無人機(jī)森林巡檢及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)GA900產(chǎn)品概述林業(yè)巡檢是林業(yè)管理中的一部分

產(chǎn)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(zāi)多發(fā)國家，火災(zāi)救援耗費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，森林火災(zāi)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(yù)防火災(zāi)，實(shí)時(shí)監(jiān)測火災(zāi)形勢。傳統(tǒng)的林業(yè)資源監(jiān)測、巡查工作，勞動強(qiáng)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(shí)效性差、空間分辨率差，無法滿足實(shí)時(shí)性要求。傳統(tǒng)載人飛機(jī)改善了時(shí)效性、人工巡檢的問題，但是在森林火災(zāi)等環(huán)境惡劣的環(huán)境下，飛行安全將會受到嚴(yán)重威脅，且受環(huán)境、空域等影響較大，維護(hù)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(yīng)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(xiàng)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、功能強(qiáng)大、可靠性的無人機(jī)森林巡檢及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，它可巡視森林情況，并可以提前預(yù)警火災(zāi)的發(fā)生，防患于未燃，減少火災(zāi)的受災(zāi)面和受災(zāi)損失。同時(shí)，它還可以掛載滅火粉等滅火設(shè)備，進(jìn)行火災(zāi)撲滅；另外，它還掛載遠(yuǎn)距離喊話器，可以進(jìn)行現(xiàn)場指揮、調(diào)度現(xiàn)場工作人員。

特征

? 火災(zāi)預(yù)警：通過常博超紅外成像，能夠提前發(fā)現(xiàn)火災(zāi)點(diǎn)，防患于未燃。

? 森林巡檢：快速、準(zhǔn)確、大范圍、實(shí)時(shí)。

? 內(nèi)載喊話器：可進(jìn)行現(xiàn)場指揮、調(diào)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(xùn)即可進(jìn)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(yīng)用場合

? 森林

? 消防

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

1.1 產(chǎn)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(zāi)多國家，火災(zāi)救援耗費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，森林火災(zāi)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(yù)防火災(zāi)，實(shí)時(shí)監(jiān)測火災(zāi)形勢。傳統(tǒng)的林業(yè)資源監(jiān)測、巡查工作，勞動強(qiáng)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(shí)效性差、空間分辨率差，無法滿足實(shí)時(shí)性要求。傳統(tǒng)載人飛機(jī)改善了時(shí)效性、人工巡檢的問題，但是在森林火災(zāi)等環(huán)境惡劣的環(huán)境下，飛行安全將會受到嚴(yán)重威脅，且受環(huán)境、空域等影響較大，維護(hù)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(yīng)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(xiàng)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(jī)進(jìn)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(shí)時(shí)傳回地面站、指揮中心，時(shí)間為指揮部門提供有效的現(xiàn)場信息。同時(shí)決策者可以在云端對無人機(jī)進(jìn)行控制并發(fā)布指揮命令。

圖2 GA900無人機(jī)森林巡檢及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的功能框圖

1.3 系統(tǒng)優(yōu)勢

1.4 行業(yè)優(yōu)勢

l GA900無人機(jī)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(jī)
該森林防火解決方案可采用無人機(jī)采集林場視頻音頻信息，并可接入林業(yè)監(jiān)控專網(wǎng)，與原有的監(jiān)控，指揮系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)視頻信號的實(shí)時(shí)查看、存儲和回放，并供各級指揮機(jī)關(guān)調(diào)用。
（2）防火滅火，應(yīng)急指揮
無人機(jī)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(dǎo)航系統(tǒng)、熱成像數(shù)字圖像傳輸技術(shù)、高清視頻回傳系統(tǒng)等綜合應(yīng)用于森林資源管理。配備可見光、紅外探測任務(wù)載荷在距地50~1000米高度對地面火場實(shí)時(shí)觀察，將獲取的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回地面，方便地面門及時(shí)應(yīng)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(shí)時(shí)傳回地面；可見光任務(wù)載荷獲取火災(zāi)損毀評估的實(shí)時(shí)圖像，亦可獲取重點(diǎn)區(qū)域更為詳細(xì)的圖像數(shù)據(jù)。

l 遠(yuǎn)紅外探測載荷，可以提前發(fā)現(xiàn)火災(zāi)即將發(fā)生的地方，可以提前預(yù)警火災(zāi)；

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(fù)燃。

（ 3 ）林區(qū)測繪普查 （ 選配 ）

可以根據(jù)需求增加森林測繪功能，可增加五鏡頭傾斜相機(jī)，測繪攝影云臺等任務(wù)載荷，布署三維測繪軟件和無人機(jī)管理平臺等軟件，將無人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入林業(yè)森林防火監(jiān)控網(wǎng)和大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)目標(biāo)測繪生成的三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入林業(yè)防火指揮系統(tǒng)大數(shù)據(jù)平臺、雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

? 實(shí)現(xiàn)“圖像傳輸、數(shù)據(jù)交互、遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)

1.5.1 方案硬件設(shè)備

針對該項(xiàng)目的實(shí)際情況，選擇了 GA900 六旋翼無人機(jī)搭載 30 倍變焦、熱紅外、喊話器以及拋投設(shè)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(jī)采用碳纖維與鋁合金復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，集成 ASRM 三冗余高可靠飛控系統(tǒng)、高性能機(jī)載電腦、高效能動力系統(tǒng)與大帶寬圖數(shù)一體數(shù)據(jù)鏈?？纱钶d30 倍變焦云臺相機(jī)系列、紅外云臺相機(jī)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(wù)載荷。

