人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，縮寫 UAV），是一種有動(dòng)力、可控制、能攜帶多種任務(wù)設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復(fù)使用的無人駕駛航空器。無人機(jī)根據(jù)空機(jī) 質(zhì)量，可分為微型、輕型、小型、大型;根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，又可分為 軍用與民用。無人機(jī)是利用導(dǎo)航技術(shù)、動(dòng)力技術(shù)測(cè)速技術(shù)以及 芯片等技術(shù)，具有低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、可重復(fù)使用等諸多優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)用規(guī)模從早期的偵探、演戲等軍用范圍擴(kuò)大到能源勘探、天 氣預(yù)報(bào)及解決緊急事務(wù)等非軍用范圍。無人機(jī)的高效率、高清 晰度等優(yōu)勢(shì)，是原有的人造地球衛(wèi)星所不能相提并論的，逐漸 受到研發(fā)者和消費(fèi)者的喜愛。

1 無人機(jī)安防監(jiān)察系統(tǒng)的組成

無人機(jī)安防監(jiān)察系統(tǒng)包括無人機(jī)、后臺(tái)控制系統(tǒng)以及無 線通信技術(shù)系統(tǒng)。后臺(tái)控制系統(tǒng)經(jīng)由無線通信技術(shù)給無人機(jī) 傳輸命令，無人機(jī)利用無線網(wǎng)絡(luò)將視頻影像發(fā)送到后臺(tái)控制系統(tǒng)。

1.1 無人機(jī)

無人機(jī)由飛機(jī)機(jī)體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、回收系統(tǒng)、電 源系統(tǒng)等系統(tǒng)構(gòu)成，如圖 1 所示。

圖 1 無人機(jī)系統(tǒng)組成

（1） 飛機(jī)機(jī)體或者稱是指無人機(jī)的支撐平臺(tái)，一個(gè)好的機(jī)體應(yīng)該考慮到結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)耐用布局合理也要考慮到輕量化和 布局美觀。

（2） 無人機(jī)的核心組成部分是飛控系統(tǒng)。它負(fù)責(zé)飛行姿態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵部分，對(duì)整個(gè)無人機(jī)性能起著無可替代 的功用。

（3） 無人機(jī)系統(tǒng)的重要紐帶是數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。它是一個(gè)智能的通訊系統(tǒng)，完善各個(gè)系統(tǒng)工作參數(shù)使之達(dá)到性能與節(jié)能 的平衡。

（1） 無人機(jī)回收系統(tǒng)的功用是在無人機(jī)電量不足或失聯(lián)的情況下能夠自動(dòng)地按照既有程序返航。

（2） 電源系統(tǒng)是保證無人機(jī)電量分配給不同配件來使用，通過優(yōu)化電源能耗來達(dá)到無人機(jī)更好的飛行體驗(yàn)。

1.1 后臺(tái)控制系統(tǒng)

后臺(tái)控制系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的遠(yuǎn)距離控制、收 集無人機(jī)傳回來的影像、及時(shí)展示出無人機(jī)的地理位置和查 找或制定飛行軌跡。

（1） 遙控手柄通過 WI- FI 并向無人機(jī)傳送命令，對(duì)無人機(jī)的軌跡進(jìn)行操控的同時(shí)把懸掛在機(jī)體下方的攝像頭拍得 的影像回傳到操作者。

（2） 后臺(tái)操作者可以隨時(shí)觀看無人機(jī)傳回來的影像。

（3） 實(shí)時(shí)展示出無人機(jī)的地理位置，利用 GPS 定位衛(wèi)星，定位無人機(jī)的瞬時(shí)方位。

（4） 無人機(jī)的飛行軌跡能夠跟隨操作者的指示，同時(shí)也能夠根據(jù)大數(shù)據(jù)分析來標(biāo)定，大數(shù)據(jù)可以更有針對(duì)性地進(jìn)行 安防監(jiān)察。

1.2 無線通信技術(shù)系統(tǒng)

無線通信是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特 性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。

無線通信技術(shù)系統(tǒng)的基本原理如圖 2 所示：微型攝像機(jī)采集圖像信息;對(duì)采集到的圖像壓縮編碼，以便選擇實(shí)時(shí)和準(zhǔn) 確的圖像信息;信道編碼用于進(jìn)行糾錯(cuò)編碼;然后通過信號(hào)控 制對(duì)目標(biāo)圖像信息處理與識(shí)別;將處理后的信號(hào)擴(kuò)頻放大，使 控制中心收到連續(xù)的信息通信。

