多旋翼无人机在机动应急广播中的应用分析

刘卫宏，陈顺峰，黎 建

（1.中广电广播电影电视设计研究院，北京 100045；2.广播电视与视听新媒体智慧监管国家广播电视总局重点实验室，北京 100045；3.湖北省新闻出版广电监管中心，湖北 武汉 430071）

0 引 言

随着应急广播系统的持续建设，全国大部分区县的应急广播系统已经在县、乡、村落地。但是，这些应急广播的终端基于固定设施建设，必须以供电条件和固定支撑物为依托，如果在不具备条件的地点发生突发事件，将无法提供应急广播服务。目前，多采用机动应急广播车搭载应急设备进行应急广播作业，但在机动应急广播车无法到达或到达有困难的区域，机动应急广播车的作用将受到严重制约。如果在机动应急广播车的基础上，使用无人机搭载应急广播装置组成应急广播无人机系统，能很好地解决这一难题。应急广播无人机系统可以根据应急广播工作现场的需求进行高空应急广播作业，实现应急广播节目转播、现场音视频采集、高音喇叭广播、对讲、远光照明以及应急救援等功能［1］。

1 机动应急广播无人机系统

机动应急广播无人机系统由机动应急广播车和应急广播无人机系统组成。无人机系统包含地面无人机平台、空中无人机平台及配套设施，如图1所示。一般地，机动应急广播车作为机动应急广播的地面载体，负责和应急广播中心的应急广播平台通信并搭载地面无人机平台。应急广播无人机系统负责完成在机动应急广播车无法到达或到达有困难的区域进行应急广播作业。本文主要分析应急广播无人机系统的地面无人机平台和空中无人机平台。

图1 应急广播无人机系统示意图

1.1 无人机介绍

无人机一般分为固定翼无人机和多旋翼无人机两种。固定翼无人机要求飞行场地开阔，飞行过程中会产生通道间耦合，速度快，起降环境和操作控制要求高，因此不适合在机动应急广播系统中使用。而多旋翼无人机操控灵活简单且成本较低，非常适合在应急广播系统中使用。多旋翼无人机根据其飞行范围，可以分为自由多旋翼无人机和系留多旋翼无人机两种。

自由多旋翼无人机采用聚合物电池动力或油电混合动力，只能在其动力许可的范围内自由飞行，载荷能力5 ～10 kg，在额定载荷下有30 min 以上续航时间［2］。自由多旋翼无人机具备自动起飞、自动返航、巡航飞行、手动操控及空中悬停等飞行功能，并具有任务执行能力，可按照设定的航线飞行到指定目标执行拍摄、警报、照明、气体检测及应急救援等任务。

系留多旋翼无人机又称系留式无人机，是多旋翼无人机的一种特殊形式。它使用系留线缆传输的地面电源作为动力来源代替传统的锂电池，最主要的特点是具有长时间滞空悬停能力，荷载能力相对较强，但活动范围受系留缆限制，适用于应急广播现场监控、现场指挥以及定点广播等场合，能够携带大载荷长时间留空作业［3］。系留多旋翼无人机具有滞空时间长、载荷能力强以及安全性高等特点，但由于系留缆的限制，其飞行区域必须在系留缆的范围内，且在飞行过程中要考虑周边线缆或建筑物对系留缆的影响。

本文分析的应急广播平台搭载于自由多旋翼无人机，在特定情况下也可以根据实际使用需求选择系留多旋翼无人机。

1.2 应急广播无人机系统组成

应急广播无人机系统按使用时的作用划分为地面无人机平台和空中无人机平台。

地面无人机平台负责与空中无人机平台通信，通过无线电通信完成无人机与车载应急广播系统的对接，实现飞行指令控制、飞行轨迹控制、视频回传、应急广播信号传输以及应急对讲等功能，并可将无人机的飞行状态、位置信息及航线信息通过通信系统回传到应急广播中心平台，同时显示在本地控制台上。

