防汛无人机的机型选择及应用方向

王宇佳

（陕西省防汛抗旱总指挥部信息中心，陕西 西安 710004）

防汛无人机的机型选择及应用方向

王宇佳

（陕西省防汛抗旱总指挥部信息中心，陕西 西安 710004）

研究新型技术，提高防汛应急抢险能力，是防汛信息部门的重要工作。通过对比不同类型的无人机特性，结合防汛工作特点，选择多旋翼无人机作为防汛无人机。将其成熟的技术应用到巡查预警、应急救援、灾情评估等防汛工作中，有效提高防汛工作的信息化水平, 为科学有效的指挥决策提供重要支撑。

防汛；无人机；应急抢险

无人机是集无线电、电子信息、自动化、人工智能、材料等学科先进成果于一身的不载人飞行器，相对于载人机具有结构简单、飞行灵活、运维便捷、低成本等特点。能在抗洪抢险、地质灾害、森林防火等工作中执行巡查预警、应急救援、灾情评估等任务，为科学有效的指挥决策提供重要支撑。本文通过分析无人机的类型，以及防汛工作特点及需求，探讨适合防汛工作的无人机机型，以及无人机的应用方向。

1 防汛无人机的应用特点及要求

汛情主要是由于强降雨、台风等极端天气因素，可能导致山地灾害、城市内涝、江河洪水等灾害的状况。防汛就是防洪，防止和减轻洪水灾害。防汛工作具有汛情发生突然、救灾救人紧迫、作业环境恶劣等特点。根据防汛工作特点，对防汛无人机起降场地、飞行性能、功能、易用性等方面有一定要求。

1.1 起降场地要求

由于无人机在防汛工作中的应用都在户外恶劣环境下进行，一般不具备良好的场地环境。所以要求防汛无人机在复杂地形下可以起飞，不受场地制约限制。并且要满足快速响应的需要，能在短时间内完成起飞操作执行任务。

1.2 飞行性能要求

防汛工作气候环境苛刻，时常伴有大风大雨，经常要对一些险工险段进行持续性拍摄；在救援工作中需要携带一些物资或设备。所以要求无人机低空飞行灵活具有一定的抗风防雨能力，能够稳定悬停，并且要有一定的载荷能力，满载续航要达到30 min以上。

1.3 功能

无人机在手动遥控飞行的同时必须具备自主飞行的能力，且需按照预设任务自主完成飞行任务并安全降落，在出现故障或通讯不畅等紧急情况下自动返回指定地点安全着陆。可顺利接入卫星通讯车，实现图、声的远程传输。在挂载各种专业设备并协同工作，实现摄影录像、空中播报、物资投放、红外搜救、三维建模等功能。

1.4 易用性

快速响应是防汛工作特性，无人机及外设要基于模块化设计理念设计制造。使之便携、拆装方便，最大程度缩短起飞前的准备时间。操作简单，容易上手。

2 防汛无人机机型选择

无人机主要由机身框架、动力系统、飞行控制系统、无线传输系统、地面站系统5部分组成。一般分为固定翼无人机、直升无人机、多旋翼无人机3大类。

2.1 固定翼无人机

固定翼无人机靠发动机、电机驱动螺旋桨，或者涡轮发动机产生的推力作为飞机向前的动力，主要的升力来自一定角度的机翼穿过气流产生的浮力。所以，固定翼飞行器必须要有一定的空气相对速度才会有升力来飞行[1]。

优点是飞行速度高、续航长、载重大，缺点是起降需要跑道或弹射器、操作难度高、不能悬停。所以，固定翼无人机的应用具有一定的局限性。

2.2 直升无人机

直升无人机与载人直升机工作原理基本相似。依靠发动机或电机提供旋转动力，主旋翼提供升力，尾旋翼通过陀螺仪侦测的回转角调整螺距抵消主桨产生的反作用力，从而平衡机身和左右转弯。另外通过倾斜盘调整主旋翼桨叶角使主桨周期变距，达到调整主桨旋转平面不同区域的升力的目的，从而实现向前、后、左、右方向飞行[1]。

