系留无人机的创新发展与应用

海洋

系留无人机是一类独特的无人机系统，具有操作简单、飞行时间长以及安全的视频和数据通信能力。系留无人机悄然得到了发展，并在军民用领域得到了应用，具有广阔的市场前景。

系留無人机的发展

悬停飞行技术公司（ HoverflyTechnologies）是系留无人机的制造商，近期推出了其新的全天候LiveSky系列的“哨兵”（ SENTRY）系留无人机。其设计符合IP54和MIL-STD-810标准，现在属于一种军用级系留无人机，适用于各种任务。IP54标准规定了极端条件（如灰尘、水和湿气）的防护等级，而MIL-STD-810则规定了美国军用环境试验对以下条件的要求：适用于“哨兵”（ SENTRY）系留无人机作战任务环境。

悬停飞行技术公司首席执行官罗伯·托平说：“遵守这些标准意味着我们的军事、公共安全和商业安全客户需要在恶劣环境中操作的能力，可以依靠新的战备和测试这种系留无人机。除了其新的全天候能力外，悬停飞行技术公司还开发了三个不同的构型。这种新的精密着陆平台称为“天空盒子”（ SkyBox），它可以采用封闭式覆盖设计，也可以采用无覆盖设计。“天空盒子”代表一个真正的自主企业解决方案，可以通过基于云的软件或用于无缝集成的SDK工具包进行远程控制。“天空盒子”在任何地方都能自主运行，甚至是在皮卡车的后面。第三种配置是一个移动系绳套件，具有集成的着陆巢和手持平板电脑，用于需要快速部署的远程应用。

K2无人系统公司（K2 UnmannedSystems）近日也宣布，正在为他们的无人机提供系留解决方案。系留无人机消除无人机的飞行时间限制，与地面电源相连，一根细线连接在无人机上，提供持续电源，使无人机能够保持在高空飞行，而无需中断任务进行电池交换。这项技术非常适合第一响应和私人安全等行业，其职责包括长期监视和区域监视。有了系绳无人机解决方案，运营商可以进行无限制的空中监视，例如对野火的24/7监视、犯罪现场和大型事件的监视，以及最大限度提高私人安全警戒的独特视野。K2无人系统公司选择了系留无人机制造商Elistair公司来帮助开发这项新技术。Elistair公司的系留地面站和K2无人系统公司的无人机现已兼容，可按订单生产。

系留无人机的主要特点

系留无人机拥有简单的按钮操作，无需特殊的驾驶操作技能，只需在控制中心上使用独特的按钮系统，即可实现在固定或移动位置上的无人机进行控制操作。系留无人机往往通过系绳提供动力，通过控制站的一根细长电源线接收电力，无需担心电池管理和无限的飞行时间。系留无人机易于运输。通常，系留无人机由非常便携式的无人机、可选的着陆垫以及一个安装在硬壳箱里的控制中心组成。该特点允许操作人员从任何地方快速设置和最大的灵活性，便于现场、车辆或远程连接。

系留无人机系统往往设计有电源冗余。系留无人机系统往往不仅通过系绳供电，还包含一个内部电池，以确保无人机能够在任何电源中断的情况下着陆。

系留无人机系统拥有安全的视频和数据通信能力。数据通过系绳传输。没有射频信号意味着视频和数据不会被干扰或被盗，确保系留无人机的飞行是安全的。这种系留无人机系统非常适合敏感环境操作。

系留无人机系统往往为开发人员设计有友好的开放式API接口和简单的SDK，可以很容易地将无人机系统和数据输出接口，集成到现有的安全和视频管理系统中。

系留无人机系统具有良好的GPS拒止环境下的性能。系留无人机系统的专有技术往往允许其在GPS信号不可靠或不准确的城市环境中进行精确飞行。

系留无人机系统往往设计有优良的传感器和图像处理功能。系留无人机系统的成像系统具有稳定的光电变焦能力，能够使用强大的10倍光学变焦和HDTV 1920×1080分辨率对感兴趣的目标进行平移、倾斜和缩放。系留无人机系统往往拥有红外摄像机选项，能为夜间监视任务提供夜间视觉、热信号和透过雾和烟雾的能力。系留无人机系统设计有开放式架构，允许悬停的无人机与其他系统和设备联网，以获得单一来源的综合操作图。