空中无人机平台负责接收地面平台的控制指令，根据地面指令执行飞行、图像采集、应急广播信号发射以及远程机动对讲等任务，同时将无人机的位置信息和采集的图像等数据回传到地面站平台。

1.2.1 硬件系统组成

应急广播无人机硬件系统是平台各项功能的载体。地面无人机平台硬件包含地面控制主机、显示屏幕、控制台、地面应急广播接口、控制无人机通信模块以及动力系统等部分。空中无人机平台主要包含机上控制单元、无人机飞行总成、机械动作设备、定位模块、与地面的通信模块、无人机动力系统以及可选择的飞行载荷等，如图2 所示。无人机动力系统可以根据荷载要求配置高性能锂电池或油电混合动力设备。无人机荷载可以根据无人机执行任务的需要及无人机荷载能力，选择配置微型摄像机、高音喇叭、微型无线发射机、机械手、照明设备及药品等物资，也可根据需要悬挂救援器材如救生圈和饮用水等。系留无人机可使用地面供电，因此具有较强的荷载能力和长时间空中悬停能力，可以携带较多、较重的应急广播设备。

1.2.2 软件系统组成

应急广播无人机软件系统是指驻留在硬件平台上的控制软件，包含地面无人机平台软件和空中无人机平台软件。地面无人机平台软件以综合管理系统为核心，包含应急广播平台接口、可视化展示模块、安全模块、无人机飞行操控模块、音视频传输模块、应急广播发射机控制模块、无人机上机械设备控制模块以及地面平台与空中平台的无线通信模块。空中无人机平台软件包含综合控制系统、地面通信模块、飞行定位模块、无人机飞行指令模块、音视频数据采集模块、发射机接口模块以及机械动作执行模块，如图3 所示。

1.3 应急广播无人机参数要求

根据机动应急广播系统工作需要，应急广播无人机需满足如表1 所示的性能参数要求。

图2 应急广播无人机平台硬件组成

图3 应急广播无人机平台软件组成

表1 应急广播无人机系统的主要参数要求

2 应急广播无人机系统特点分析

针对特殊情形下区域应急广播的需要，一套智能化程度高、适用于复杂环境的应急广播无人机系统具有诸多特点。第一，通过自动控制功能，无人机可携带设备和机械自动起降与悬停，可按照预定轨迹巡航。第二，通过搭载轻型应急广播设备，无人机可在短时间内实现和地面应急广播设备等同的应急广播功能。第三，通过搭载大喇叭可进行区域语音广播，无人机在低空时可通过搭载拾音头进行语音采集，也可通过搭载对讲设备和控制台进行语音对讲。第四，无人机可搭载微型摄像机对应急现场进行高清拍摄，并将拍摄的高清视频回传到地面无人机平台。地面平台通过应急广播车将视频回传到应急广播平台和指挥中心，供应急广播指挥调度中心指挥决策。第五，无人机可搭载应急救援物资进行应急救援，包括轻型救生圈、食物、饮用水、急救药物或器材等，也可以根据指令飞行至任意指定救援位置递送救援物资。第六，无人机可用于应急广播设备的巡检。对于分布在地质灾害点、高山台站及分散居民点的应急广播设备、设施，平时可利用自由无人机搭载的发射机，结合应急广播平台控制设备进行设备工作状态巡检［4］。

3 结 语

无人机应用于应急广播系统尚处于初始阶段，还需要在具体应用中根据实际场景不断进行创新。随着技术的不断发展，无人机技术和应急广播技术将紧密配合，根据应急广播的需求不断完善和提升无人机及其控制平台的功能，进而推动无人机在应急广播领域的应用。单架无人机在自身动力、有效载荷及数据信息整合能力方面存在局限，因此多架无人机集群化、协同化及智能化将成为无人机技术发展的必然趋势。在较大应急广播事件中使用多架无人机协同工作，将大大提高应急广播在应急事件中的处置能力，提高应急广播的可信度。此外，如果使用多架无人机联合作业，对大范围应急广播设施进行联合巡检，将大大提高巡检效率。