优点是载重较大、能悬停，缺点是操作难度高、机械结构架复杂、不适用于复杂地形、成本高。所以，直升无人机仅适用于具有一定载荷及悬停要求的作业环境。

2.3 多旋翼无人机

多旋翼无人机同直升机一样是垂直起飞的，需依靠多个旋翼产生的升力来平衡飞机的重力，实现起飞。无需改变桨叶角、螺距等参数，也不需要陀螺仪、侧倾盘等设备，只需通过飞行控制系统改变驱动各个旋翼的电机转速便可轻松控制前、后、左、右、左转、右转、上升、下降多种飞行姿态[1]。由于具有多个旋翼，多旋翼无人机可以比较平稳的悬停，也比较灵活，在一定速度范围内以任意的速度飞行，基本上就是一个空中的飞行平台。可在平台上加装摄像机、高音喇叭、抛投器、正摄像机、倾斜相机、多光谱相机、红外相机等，实现各种作业需要。

优点是操作简单、运维便捷、起飞环境要求低、能平稳悬停；缺点是载重小、续航时间较短。所以，作为空中飞行平台的旋转翼无人机优点大于缺点，应用较为广泛。

2.4 防汛无人机的机型选择

三种无人机的特点比较见表1。

表1 固定翼无人机、直升无人机、多旋翼无人机特点比较

由于跑道或弹射器不易搭建，不能满足随时随地起飞、快速响应的需要，且固定翼无人机不能悬停，故不适合防汛工作。直升无人机、多旋翼无人机均满足快速响应和悬停的需求，但相比直升无人机较高的操作难度和维护成本，多旋翼无人机是一个比较纯粹的空中平台，具有操作简单、维护便捷等特点。故多旋翼无人机适用于防汛工作。

3 应用方向

3.1 巡查预警

对危险区域进行巡查预警。在强降雨等极端情况下，驾驶搭载高清云台摄像机的无人机对危险区实况进行拍摄。通过超短波通讯技术将高空实时画面传输到地面站，进而通过和卫星通讯车的连接传回指挥中心，让各方获得直观的实时汛情。为快速、科学的防汛决策提供有力支撑[2]。

3.2 应急救援

高空喇叭全面疏散。使用无人机挂载无线高音喇叭高空巡航，空中广播预警语音。在群众紧急撤离、疏散工作中能起到便捷、高效的作用。群众被困，实时的高空喊话可起到安抚作用，协助救援。

自动抛投定点救援。人员被困无法接近时，使用无人机挂载高空抛投器，将救生衣、绳索、急救包、食物等物资准确投向被困人员，对其施救。

红外搜救失踪人员。受灾地区通常难以进入，失踪、被困群众搜救工作比较困难，使无人机挂载红外摄像机全面搜索灾区，可快速搜寻被困群众，为施救赢得宝贵时间。

根据空中平台挂载的不同设备实现各种救援功能，大大提高了应急救援的效率，将灾害损失降到最低程度。

3.3 灾情评估

通过地面控制站对灾区空域进行规划，使挂载正射摄像机的无人机按照规划的高度和路径自动飞行采集正射影像数据。使用软件对收集的影像数据进行整理、计算，获得高素质的数字正射影像图（DOM）。为灾情评估提供重要依据。

通过无人机代替有人机获得数字正射影像图的方法简单、便捷且成本较低，可应用到各个行业领域，值得推广。

3.4 三维建模

对各类防洪、水利工程主体进行拍摄、建模、测量及分析。

同样，通过地面控制站对特定设施的空域进行规划，使挂载五镜头倾斜相机的无人机按照规划的高度和路径自动飞行采集图像数据。通过三维建模应用软件将采集的图像数据整理、计算，得到一个包含高程、距离等量度信息的三维数字模型。

通过量化的三维模型可进行线面绘制、距离测量、高度测量、三角测量和面积测量等多种量测。测量所得数据可应用于其他专业分析软件进行一系列分析，如淹没演示分析、填挖分析、剖面分析、通视分析等。为防汛、水利工程的规划、设计起到重要作用。

4 结语

多旋翼无人机平台凭借高灵活性、易用性、低成本等特点，使其在防汛工作中的重要作用逐渐显现。根据防汛工作需要，无人机技术可应用到巡查预警、应急救援、灾情评估等防汛工作中，有效提高防汛工作的信息化水平，为科学有效的指挥决策提供重要支撑。

[1]魏瑞轩，李学仁.无人机系统及作战使用[M].北京:国防工业出版社.2009.

[2]王新,陈武,汪荣胜,等.浅论低空无人机遥感技术在水利相关领域中的应用前景[J].浙江水利科技，2010，11（06）：27～29.

TP391

A

1673-9000（2017）05-0168-02

2017-08-14

王宇佳（1985-），男，陕西西安人，助理工程师，主要从事防汛、水利信息化工作。