系留无人机系统往往是自主/半自主系统，不需要驾驶技能，无需特殊飞行或操作培训，减轻操作人员的认知负荷，使其专注于任务，而不是飞行。

系留无人机的应用前景

军事防务

系留无人机系统可用于固定和移动操作的即时无时限情报、监视与侦察（ ISR）和通信任务，国防部和政府客户通过使用Livesky和Bigsky等系绳供电的小型无人机，可以提高部队保护、态势感知和目标定位，为车载和徒步小部队提供全球作战支持。

LiveSkyTM是一种高度可靠且无限时的班组级情报、监视与侦察资产，能为作战人员提供情报、监视与态势感知，并能实时鸟瞰敌方和友军。LiveSkyTM可以在监视下一个地形特征环境、墙壁、屋顶或者一栋高楼的窗户里发生的情况。此外，LiveSkyTM具有各种高性能、小型有效载荷，能够在移动或静止时执行反简易爆炸装置/地雷、反火力、反无人机操作。这种移动能力使小部队增强了机动性和灵活性，同时仍然提供了无限制、高能力、多功能和高效费比的作战乘数，并具有增强作战效能的功能。

这种可以悬停的系留无人机系统能够在固定、便携式或移动配置中使用，具有无与伦比的24/7时间持久性监视能力。电光（ EO）、高清晰度的电光/红外（ EO/IR）、多光谱成像仪、移动自组网、微处理器-5、无线/MIMO等模块化和完全集成的有效载荷可供使用，使得系留无人机系统非常适合从现场快速重新配置和多任务覆盖。

系留无人机系统可以安装在战术车辆上，在2min内快速发射和回收，在移动中可实时提供视频和通信信息。

系留无人机系统通过系绳传输命令和控制以及视频/通信数据，没有使用射频信号，能够有效地防止干扰或拦截，使其非常适合国防和特殊的国家级用户使用环境。

目前，系留无人机的一般要求是飞行高度200m，可连续工作7天以上，荷载40kg。而陆军往往所需要的放飞无人机则要求用自带电池供电，可连续工作8h以上，飞行高度可达2000m。

远距离安全预警

系留无人机是一种有效的远距离危险探测工具，悬停飞行技术公司的Livesky等无人机目前搭载最理想的可移动或无时限空中昼夜光电/红外摄像机。Livesky无人机能够在发射点上方高达200ft飞行，通过支持AMAG SPP兼容接口的H.264网络提供双视频流，设计有光电变焦和红外通信有效载荷可用，非常适合扩展安全外层，并发现物理周界以外的故障。能悬停飞行的系留无人机工作在固定、便携式或移动移动配置下，具有无与伦比的24/7时间持久性能力。

以太网上的双视频流具有很高的分辨率，是一种1920×1080 HDTV视频。数据通过系绳传输，安全系数相当高，所以不能被欺骗、黑客攻击或干扰。悬停飞行技术公司的软件开发工具包（ SDK）允许与现有物理安全信息管理系统和视频管理系统简单集成。

Livesky是一种便携式、无限制的空中成像解决方案，非常适合为政府、国防部、公共安全、商业安全和媒体专业人士提供高达200ft的地面即时空中图像。通过广播质量的视频、10倍光学变焦和可选的热成像，Livesky无人机可以无限长时间地保持在高空，使用能源系绳和视频系绳技术提供无限时的视频覆盖。系绳提供了无限的能量供给，并提供额外的安全和安全的通信，使无人机与地面设备实现无缝物理连接。

公共安全

悬停飞行技术公司的Livesky无人机是一种系绳提供动力的技术领先的无人机，为事件管理、现场监控或监视提供全天候覆盖。由于配置有全自动飞行控制系统和自动健康监视器，Livesky无人机非常适合所有这些任务类型的第一选择，不受无人机飞行经验或熟练程度的约束。

