基于“北斗+手势识别”的疫情环境下社区辅助管理无人机

赵子弈　李少博　何子飞　卢继卫

摘要：现今全球疫情形势仍然严峻，社区防控是防止疫情扩散的必要措施。传统的社区防控需消耗大量人力物力且会带来接触感染的安全隐患。本文提出基于“北斗+手势识别”的疫情环境下社区辅助管理无人机的方案，将北斗导航系统运用于居民楼定位和无人机导航，操控无人机完成无接触式测量体温、递送物品、传达信息等功能，减小了物资消耗并保证防疫人员的安全，采用手势控制实现良好的人机交互，降低了传统遥控器可能造成的接触感染风险。方案使用北斗导航系统作为定位核心、leapmotion传感器作为手势识别中心，树莓派作为多功能的集成控制中心与同地面PC端的信息交互平台。

关键词：北斗导航;手势识别;疫情防控;社区管理

1.绪论

社区防控是防止疫情扩散的第一道防线，也是外防输入、内防输出的最有效防线[1]。环顾当今全球局势，有2个不争的事实，一是全球已进入后疫情时代，二是随着中国的全面崛起，中美在各个领域的竞争将愈发激烈，北斗卫星导航系统的全面建成显得意义非凡[2]。因此，借助无人机应用北斗导航系统于社区管理具有节省资源、提高效率、促进北斗导航系统应用等重要意义。

2.方案设计

2.1总体介绍

疫情下的社区封闭式管理往往需要防疫人员对社区居民进行温度测量、递送物品以及信息传达等工作。基于“北斗+手势识别”的社区辅助管理无人机系统可实现让操作者在非接触的方式下利用隔空手势对无人机进行遥操作控制，利用北斗衛星导航系统提供的位置数据实现对社区居民与无人机的定位进而完成定位导航，以模块扩展的方式实现防疫任务。

2.2实现方法

利用手势控制无人机进行社区防疫工作的过程涉及定位导航、手势识别控制以及一系列相关任务，通过对现有技术的调研，我们给出了以下实现方案。

2.2.1无人机定位导航

无人机的飞行动作主要由飞控模块进行控制，首先在无人机平台上加装树莓派微型计算机并与机载飞控连接进而实现对飞控的指令控制，再通过树莓派与地面PC端的信息交互实现地面对无人机平台的间接控制。

北斗系统提供的社区居民与无人机的实时位置输入导航控制程序后于地面PC端发送给树莓派，期间树莓派也会实时将无人机的位置以及各方向速度、角度等相关飞行数据反馈回地面，进而实现地面对无人机的实时定位导航控制。

2.2.2手势控制

社区管理过程中，无人机通过定位导航到达目的地后需要进行姿态或位置调整完成防疫任务。方案利用隔空手势作为指令进行无接触的遥感操作，手势控制的过程需要进行操作者手势的接收、识别与发送几个过程，我们通过专用于识别手部信息的Leapmotion传感器连接PC辅助实现手势控制。

2.2.3相关任务

本方案重点对体温测量、递送物品两个疫情防控与社区管理的主要工作进行了设计，并对功能扩展进行了分析。

体温测量

为方便在疫情期间对社区居民进行体温测量，需在无人机上搭载红外测温模块和摄像头模块并将二者配合使用。工作时，对于同一栋楼的居民，只需在住宅楼外墙阳台一侧控制无人机按楼层向上飞行，逐层测量体温即可。

递送物品

实现递送功能还需研究飞机载重飞行的能力，由于更大质量的物品只需在硬件方面配给更高动力的电机来适应即可，因此载重飞行的重点是对飞行姿态的控制，本方案采用Pixhawk开源飞控配合M8N高精度导航接收器的方法进行姿态控制，其中核心算法为卡尔曼滤波算法。[3]

扩展性分析

由于树莓派具有很多GPIO扩展口且有较高的计算能力，可以在以上的基础功能之外扩展出一些针对性的功能。例如对于一些需要喷洒消毒液的区域，可以在无人机上加喷洒设备来实现喷洒功能。

2.3系统组成与协作方式

社区辅助管理无人机系统主要由无人机、树莓派、BDS接收机、手势识别模块和其他功能模块组成。系统整体框架如图所示：

3.总结与展望

本方案将北斗卫星导航系统创新应用于社区管理并采用手势控制无人机，再借由扩展模块进行不同的防疫任务，丰富了北斗卫星导航系统的应用场景、减小了人力资源的投入、降低了传染隐患。目前手势控制无人机依然面临着诸如成本较高、电源待机时间短等问题，但随着无人机产业的发展和北斗导航系统应用的越发成熟，这些问题都将得到解决与改善。

参考文献

[1] 高文娟，吴浩，葛彩英，朱夏媛，赵新颖，孔慜，李智莉.智慧家庭医生优化协同模式在新型冠状病毒感染疫情防控期间社区居民健康管理中的应用[J].中华全科医师杂志，2020（05）：379-382.

[2] 汤金.基于北斗的无人机高精度自主导航与监控技术研究[D].哈尔滨工程大学，2019.

[3] 罗鼎馨，蒋近，许迪文.四旋翼载重无人机双闭环轨迹跟踪控制[J].微特电机， 2020，48（09）：39-44.