基于LTE的无人机图传网

尹军祖

【摘要】    本文分析了警用无人机的应用现状，提出了无人网图传网的设计方案，讨论了无人机的安全设计和网联无人机的几种应用场景。构建基于4G LTE专网技术的无人机图传网，不但可以实现无人机的统一管理控制，而且可以提高各警种的办公执法效率，提高应急指挥决策的能力水平，因此可有效地维护社会的安全与稳定。

【关键词】    无人机    LTE专网    图传网    低空空域

引言：

近年来，由于无人机使用成本低，有更大的技术和战术优势，应用范围更广，能够满足警务任务的许多特殊需求，无人机在公共安全领域专业应用得到迅猛发展。通过无人机开展智能化场景应用有了广泛的基础，有效解决了一些公安工作中“警力不足智力补”的任务[1]。在反恐处突、大型活动安保、群体性事件处置，以及交通、治安、刑侦、刑技、网安等专业警钟领域发挥了良好的社会和经济效益。

警用无人机的应用目前主要采用单点工作模式：出警时，无人机靠车辆装载运输到事发现场，再由警务人员现场放飞，现场控制。这种模式存在以下缺点：一是反应慢，接到指挥中心指令后携带无人机到现场，由于受交通，地理等因素影響，警务人员到达现场耗时长。二是距离短，无人机最大飞行距离一般不超过1公里，无法大范围执行任务。三是干扰大，一般采用800M或2.4G频谱承载飞控及图传，信号无加密，不同无人机系统间存在干扰风险。四是飞行管控难：管控困难主要是政策方面的管控而非技术管控，比如存在“黑飞”问题等。

前述缺点导致当前的警用无人机执法应用中存在以下两个问题：一是无法做长距离的飞控，无人机需要通过车辆运输到现场才能放飞，不能做到快速到场的应急处置，不能做超视距的飞行追踪。二是点对点控制无人机时，无法与指挥中心联动，无法与现有的警用系统（如GIS）做很好地结合，难以做到无人机系统和地面的警力的高效协作。因此改进无人机单点工作模式，探索采用新的无人机工作模式成为当务之需。

一、无人机图传网建设必要性

公共安全领域信息化建设是未来警力提高，政务效率提升的主要方式， 警用无人机视频传输系统的部署和无人机的应用将给公共安全部门带来极大的业务价值，主要体现在：

1.1深化社会管理创新的迫切需要

视频监控已成为加强社会管理创新的一个重要途径，大力推进视频监控设施建设，积极整合各类视频监控资源，可极大地推动社会管理创新工作的深入开展。但就目前公安视频监控系统的建设和应用水平看，离深度应用还有一定距离，如空中对地面图像信息资源较少、图像信息联网共享范围有限、图像信息和其他社会管理工作的关联度低、智能化应用水平低等。为进一步提升社会管理能力，客观上就要求大力推进无人机视频监控综合智能化的建设，以解决条块分割、部门壁垒和信息孤岛等问题，进一步提高视频监控图像信息的鲜活程度。

1.2提升应急指挥决策能力的必然要求

警用无人机视频图像信息具有及时、准确、动态、直观的特点，成为信息化条件下为各级指挥中心及时准确作出部署的重要决策依据，达到了快速处置各类应急突发事件、提升城市综合管理能力的效果。在安保以及处置各种应急突发事件中，综治、应急、公安和有关部门都已经普遍利用视频图像信息开展本部门业务工作，对视频图像信息的需求量越来越大，使其成为指挥决策的重要依据[2]。因此，可以利用警用无人机图像信息资源，切实提高应急处置指挥决策能力。

1.3服务于经济建设与社会发展的需要

构建无人机图传网不仅是为了打击犯罪、解决社会稳定，而且也是为经济和社会发展提供广泛服务的迫切需要。从目前的无人机应用看，虽已取得了一定的成绩，但仍有许多信息资源尚未开发，已开发的资源中还有一些不能实现共享，影响了信息资源的充分利用。而上述问题正是需要通过对行业视频监控信息化的深入应用来加以解决。

1.4加强警用无人机有效管理的需要

随着无人机的广泛应用，无人机的数量越来越多，为满足对无人机管理的需要，构建一个警用无人机视频监控的全局性系统，通过协调各方发展需求，兼顾综合目标，结合现有公安视频监控系统，进行系统规划、策划、设计和建设，搭建一套满足警用无人机使用的网络平台，实现全体警用无人机监控、管理和指挥调度。

