无人机数字智能化在航标巡查中的应用

陈婕珺 南海航海保障中心广州航标处

潘勇 广州誉宸信息科技有限公司

1.引言

航标巡查一般采用巡检船舶和航标维护专用车辆现场巡查等方式获取如航标位置，航标显型，航标涂色及灯质等信息，从而对航标的状况进行分析，其目的是及时发现航标故障并采取有效措施在第一时间进行排除。航标维护巡检巡视是航标维护管理的重要组成部分，能够有效保障航标效能的正常发挥从而保障船舶通航安全。然而以上提到的传统的航标巡检巡视方法耗费人力、物力、成本高、范围有限。目前无人机已在航标巡查中发挥了重要作用，作为一种安全灵活高效的新型空中监控手段，将无人机应用到航标维护管理中具有重要的意义。为此本文研发了一种无人机数字智能化巡查方法并介绍了该方法在航标维护管理中的应用。

2.航标维护管理现状

2.1 航标维护管理的基本方法

加强航标日常巡检巡视工作并做好定期维护保养，航标维护管理的基本方法。对于航标巡检巡视，可按照作业方式分为现场航标巡检巡视和遥测遥控电子化监控两种类型。

2.1.1 现场航标巡查

传统的航标现场检查是航标管理工作人员定期或不定期的使用航标作业车、船等交通工具到达航标现场进而开展航标检查维护工作。在这种方式下工作人员可以现场查看航标状态，对已存在问题进行现场修复，同时预防性发现并排除航标故障，具体检查内容包括航标位置检查，航标结构和设备检查、清洁、浮体保养和涂色，航标效能技术测定，同时还包括航标灯器及附属设备的工作电压和电流的测量等工作。

2.1.2 遥测遥控电子监控

遥测遥控电子监控是利用具有遥测遥控功能的业务系统或平台对航标的运行状态进行远程监控及管理的非现场巡检行为。借助该系统或平台，航标管理人员可通过在电脑终端或手机APP,即可实时监测航标位置、灯质、电压、电流等的工作状态。当系统发现航标状态异常情况，会第一时间自动报警。由此提高了航标相关管理部门发现问题的时间效率，能够及时采取相关措施。此外，航标管理人员可以远程操控灯器如打开、关闭、自动发光等，当灯器发生故障后，可以立即通过航标运行信息监控系统故障原因作出初步判断，其中一部分故障远程即可恢复，从而在很大程度上提高了灯器故障修复效率。

3.无人机数字智能化在航标巡查工作中的应用

传统的现场巡查还存在以下缺点如巡检巡视工作量大、成本高，巡查周期长、效率低，人员安全性差。遥测遥控监控也存在自身的局限性如遥测遥控无法监测到航标标体遭受撞击发生变形、标体颜色褪色，此外，偏远海域还未覆盖遥测遥控。因此为提升航标日常航标维护管理效率，降低航标维护管理成本，本文针对珠江某一水域的航标维护管理研制了一套无人机数字化智能巡查系统，通过建设无人机巡查系统方法，实现无人机自动化巡检巡视，数据信息化管理，进一步提升航标日常维护管理精细化管理水平。

3.1 技术路线

通过开发移动端操作系统对巡查任务进行设定，固化航线，巡查工作人员将无人机携带到指定起降位置，一键式任务执行，无人机按照固定航线进行自动化巡查。巡查结束后，将巡查数据导入数据管理平台，进行集中分析、管理，按照标准模板自动生成巡查任务完成报告，技术路线如图1所示。

3.2 具体实施方案

本节针对航标日常巡查任务需求对无人机选型、移动端操作系统研发、巡查数据管理平台研发三个方面工作进行介绍。

图1 技术路线图

图2 无人机与遥感器选型

图3 珠江某一水域航标拍摄影像数据

图4 移动端操作系统界面展示

3.2.1 无人机与遥感器选型

系统采用无人机作为基础平台，通过搭载专业遥感器，对航标进行日常巡查。

（1）选用的无人机具有防雨防尘，续航时间33分钟，悬停精度10cm，抗干扰能力强等特点，可挂载可见光、热成像多种遥感器，下部双云台同时搭常规相机和变焦相机。

（2）常规相机选型上，采用具有可见光遥感器，可用于航拍、空中巡查、物体空间信息采集的机型。有效像素2080万，图像分辨率4:3,5280×3956；16:9,5280×2970，可拍照、录像。可变焦相机具有可见光遥感器，对结构物或病害进行放大检查，有效像素213万，最大30倍光学变焦（200米高可看清车牌），可拍照、录像。