系留无人机专为复杂环境设计。Livesky无人机已获得美国联邦航空局的批准，可以在B类空域飞行，最高飞行高度可达发射点上方200ft。由于配置有已经申请专利的传感器，这种可以悬停飞行的系绳提供能源动力的无人机甚至可以在密集的城市环境中工作，并可以在GPS拒止的环境中飞行。LiveSkySecurePlus型号使用安全的以太网通信（无射频信号）.通过悬停飛行动力系绳进行双视频流、命令和控制信息传输，使用可选的SDK，LiveSky SecurePlus可以通过网络远程操作。

系绳无人机能够为竞技场提供安全和交通监控。Elistair公司宣布，法国警察部队在一次引入注目的音乐活动中使用该公司的无人机系绳系统在波尔多竞技场提供安全保障。一架连接到Elistair公司的Ligh-T v3系绳地面站的DJI Matrix200无人机被专门部署，以协助警方在音乐会附近进行巡逻。该无人机由地面提供动力，飞行时间长达数小时，与许多常规无人机的25min飞行时间相比优势明显，有助于保护竞技场周边。Matrix 200无人机配备了一台Zenmuse 230全高清摄像机。无人机通过一根微型系绳与地面站相连，在演唱会之前、期间和之后飞越该区域，而不受更换电池的中断干扰。出入口、出口、道路、人员和车辆的流动都能够得到安全有效的监控。由于有了系留无人机，安全小组能够在半径为1.5km的区域内保持持续的态势感知。

无人机服务公司Adeole的首席执行官亚历山大·奥格表示：“此次任务的目的是监测Orelsan音乐会前后的交通状况。我们在音乐会前2h45min和之后1h用Elistair公司的系留无人机系统进行飞行任务。这项创新使我们大大增加了飞行时间，在我们此前的任务中，我们没有这个系统，备受电池寿命的压力。因此，只能将装备安置在音乐厅和停车场之间的一个地点，飞行高度最大也只是50m，可监控现场附近的所有交通路线。”系留无人机系统能将视频监控图像直接显示在控制室中，使警察能够深入了解情况，并采取最快、最适当的措施。“我们的目标是协助该市警察缓解交通拥堵。使用这种无人机是警察的一大优势，有助于减少45min的交通拥挤。此外，多亏了这个系统，我们能够追踪到一个因公开醉酒而被通缉的人，”亚历山大·奥格补充道。

Elistair公司的LIGH-T系绳站灵活、可靠、轻便，可在恶劣天气下运行，可以在不到5min时间内部署，为无限的飞行时间提供持续动力，并通过智能监视应用程序T-monitor进行飞行监视。除了提供动力外，还可以通过系绳安全地传输数据。LIGH-T系绳站设计用于高度挑战性的运动条件，可昼夜使用，并提供安全和持久的飞行。除其他应用外，它还设计用于靠近基础设施和公众的城市地区的部署。Elistair公司的系绳系统，包括自主性的“猎户座”无人机，已经成功地为2018年部分重大国际活动提供了监控。其中包括拥有7万观众、时长为24h的波尔多国际摩托车锦标赛、30万参与者的莱德杯和70个国家元首参加的巴黎和平论坛。

运动与媒体

系留无人机使得捕获视频、现场广播突发新闻和体育赛事等比以往任何时候都容易。凭借其操作简便性，这种悬停飞行的系留无人机可以在几分钟内准备时间内进行直播，而无需任何特殊的驾驶技能，且能全天飞行，可以轻松录制和播放高清视频。

机场安全

Elistair公司已确认，其“安全”-T（ Safe-T）系绳无人机系统已由负责该机场的法国管理局Groupe ADP和巴黎戴高乐和巴黎奥利等其他机构在巴黎布尔歇机场部署。

“安全”-T（ Safe-T）系绳无人机系统用于维护机场的精密进近航道指示器（ PAPI），该指示器是位于着陆跑道旁的四个灯块，为飞行员提供视觉引导信息，以便在最后进近时获取和保持安全准确的下滑道。“安全”-T垂直于跑道进近路径放置，通常在左侧，每个PAPI单元显示一排在一定角度下发出红光的灯，白光在上方。白天，这种仪器的有效视距可达3 miles;晚上，有效视距可达20miles。

