩(wěn)像效果?？煽焖凫`活掛載在無人機飛行平臺。

 

該變焦云臺相機具有以下特點：

① 搭載專業(yè)的 30 倍光學變焦相機；

② 機械三軸穩(wěn)像；

③ 的專用解耦姿態(tài)算法；

④ 高度優(yōu)化的伺服電機矢量控制算法；

⑤ 高達 8000 Hz 的控制頻率；

⑥ ±0.01°的穩(wěn)像精度；

⑦ 全鋁合金結構設計，輕巧堅固、散熱性能好；

⑧ 支持跟蹤；

⑨ 網絡視頻輸出接口；

⑩ 支持快拆。

 

（3）喊話器，采用高音質喇叭，搭載在飛行器上可快速進入作業(yè)區(qū)域，既能實時查看現(xiàn)場情況，又能對現(xiàn)場進行喊話。適用于應急救援等現(xiàn)場，完成傳達指揮任務。

主要有以下特點：

① 喊話器廣播距離 500 米；

② 自帶高清相機，可實時查看現(xiàn)場情況；

③ 喊話方向可操縱；

④ 實時喊話，低延遲；

⑤ 支持預錄；

⑥ 支持快拆。

 

（5）ATC8000 雙光吊艙集 30 倍光學變焦相機及 25mm 熱成像相機于一體，具有優(yōu)秀的成像質量，即使在夜間環(huán)境，不需要輔助光源也能拍攝到清晰的圖像，它擁有 30倍光學變焦，總像素高達 216 萬，61°～2.3°視場角為視頻拍攝提供更廣闊的空間，能將百米之外的景物清晰呈現(xiàn)在眼前，即使在最遠焦段也具有優(yōu)秀的穩(wěn)像效果。熱成像相機搭載高性能 7-14 μm 波長非制冷焦平面探測器，多種色板模式可切換，具有優(yōu)秀的成像效果。結合專業(yè)的云臺控制技術，穩(wěn)像精度達±0.01°?？蓱糜谙?、森林、監(jiān)控、搜尋救援、環(huán)保等多個行業(yè)。

圖 6 ATC8000 雙波段相機吊艙

主要特點：

① 集 30 倍星光級光學變焦相機和紅外相機于一體；

② 支持智能跟蹤；

③ 畫中畫/單路視頻一鍵切換；

④ 單 IP 視頻輸出；

⑤ 三軸穩(wěn)像；

⑥ 的專用解耦姿態(tài)算法和高度優(yōu)化的伺服電機矢量控制算法；

⑦ 高達 5000 Hz 的控制頻率；

⑧ ±0.01°的穩(wěn)像精度；

⑨ 支持快拆。

 

（6）便攜式地面站集成了控制手柄、大帶寬圖數一體數據鏈與 4G 數據鏈，配合移動

設備預裝的地面站應用程序，可實時操縱飛行器與飛行器所掛載的任務載荷設備，規(guī)

劃飛行任務，并查看云臺相機所拍攝的圖像。通過集成的 4G 數據鏈，可將飛行器數

據和圖像實時傳送至云端及后臺指揮中心。便攜式地面站提供了人性化的操作界面，

可極大降低飛行任務的復雜度。

主要特點：

① 實時顯示飛行器位置坐標、姿態(tài)、電池電壓等數據；

② 實時顯示云臺相機拍攝的高清圖像；

③ 遙控遙測及圖像傳輸距離最遠可達 10 km（無線電通視條件下）；

④ 支持自動起飛、自動降落、自動返航、自主巡航及收放起落架（需飛行器支持）等快捷操作；

⑤ 支持航線規(guī)劃，可編輯 200 個航點；

⑥ 支持美國手、日本手等 4 種搖桿操縱模式；

⑦ 支持通過 4G 連接專網；

配合無人飛行器遠程管控系統(tǒng)，可在任意聯(lián)網電腦上遠程監(jiān)控飛行器，使后端指揮中心可實時了解現(xiàn)場信息。

 

1.2 方案軟件及配置

（1 ）云平臺與指揮調度系統(tǒng)

云平臺主要特點：

① 支持靈活的賬戶管理。一臺電腦、一個賬戶可同時管理多架無人機。

② 支持遠程監(jiān)控無人機拍攝的視頻、下載照片，實時掌握現(xiàn)場狀況。

③ 支持遠程監(jiān)控無人機飛行狀態(tài)、健康狀態(tài)。

④ 支持遠程發(fā)指令給無人機，控制無人機自動起降、自動巡航，在線編輯航線，真正實現(xiàn)無需現(xiàn)場飛行操作員。

⑤ 支持云端存儲任務航線，再次執(zhí)行時可直接調取。實現(xiàn)重復任務的規(guī)范化、自動化、簡易化。

⑥ 支持遠程控制相機載荷、遠程喊話、遠程拋投。

⑦ 云端可存儲視頻、照片、飛行數據，方便日后調取查看與分析。

（2）云服務器配置

服務器可以選擇搭載本地單位的服務器上或者云服務器上。

 

 

1.6 作業(yè)流程

（1）現(xiàn)場勘查

班瑪縣隸屬果洛藏族自治州，地處自治州的東南部，大渡河上游，位于東經99°45´~101°14´，北緯 32°27´~33°18´，東南部與四川省阿壩、壤塘、色達縣接壤，西部與四川省色達縣和州屬達日縣為鄰，北部與州屬久治縣相連。東西長約 137 公里，南北寬約 96 公里。最東邊為東經 101°14'，最南為北緯 32°27´，最西面為東經 99°45´，最北面為北緯 33°18´。

通過勘查該區(qū)域內需要布設中繼站才可完成無人機的視頻回傳。

 

（2）規(guī)劃航線

將林區(qū)的區(qū)域進行任務劃分，并對劃分的區(qū)域進行航線的規(guī)劃?？梢蕴崆巴瓿梢?guī)劃，等到現(xiàn)場后直接導入無人機中進行外業(yè)飛行。

（ 3 ）外業(yè)飛行數據采集

（4）內業(yè)處理提交成果

① 定期對林區(qū)進行無人機巡檢，實時將巡檢結果圖傳回指揮大廳，便于指揮人員實時指導巡檢工作；

② 通過分析無人機的巡檢結果分析出林區(qū)林業(yè)資源分布情況，了解林區(qū)的資源分布情況，并分析樹木的類型劃分書易燃區(qū)域進行重點監(jiān)控；

③ 針對大面積的林業(yè)使用無人機巡檢可以獲取林區(qū)內樹木的病蟲災害情況，可以監(jiān)視是否有偷盜伐木的情況；

④ 火災發(fā)生時進行巡查，配置熱紅外傳感器可以對火點進行精準定位，便于后方防火指揮部制定有關方案。

 

圖13 GA900FX采用的固定翼油電混合垂直起降無人機，飛行時間可長達8小時