圖 2 無線通信技術(shù)系統(tǒng)的基本原理圖

2 無人機(jī)安防監(jiān)察系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)需要包括以下模塊：終端控制計(jì)算機(jī)、WI- FI 傳輸模塊、CPU 模塊、電動(dòng)機(jī)模塊、高度控制模塊、采集影像模塊及GPS 模塊。無人機(jī)安防監(jiān)察系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理圖如圖 3 所示。在無人機(jī)自主飛行過程中，控制終端計(jì)算機(jī)會(huì)隨時(shí)根據(jù)各無人 機(jī)的航線飛行情況，重置飛行路線，最終完成總航線的重復(fù)飛 行監(jiān)控。在緊急情況下，無人機(jī)也可手動(dòng)遙控飛行，飛行數(shù)據(jù) 實(shí)時(shí)傳輸顯示在計(jì)算機(jī)上。

圖3 總體系統(tǒng)原理框架

3 無人機(jī)安防監(jiān)察具體應(yīng)用

目前無人機(jī)在消費(fèi)級(jí)航拍以及專業(yè)影視攝像有不錯(cuò)的應(yīng) 用，由于無人機(jī)在抗震救災(zāi)、邊防巡查、勘探搜索領(lǐng)域有不錯(cuò) 的應(yīng)用前景，而這部分大多與國防相關(guān)。因而，全世界對(duì)無人 機(jī)研發(fā)大部分聚焦在軍用安防監(jiān)察的領(lǐng)域上來。由于無人機(jī) 速度較高，科技含量高，而且其組成的自動(dòng)控制執(zhí)行任務(wù)往往 是高難度、高強(qiáng)度、高危險(xiǎn)的，因此，對(duì)于這一類無人機(jī)的研究 較為細(xì)化和深入。通過基于無人機(jī)拍攝的影像可以及時(shí)發(fā)現(xiàn) 安防監(jiān)察問題，監(jiān)測(cè)敏感區(qū)域，識(shí)別車輛、人員，提供更為準(zhǔn)確 清晰直觀的證據(jù)，而隨著商業(yè)高分無人機(jī)的普及和無人機(jī)技 術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步增加了防御監(jiān)察信息系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和 問題處理效率。

（1） 監(jiān)控巡察。利用攜帶攝像機(jī)裝置的無人機(jī)，可以像鳥類一樣在空中鳥瞰整個(gè)街區(qū)。通過其航拍的影像實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí) 傳輸影像，利用虛擬視頻技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻影像中的目標(biāo)，并 對(duì)其開展持續(xù)動(dòng)態(tài)追蹤，最終獲得其行動(dòng)軌跡。

（2） 災(zāi)區(qū)救援。使用配備了高清航拍攝像頭的無人機(jī)對(duì)災(zāi)區(qū)展開航拍，傳回實(shí)時(shí)影像。無人機(jī)動(dòng)作敏捷，對(duì)于分秒必爭(zhēng)的災(zāi)后救援任務(wù)而言非同凡響。同時(shí)，無人機(jī)承擔(dān)了救援工作的安全，通過航拍的方式，避免了易發(fā)二次災(zāi)害的高危地區(qū)， 將為突出救災(zāi)地區(qū)、選擇保險(xiǎn)的救災(zāi)途徑還有為災(zāi)后重建提供了重大參考價(jià)值。另外，無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)全地形監(jiān)測(cè)反饋以防引發(fā)連鎖反應(yīng)。

（3） 土地測(cè)繪。無人機(jī)航拍有成本低、操控簡(jiǎn)便、效率高等優(yōu)勢(shì)。所以采用無人機(jī)航拍來獲取基本地形資料是較為可 行的方式。通過項(xiàng)目調(diào)研、數(shù)據(jù)獲取、制定計(jì)劃、執(zhí)行作業(yè)以及 數(shù)據(jù)處理等步驟制作完成并對(duì)成果進(jìn)行檢查整理。