采用所选择的拍摄仪器对广州市南海某一海域的航标依次从正上方、正东方向、正南方向、正西方向和正北方向进行拍摄获得的影像数据如图3所示。

3.2.2 移动端操作系统研发及其应用

移动端操作系统（巡检巡视APP），根据航标的特点及巡查部位，对无人机的飞行航线、姿态进行固化，巡查人员只要将无人机带到固定地点，就可通过一键式执行任务，标准化作业流程。主要功能模块如下：

（1）任务管理：任务内容与所在位置关联；可随时暂停任务，手动操作无人机进行拍照或录像；手动镜头切换，对细节手动放大和拍照。

（2）飞行管理：一键式任务执行，固定飞行路线和姿态，标准化作业流程，自动飞行；当无人机未执行完任务返航后，支持任务断点接续；显示飞行姿态、飞行速度、拍摄模式；

图5 巡检巡视数据管理平台界面展示

（3）巡查日志：生成巡查日志，主要记录巡查时间、巡查对象、巡查人员、使用机型、巡查部位等信息。导出巡查日志。

通过研发的移动端操作系统对珠江某一水域航标巡检巡视任务进行设定，实现无人机自动化巡检巡视，移动端操作系统在操作过程中捕获的界面如图4所示。

3.2.3 巡检巡视数据管理平台研发及其应用

以GIS为基础，实现巡检巡视数据与二维地图的位置关联展示，对数据进行集中管理、数字存档，方便查询检索，永久保存，建立异常数据库、支持多时序照片对比。平台主要功能模块如下：

（1）数据导入：将无人机上的存储卡与电脑连接，实现巡检巡视数据（包括巡检巡视照片、视频）自动导入。

（2）数据展示：航标及周边地形地貌的二维展示，实现巡检巡视数据和空间位置的关联展示。

（3）数据分析：对巡检巡视照片、视频进行分析，判读异常。

（4）巡检巡视报告：对巡检巡视时间、巡检巡视对象、巡检巡视人员、巡检巡视部位、异常情况、处置方法等进行汇总形成巡检巡视报告。

（5）数据管理：对巡检巡视数据（包括巡检巡视照片、视频）、分析数据、成果数据进行存储管理，建立异常数据库并实行时序管理。

通过研发的巡检巡视数据管理平台对珠江某一水域航标巡检巡视数据进行集中分析、管理，该过程中捕获的主界面如图5(a)所示，巡检巡视记录如图5(b)所示。最终对数据分析结果形成巡检巡视报告如图5(c)所示。并建立异常数据库并实行时序管理。

4.无人机智能化巡检巡视产生的经济社会效益

4.1 经济效益

无人机智能化巡查产生的经济效益如下：

（1）无人机智能化巡查提高工作效率，同时可以弥补当前利用船舶巡检巡视的手段单一、巡查成本高等不足，可有效降低人工、船舶租赁及燃油等成本。

（2）无人机可提供全局观测角度，及时发现安全隐患，为航标管理部门提供数据，避免因航标缺陷造成的重大事故，减少经济损失。

（3）无人机巡查提高航标维护管理频率，可降低因巡检巡视不及时造成的设备损坏成本。

4.2 社会效益

通过无人机智能化巡查，有效提高巡查作业的质量、效率，提升航标维护智能努力化、信息化水平，响应国家节能减排号召，提高航标维护频率，全面提高航标效能和服务质量，为航运经济发展、公众安全出行提供有力保障。

5.结束语

本文通过总结对比传统航标巡检巡视方式存在的不足，介绍了无人机数字智能化在航标巡查中的应用。通过研发移动端操作系统对巡查任务进行设定，实现无人机自动化巡查，并通过研发巡查数据管理平台对巡查数据进行集中分析、管理。该方法的提出及应用将进一步提升航标巡查效率，降低航标维护成本，全面提高航标效能和服务质量，也为今后航标无人机智能化巡查全面推广奠定坚实技术基础。