在着陆过程中，飞行员可以通过红白指示灯来判断他们的进近是否过高、过低或在正确的坡度上。为了正确地进近，飞行员必须观察两个红色和两个白色灯。三个或四个白色指示灯表示无人机高度过高，而三个或四个红色指示灯表示无人机接近高度过低。

为了保持精密进近航道指示器（ PAPI）系统的工作条件和精度，通常使用飞行器或升降工作平台进行维护。封锁进入跑道的通道，通过模拟正弦波方法（ simulating sinusoidal approach）进行PAPI检查，以验证入口角并确保符合规定。机场必须关闭跑道，造成停机，实施复杂的后勤保障，并通过在空中和跑道上部署操作人员来减小风险。

采用一种不同的方法来完成这项航空维修任务，法国民用航空管理局部署了Elistair公司的“安全”-T（ Sate -T）系绳无人机站。该系统搭载一架携带18倍变焦便携式摄像机，可在机场内轻松、安全、快速部署。为了在巴黎布尔歇跑道上实现精确的高视点，系绳无人机还配备了垂直激光模块，以便在执行PAPI检查时提高其地理定位精度。只需要两名地面操作员，解决方案简单，由专门为抵抗高牵引力而建造的系绳固定，同时为无人机提供动力并传输高速数据。

“使无人机能够在复杂而活跃的机场环境中使用，Elistair公司的系留无人机站确保遵守机场和法國民用航空管理局制定的安全标准，”法国民用航空管理局创新经理雷米·尤评论道。使用飞行的系留无人机，对PAPI系统的检查更容易进行。由于飞行系绳允许长时间的在站飞行，系绳无人机可以很容易地检测通过每个不同的阈值指标的精确通过。为了提供更稳定的精度，系留无人机部署在2个最小距离。已知所需的PAPI阈值角度，通过基本的三角计算，可以通过检测到阈值精确高度来验证该角度。

实时视频和地理定位指示器同时显示在屏幕显示器（ OSD）上，允许检测执行重新校准所需的PAPI光阈值。集成GPS/baidu/glonass模块提供水平x-y平面位置。无人机以游弋模式飞行，能够在直径小于1.2 m的区域起飞和降落。激光也被集成以提高Z轴精度，卫星定位和激光测量结果都显示在屏幕显示器上。

使用微型系绳，Elistair公司的无人机以受控方式从50 -100m的半径飞行。通过微型系绳传输视频，数据不会受到干扰。当检查最远的距离时，相机放大了PAPI并散焦;镜头失去焦距意味着PAPI灯呈现出更大且色彩丰富的菱形。

Elistair公司的“安全”-T（ Safe-T）系绳无人机系统提供了一种解决方案，该方案防干扰，不存在因断电而坠毁的风险，并在受控空间飞行。所有这些因素对繁忙机场的运营至关重要。在与控制塔的直接链接中，当机场其余部分继续运行时，满足了将系绳无人机整合到跑道上空的必要安全条件。系绳无人机可在不中断机场其他交通的情况下进行远距离部署，每次PAPI检查仅需要1h就完整部署。Elistair公司的无人机系绳解决方案严格符合机场维护标准，确保安全、高效和灵活性。

通信中继

持久系统公司宣布已与系绳无人机解决方案提供商悬停飞行技术公司签订了一项为期五年的协议，悬停飞行技术公司将加入微波中继生态系统，这是一个将微波中继移动自组网（ Wave RelayMobile Ad Hoc Network，MANET）集成到其产品中的无人系统和传感器公司联盟。悬停飞行技术公司的系留动力小型无人机系统中的Livesky和Bigsky都将成为生态系统的一部分，微波中继移动自组网作为一种标准通信链路。

该公司持久系统业务开发总监布莱恩·索罗斯说，“我们自豪地继续发展生态系统，并加入新的系统，进一步努力建立一个网络化的战场。微波中继移动自组网可以在Livesky和Bigsky无人机擅长的城市环境中进行有效的收放和操作。”

通过将持久系统公司的移动自组网无线电技术集成到小型无人机上，悬停飞行技术公司提高了其产品在密集城市环境中的操作能力。Livesky和Bigsky的系留能力使它们能够到达高层建筑上方，从而进一步扩展网络。更强大的网络能力为作战人员提供了实时态势感知，以快速、即时地做出战术决策。