（4） 野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)。無人機(jī)能夠在不打擾動(dòng)物的前提下對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。這就為動(dòng)物的繁衍、遷徙等提供了很高的參考 價(jià)值，這在山多路窄的野外道路意義非凡。無人機(jī)安防監(jiān)察系 統(tǒng)還可以提供群居動(dòng)物的生存情況，這項(xiàng)應(yīng)用對(duì)于高海拔地 區(qū)的觀測(cè)起著關(guān)鍵作用。

（5） 農(nóng)林植保。傳統(tǒng)地基于地面的植物組成與結(jié)構(gòu)調(diào)查由于所獲得的數(shù)據(jù)精度差、人力成本高、覆蓋范圍小等限制， 很難應(yīng)用到較大的取樣面積。無人機(jī)遙感技術(shù)可以部分上彌 補(bǔ)這些限制，目前應(yīng)該嘗試著在植物資源調(diào)查、物候監(jiān)測(cè)、植 物

病蟲害監(jiān)測(cè)等方面。無人機(jī)業(yè)內(nèi)人員都認(rèn)為農(nóng)業(yè)是無人機(jī)應(yīng) 用的一個(gè)巨大區(qū)域。無人機(jī)通過自身懸掛可以用來播種和噴 灑農(nóng)藥，還能監(jiān)察農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)和收成情況。無人機(jī)不僅能提 高農(nóng)藥的噴灑效率，而且能有避免人類長(zhǎng)期暴露在農(nóng)藥的周 圍，提高人的安全。無人機(jī)還可以在農(nóng)田上空懸停并發(fā)出錄音 驅(qū)鳥的聲音來驅(qū)散對(duì)植物生長(zhǎng)不利的鳥類。

（6）高速公路監(jiān)控。中國目前建成了大約 13.1 萬km 的高速公路。有些高速公路要穿越山脈、河流等復(fù)雜路況。可以用 無人機(jī)的安防監(jiān)察系統(tǒng)來檢查道路的完好程度、遙感測(cè)繪和 觀測(cè)交通擁堵及車禍預(yù)警。無人機(jī)安防監(jiān)察系統(tǒng)還可以參與測(cè)速等違章拍攝的工作中。

（7） 采礦操作。利用無人機(jī)安防監(jiān)察系統(tǒng)可以測(cè)量礦井的體積。通常的方法是派專員深入礦井進(jìn)行測(cè)量，如今無人機(jī) 也能夠勝任。應(yīng)用無人機(jī)安防監(jiān)察系統(tǒng)可以給礦坑建模，甚至 可以深入礦坑進(jìn)行作業(yè)。

（8） 能源巡視。能源巡視是責(zé)任重大的工程。輸油管路的巡查、光纜管道的檢察都要耗費(fèi)檢察人員巨大的財(cái)力、物力、 人力。舉個(gè)例子，通信鐵塔通常每隔 1000m 架設(shè)一個(gè)。人工巡查的效率是非常低的，利用基于無人機(jī)安防監(jiān)察系統(tǒng)可以橫跨河流、狹窄山路等路況，為提高巡查效果提供保障。

（9） 電力巡檢。無人機(jī)巡視時(shí)搭載有集成紅外、可見光的檢測(cè)設(shè)備，可對(duì)線路進(jìn)行紅外測(cè)溫和可見光檢查，目前，運(yùn) 用無人機(jī)開展日常巡視及特殊巡視的工作內(nèi)容主要有對(duì)輸電 線路導(dǎo)地線、上部塔材、金具、絕緣子、附屬設(shè)施、線路走廊等 進(jìn)行常規(guī)性檢查。

（10） 鐵路工程建設(shè)。中國高鐵的建設(shè)風(fēng)起云涌。鐵路建設(shè)往往因某些原因會(huì)經(jīng)過不穩(wěn)定的邊坡地段，因此在第一時(shí) 間獲取到這一地段的測(cè)量是非常關(guān)鍵的，這一任務(wù)可以通過 無人機(jī)的低空攝像技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語

由于無人機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以在安防監(jiān)察等領(lǐng)域有 獨(dú)特的應(yīng)用。同時(shí)，還能在災(zāi)區(qū)救援、能源監(jiān)察等諸多領(lǐng)域有 所應(yīng)用。隨著國內(nèi)低空空域的開放，無人機(jī)安防監(jiān)察系統(tǒng)會(huì)愈 發(fā)普及。

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