（2）30 倍變焦云臺相機(jī)，擁有 30 倍光學(xué)變焦，總像素高達(dá) 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(jī)身采用全鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，體積輕巧，結(jié)合專業(yè)的云臺控制技術(shù)，穩(wěn)像精度達(dá)±0.01°，即使在最遠(yuǎn)焦段也具有優(yōu)秀的穩(wěn)像效果。可快速靈活掛載在無人機(jī)飛行平臺。

該變焦云臺相機(jī)具有以下特點(diǎn)：

① 搭載專業(yè)的 30 倍光學(xué)變焦相機(jī)；

② 機(jī)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(jī)矢量控制算法；

⑤ 高達(dá) 8000 Hz 的控制頻率；

⑥ ±0.01°的穩(wěn)像精度；

⑦ 全鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，輕巧堅(jiān)固、散熱性能好；

⑧ 支持跟蹤；

⑨ 網(wǎng)絡(luò)視頻輸出接口；

⑩ 支持快拆。

（3）喊話器，采用高音質(zhì)喇叭，搭載在飛行器上可快速進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，既能實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場情況，又能對現(xiàn)場進(jìn)行喊話。適用于應(yīng)急救援等現(xiàn)場，完成傳達(dá)指揮任務(wù)。

主要有以下特點(diǎn)：

① 喊話器廣播距離 500 米；

② 自帶高清相機(jī)，可實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場情況；

③ 喊話方向可操縱；

④ 實(shí)時(shí)喊話，低延遲；

⑤ 支持預(yù)錄；

⑥ 支持快拆。

（5）ATC8000 雙光吊艙集 30 倍光學(xué)變焦相機(jī)及 25mm 熱成像相機(jī)于一體，具有優(yōu)秀的成像質(zhì)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(xué)變焦，總像素高達(dá) 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(yuǎn)焦段也具有優(yōu)秀的穩(wěn)像效果。熱成像相機(jī)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(jié)合專業(yè)的云臺控制技術(shù)，穩(wěn)像精度達(dá)±0.01°。可應(yīng)用于消防、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(jī)吊艙

主要特點(diǎn)：

① 集 30 倍星光級光學(xué)變焦相機(jī)和紅外相機(jī)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(jī)矢量控制算法；

⑦ 高達(dá) 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(shù)一體數(shù)據(jù)鏈與 4G 數(shù)據(jù)鏈，配合移動

設(shè)備預(yù)裝的地面站應(yīng)用程序，可實(shí)時(shí)操縱飛行器與飛行器所掛載的任務(wù)載荷設(shè)備，規(guī)

劃飛行任務(wù)，并查看云臺相機(jī)所拍攝的圖像。通過集成的 4G 數(shù)據(jù)鏈，可將飛行器數(shù)

據(jù)和圖像實(shí)時(shí)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(wù)的復(fù)雜度。

主要特點(diǎn)：

① 實(shí)時(shí)顯示飛行器位置坐標(biāo)、姿態(tài)、電池電壓等數(shù)據(jù)；

② 實(shí)時(shí)顯示云臺相機(jī)拍攝的高清圖像；

③ 遙控遙測及圖像傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá) 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(diǎn)；

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(wǎng)；

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

1.2 方案軟件及配置

（1 ）云平臺與指揮調(diào)度系統(tǒng)

云平臺主要特點(diǎn)：

① 支持靈活的賬戶管理。一臺電腦、一個賬戶可同時(shí)管理多架無人機(jī)。

② 支持遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o人機(jī)拍攝的視頻、下載照片，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場狀況。

③ 支持遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o人機(jī)飛行狀態(tài)、健康狀態(tài)。

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

⑤ 支持云端存儲任務(wù)航線，再次執(zhí)行時(shí)可直接調(diào)取。實(shí)現(xiàn)重復(fù)任務(wù)的規(guī)范化、自動化、簡易化。

⑥ 支持遠(yuǎn)程控制相機(jī)載荷、遠(yuǎn)程喊話、遠(yuǎn)程拋投。

⑦ 云端可存儲視頻、照片、飛行數(shù)據(jù)，方便日后調(diào)取查看與分析。

（2）云服務(wù)器配置

服務(wù)器可以選擇搭載本地單位的服務(wù)器上或者云服務(wù)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(jīng)99°45´~101°14´，北緯 32°27´~33°18´，東南部與四川省阿壩、壤塘、色達(dá)縣接壤，西部與四川省色達(dá)縣和州屬達(dá)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(jīng) 101°14'，最南為北緯 32°27´，最西面為東經(jīng) 99°45´，最北面為北緯 33°18´。

通過勘查該區(qū)域內(nèi)需要布設(shè)中繼站才可完成無人機(jī)的視頻回傳。

（2）規(guī)劃航線

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

（ 3 ）外業(yè)飛行數(shù)據(jù)采集

（4）內(nèi)業(yè)處理提交成果

① 定期對林區(qū)進(jìn)行無人機(jī)巡檢，實(shí)時(shí)將巡檢結(jié)果圖傳回指揮大廳，便于指揮人員實(shí)時(shí)指導(dǎo)巡檢工作；

② 通過分析無人機(jī)的巡檢結(jié)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(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控；

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

④ 火災(zāi)發(fā)生時(shí)進(jìn)行巡查，配置熱紅外傳感器可以對火點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，便于后方防火指揮部制定有關(guān)方案。

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