悬停飞行技术公司首席执行官罗伯·托平说，“随着陆军正在努力建立战场网络，在我们的无人机上增加了微波中继移动自组网，增强了通信、情报、监视与侦察、离群侦察和安全能力。这种集成提供了一个非常需要的通信链路，使整个网络化解决方案成为可能。”

悬停飞行的无人机系统在离地200ft的高度上运行，系绳电缆提供持续的电力和高速以太网连接。随着嵌入式模块现已集成到悬停飞行技术公司的产品中，用户将受益于移动自组网在这个无障碍、优势位置提供的范围和性能，从而实现数英里的连接。

布赖恩·索莱斯补充道，“这种伙伴关系代表着生态系统的一个重要阶段。提供一个具有优势的通信中继扩展了所有微波中继生态系统产品的范围和性能。现在，无人地面机器人可以在复杂的城市环境中进行更深入的操作，传感器数据可以在更远的距离上进行检索。微波中继移动自组网的集成是网络战场上真正的能力倍增器”。

大赛广播和安全部署

Elistair公司已经宣布，在第53届超级碗赛期间，将为无人机系统提供系绳站，以提供电视广播和安全功能。微型系绳的加入地面站可以让无人机飞行数小时而无需给电池充电，从而保持持续的覆盖范围。

尽管美国联邦航空管理局宣布了严格的无人机禁飞区，但CNN成功地成为了少数几个批准的运营商之一，将其无人机用于实况转播，并将其绑在Elistair公司的“光”一T（Ligh-T）地面站上。

系留无人机的设置是一个DJI M200无人机与Elistair公司的“光”-T地面站的组合，并由矢量天线操作。该系统战略性地设置在CNN大楼屋顶，面对梅赛德斯一奔驰体育场。观众可以在屋顶以上45m的高度观看演出前后的空中影像。

在与CNKI系统平行且相同的区域，NFL指定的统一指挥小组还将DJI M200与Elistair公司的“光”-T地面站相连，以便对事件进行连续的空中监视。该公司是大型公共活动安保专家，在体育场附近的屋顶上安装了无人机。无人机提供统一的指挥和为NFL控制站与体育场内和周围人群运动的现场图像。DJI M200被系在LIGH-T上，在超级碗比赛中飞行了10h，在2天内总共飞行了14h。

NFL安全官员表示，他们希望尽可能多地使用该解决方案，因为该解决方案能够连续跟踪一个目标，而不必从固定摄像头转移到另一个，并且有可能在现场丢失该目标。

当连接到地面站时，无人机可以飞行数小时而无需中断操作来更换电池。系留无人机的工作高度高达100m，可提供广域的实时视频图像，并向决策者提供即时和相关的信息。

Elistair公司的首席执行官吉尔海姆·德·马里亚夫说，“我们对这一成就感到非常自豪;我们的系留无人机再次被证明是用于大型事件安全和广播应用的安全监视能力。在2018年莱德杯和最近在巴黎举行的和平论坛之后，第53届超级杯是展示我们系统在这些环境中效率和安全性的绝佳机会。”

Skyfire公司是一家公共安全无人机咨询公司，与佐治亚州世界大会中心管理局和佐治亚州应急管理局合作，宣布在亚特兰大举行的NFL锦标赛上部署了两架系留无人机。“这是首次使用无人机来确保大型无人机的安全，属于一级事件，”Skyfire首席执行官马特·斯隆说。“我们很荣幸地看到，这些机构委托我们对本州历史上最大的事件之一进行监视。”

Skyfire公司总部位于佐治亚州迪凯特市，距离梅赛德斯一奔驰体育场仅7miles。马特·斯隆和他的团队工作了一年多，以确保获得联邦航空局、联邦调查局和国土安全部的必要批准，从而开展这项活动，马特·斯隆说，“在“黑鹰”直升机下方几百英尺的地方协调和驾驶无人机非常有趣，我们离世界上最大的体育赛事只有几千英尺远。这个团队与佐治亚州的空中行动支持中心密切合作，并不断与联邦航空局和联邦调查局沟通，以确保行动的安全。”