二、无人机图传网方案

2.1 警用无人机图传的需求分析

根据警务工作对于无人机的应用需求，我们希望无人机能和指挥中心密切结合。因此需要由原来单点无人机工作模式升级到网联无人机管理模式。具体说就是指挥中心接警后，可以远程控制无人机起飞，无人机飞赴作业现场，采集图像视频直接回传指挥中心。其特点一是空域一体化，无人机飞行距离不受限，远程控制中心操控无人机;二是专网专用，采用专用的无人机图传网承载视频、数据、语音、控制信令等信息，实现连续不间断的视频回传;三是安全管控，由指挥中心统一管理警用无人机，无人机的调用、起飞到降落都纳入无人机图传网络统一控制，避免了无人机的各自分散管理状态[3]。

2.2 无人机图传网部署

无人机图传网采用4G LTE专网集群技术，可以在整个专网覆盖范围内构建4G LTE警用无人机图像传输系统，实现50m以上低空飞行区域和指定起飞点无人机起降区域的图像传输信号的覆盖，实现警用无人机能在50m以上低空空域进行视频回传。在频率选择上，采用1430-1438Mhz警用无人驾驶航空器及直升机专用频段，也可以在1430-1445Mhz专用对空覆盖频率内根据需要灵活选择不同频率带宽。由于图传网主要覆盖的是50米到500米范围内的低空区域，其对于周边通信系统无干扰，专用频段频率干净无干扰，同一网络内的无人机之间互不干扰[4]。

警用无人机图传网整体部署如下图1所示。

图传网基站：在高楼上，利用公安现有的通信站址或是运营商的站址，建设1.4G图传网基站，实现市域空域覆盖。

图传网核心调度系统：可以部署在公安视频专网的核心网机房，与图传网基站通过光纤或专线连接，提供核心交换和业务调度功能。

无人机起降点：无人机的起降点一般设在公安警航中队，由无人机操作人员负责无人机的起飞和降落的控制工作。

指挥中心控制台：利用1.4G 无人机图传网，在指挥中心实现对无人机的远程飞行控制、视频回传、云台控制、高空喊话等业务服务。

指挥中心大屏：将无人机回传的实时图像视频、无人机的状态信息在指挥大屏上显示，进行指挥调度。

2.3 图传网的无人机安全设计

利用图传网控制使用无人机时，为了防止使用中出现各种异常情况造成警务人员和人民群众的生命财产安全事故，可对入网的无人机进行如下安全功能设计：

1.导航模式自动检测切换。当无人机导航系统被干扰时（GPS、北斗、伽利略、格伦纳斯），无人机自动切换至定高模式，避免无人机定位不准导致飞机失控坠机，造成财产损失。

2.无人机自带降落伞装置。当检测到无人机倾角超过规定或者自由落体时，降落伞自动打开降低飞机落地速度，保障无人机和人员的安全。

3.低电量自动返航。无人机执行任务过程中，当电量低于安全阈值的时候，无人机自动启动返航程序，自动返回起飞地点

4.信号断链返航。无人机飞行地图拥有飞行区域内建筑物相对高度，规划航线时自动避开对应的高层建筑;当传输信号不稳定的时候，无人机自动提升至当前区域的安全高度，然后自動启动返航程序。

5.最大姿态修正。当在大风天气或者外力干扰较大时，无人机机自动调整最大姿态，防止震动系数过大导致无人机传感器数据错误，避免无人机失控。

除了上述几点之外，还可以进行无人机动力冗余设计、自动避障设计、低延时控制等，从而保障无人机在执行飞行任务时的安全性。

三、图传网环境下无人机工作过程

根据前述图传网络的特点，无人机工作过程可分为4个环节：

3.1无人机起飞

无人机在起降点起飞，由专业无人机操作人员负责无人机的起飞。如果起降点有1.4G警航图传网络覆盖，则可以采用1.4G网络进行无人机起飞的控制。如果没有1.4G警航图传网覆盖，则可以采用无人机2.4G频率进行无人机的起飞控制操作。

3.2无人机接入1.4G图传网

无人机在起降点升空后，进入1.4G LTE警航图传网覆盖范围，则无人机通过1.4G通信模块接入到1.4G LTE警航图传网，指挥中心可以监控到该无人机已经接入到警航图传网，可以对其进行控制。在升空过程中，无人机存在被地面起降点控制台和指挥中心控制台同时控制的情况，可以根据预先设定的无人机控制策略，决定由指挥中心远程控制或是地面起降点进行控制。