马特·斯隆的团队中还有迈克·布莱恩特，他是Skydas集团资深的执法和反恐专家，帮助确定感兴趣和关注的领域。迈克·布莱恩特表示，“对地面上的人来说，实时的、可操作的信息是至关重要的，它让你对重大事件的反应比你不得不依赖的传统航空资产要快得多。无人机允许安全专家在抵达主会场之前发现异常行为。”每个设备包括DJI Matrice210飞机、Zenmuse 230变焦摄像头以及DJI/Flir Zenmuse XT2热成像摄像头。每架无人机都飞到离地200ft的最高高度，由无人机航空公司的“保险丝”（ FUSE）系绳系统提供安全控制和动力。

视频通过无人机感知软件平台传输，并由十几个地方的执法指挥中心观看。无人机感知业务开发主管、前FBI特别人员瑞恩·布雷肯说，“无人机可以以其他平台无法收集的方式收集信息，从而使类似这样的大型事件更安全。但是这种智能，无论是视频流还是其他数据，都必须实时地找到合适的人，使其可用，这就是我们的软件的优势所在。”

马特·斯隆说，这是他的团队计划应对的许多大型活动中的第一次，并期待与联邦执法部门和联邦航空局合作，以证明无人机如何在大量人群中有效和安全地使用。“这项技术正在改变游戏规则，尽管大型联邦机构拥有直升机机队，搭载相同的传感器。对于大型载人飞机来说，有些区域太小或不安全，”马特·斯隆说。“无人机技术是直升机的完美附属物，它使我们能够在不增加大量成本的情况下，以指数级方式增加安全飞行。”

航展监视

Elistair公司宣布，其“猎户座”（ Orion）系留无人机最近已与三角洲无人机联合部署，为拉弗尔特阿莱斯航展提供监视。此次部署是为了支持、协助消防队SDIS 91和宪兵团的安保工作，为40000名参观者提供安全保障。

德尔塔无人机公司（ Delta Drone）的智能安全系统（ ISS）部门专门为专业用途集成民用无人机服务，成功部署了系留“猎户座”系统，以增强对这一流行和繁忙事件的安全和监视。作为一种全自主、持久且配备最先进的光学监控摄像机，“猎户座”系统轻松集成到现有的事件安全和危机管理系统中。

“猎户座”无人机系统设计飞行时间超过10h，能够覆盖大型和难以到达的区域，为宪兵部队和SDIS 91消防队的指挥官提供了实时态势感知。有两个关键领域需要持久的鸟瞰：（1）可以协助停车场的现场组织，并监控其填充率和流量管理;（2）持续监控事件区域，包括监控活动跑道和滑行道的入侵情况，并在航展期間检测任何火灾危险。

“猎户座”无人机位于活动中心的一个限制进入区域内，配备了一台配备30倍光学变焦功能的稳定日/夜摄像头，能够提供数平方公里的监视。无人机通过本地4G网络将事件的实时图像传送到应急管理控制室。“猎户座”的部署为负责提供事件安全的应急服务部门提供了增兵能力。在执行任务期间，“猎户座”探测到靠近跑道的一处火情;由于可以从现场获取实时图像，消防员能够在火势进一步蔓延之前迅速扑灭。

在为期两天的活动中，“猎户座”无人机在机场的安全服务方面发挥着至关重要的作用。通过对该区域进行持续监控，“猎户座”有助于提高停车管理的效率和安全性，并将观众和参与活动的飞机的风险降至最低。使用系留无人机降低了对飞机和公众的风险，并允许“猎户座”在进行飞行显示时在活跃的机场上空飞行。

Larivibre Organization组织和航展组织者的主管帕斯卡尔·奥伯蒂总结了“猎户座”系统的使用，他说：“能够在一个即时且易于控制的视野下工作是多么的快乐。我们与公安运行指挥所（MAGEC）一起，首次证明了利用公共应急服务和私人商业设备为此类事件提供安全保障的有效性。除了即时的态势感知，能够提供车辆和观众的位置，有效管理这种大型集会也是一项关键资产。”