3.3指挥中心远程无人机控制

无人机接入到警航图传网后，指挥中心控制台可以对无人机进行远程控制，实现各种业务操作，主要业务操作有：无人机飞行远程控制，预定线路自动飞行控制，无人机实时视频回传，无人机云台远程控制;还可以根据无人机不同功能实现一些特殊控制，比如指挥中心控制台可以远程操控无人家实现高空照明、高空喊话进行人群疏散;操控无人机发射装置，发射催泪弹、烟雾弹、爆震弹等进行人员驱散;操控无人机空中发射抓捕网，抓捕不法分子等。

3.4无人机降落

指挥中心控制台可以设定无人机的降落点，无人机根据指挥中心设定的降低点，无人机飞至降落点，实现自动降落或操作人员接管无人机的降落。

四、无人机图传网应用场景

利用图传网和无人机，警方可以掌握全局，视野全面，实现360º无死角监控，弥补固定监控及人员巡查死角;不受交通与地理情况影响，高效获取精准的现场信息，进行快速决策与行动;可以应对多种复杂环境，全天候执行任务，保障工作安全性，降低风险;同时利用无人机可以挂载种类丰富的设备，实现多种警务应用场景诉求和工作需要。

4.1交通巡查执法

城市路网密集，交通繁忙，关键交通节点比如高架桥、立交桥等一旦出现事故，整个相关道路就会出现交通拥堵，交警赶赴现场执法取证往往成为一个难题。交警采用无人机搭载摄像头和喊话器，进行高空视频事故监控、事故车辆识别、和事故现场取证，同时进行交通实时疏导和指挥，不用到事故现场就可以进行事故处理和交通指挥，极大提升了执法效率。采用无人机实现高架定线巡航，可以从高空实时监控整个市区的交通情况，为交警指挥中心提供全域监控，提升交通疏导效率。

4.2水域巡查救援

有的城市河域和近海域面积较广，海警人员采用无人机可以实现水域的高空视频巡察，及时发现各种事故和异常情况。 一旦出现水域事故时，可以通过无人机实现事故现场的实时视频回传，便于指挥中心指导事故救援;也可以采用无人机搭载热成像仪、喊话器、探照灯和救生衣等设备，灵活机动快速处置水域突发事件，提升水域救援和执法的效率。

4.3社区民警日常巡查

警务人员采用无人机实现高空小区智能监控和疫情监控;无人机机载热红外探测仪夜间安全巡查;无人机搭载喊话器普及安全意识、普法宣传和疫情宣传等，高效可靠，减轻警务压力，极大提升执法办公效率，保证居民人身财产安全。

4.4反恐处突

当发生恐怖袭击或突发事件时，采用无人机快速实现高空监控，实时回传现场音视频信息;采用机载喊话器，对地面人员进行喊话警告驱离;利用无人机搭载四合一防爆弹发射装置，可发射催泪弹、烟雾弹、爆震弹等，用于恐怖行为、非法集会、聚集斗殴等进行驱散;对于恐怖分子，可空中精准发射抓捕网，防止不法分子逃脱，进行抓捕[5]。

4.5重大活动安保

随着中国经济的快速发展，对外交往日益频繁，每年会举办各种类型的大型活动，如：国际性运动会、马拉松赛等大型赛事。无人机和图传网在重大活动安保中发挥重要作用，实现重大活动全区域高空视频连续不间断的实时回传，指挥中心可以实时掌握全局，对各种异常情况的快速响应，极大提升了重大活动安保效率。

五、结束语

通过构建无人机图传网改变无人机的单点工作模式，通过图传网对无人机进行统一调度、控制和图传。可以实现交通事故的无人机出警，极大提高事故的处理效率;实现重点地区的无人机日常治安巡逻和刑事侦查，实现大型活动时对活动区域态势的实时空中监控等;由此大大提升公安机关办公执法效率，大大提高指挥中心的事件处置速度，这对于提高警务效能，优化警务模式，维护社会的安全与稳定具有积极意义。

参  考  文  献

[1]冷川川，郭中华，米荣奎.我国公共安全与应急无线通信发展趋势及全融合通信指挥调度网络[J].警察技术，2018，168（3）：34-37.

张鑫，唐寅.公安无线现场应急指挥调度应用解析[J]. 数字通信世界， 2016（10）6-10.

[3] 陈福连.情指行合成作战体系改革的探索与思考—以绍兴市公安局为例[J].浙江警察学院学报，2018，167（3）：106-110.

[4] 孙鹏飞，宋振苏，于洋.专网物联网技术研究[J].移动通信，2018，42（7）：92-96.

[5] 冯卓.新形势下公安机关情报指挥一体化的探索实践与完善策略[J]情报探索，2019，1（7）.