无人机巡检在棉花物流仓储智慧消防中的应用

2021-04-22刘中海张国玉楚中会杨传甲

科技经济导刊 2021年10期

李鹏，刘中海，肖莉，张国玉，楚中会，杨传甲

（1.新疆冠农果茸股份有限公司，新疆库尔勒 841000；2.新疆汇锦物流有限公司，新疆库尔勒 841000）

仓储物流产业作为国民经济发展中的一个新兴产业，正在全球范围内推广开来。棉花作为一种相当特殊的商品，在仓储管理的过程中具备易燃、阻燃、自燃三种特性，为仓储管理带来了巨大的挑战。我国棉花产量居世界首位，而新疆产棉量约占我国棉产量的50%，因原棉色泽好，“三丝”含量相对于其他棉区低，国内主要使用新疆棉。巴州既是新疆最重要的产棉基地，也是国家优质长绒棉生产基地，做好棉花仓储的消防安全工作尤为重要。由于棉花仓储受仓储堆场等场所占地面积大，堆垛数量多，室外温度、湿度、空气等多种因素影响，企业消防安全设施不完善，加之人防技防措施不到位，火灾发现晚，报警迟导致贻误最佳灭火时机往往造成巨大的经济损失。所以及早发现火情，有效控制和扑救棉花仓储场所火灾成为确保其安全的重要措施。本公司通过引入大华DH-UAV-X820四旋翼智能无人机巡航系统，加强技防措施，增强消防体系，降低棉花仓储的火灾发生率，促进棉花仓储企业的健康发展。

1.智能无人机巡航系统结构分析

无人机是利用无线电遥控或自备程序控制的一种自带动力、可远程遥控和GPS定位导航自主飞行的飞行器，无人机系统由飞行平台、飞机负载和地面站三大部分组成。其中，飞行平台主要是无人机机架部分，包括导航、飞控、动力、电源等；飞机负载由云台和相机组成，相机可选择可见光或热成像相机，并预留多种接口；地面站系统有一体化遥控器和地面站组成，主要用于对无人机的控制。

图1

飞行平台主要由以下各模块组成：导航模块可以定位无人机的实时位置，设计使用GPS模块；飞控是无人机的飞行管理与核心控制系统，基本任务是当无人机在空中飞行受到干扰时保持飞机姿态与航迹的稳定，以及按地面无线传输指令的要求，改变飞机姿态与航迹，并完成导航计算、遥测数据传送、任务控制与管理等。动力系统中电机带动螺旋桨可为无人机提供动力，通过改变四个电机的转速，可以控制无人机进行前后、左右、升降以及旋转和翻转等动作。电源模块可以为无人机飞行、云台的旋转控制，以及数据传输模块等提供能源保障。图传和数传是无人机与地面站建立通讯的传输通道，用于传输视频数据和飞行数据。飞机负载的云台设计为三轴增稳云台，支持俯仰、平移、横滚3个维度的运动，内置姿态传感器和图像稳定系统，不管是无人机本身的抖动还是俯仰、横滚时，云台都能够保持稳定，进而保证相机图像的质量。云台设计为可拆卸，可根据现场环境需要选择可见光或热成像的摄像机，或者其他挂载。云台相机内置MicroSD卡槽，以保障图传链路出现故障时仍能不间断进行录像。地面站系统由一体化遥控器和地面站组成，一体化遥控器内置7寸电容式触摸屏，不仅可以显示无人机的各项飞行数据，也可以在地图模式下显示无人机的位置，或者显示云台相机的实时图像。并且可以和传统地面站一样设置航点、规划航行线路等。地面站可以将无人机的图像和相关数据实时传输到地面后台管理中心，以便指挥人员了解情况进行决策。

2.智能无人机巡航系统组网架构

图2

无人机系统主要是采用无线传输接收或发射数据，将无人机的各项飞行数据及云台相机的图像视频信号通过无线图传技术实时传输到地面站，完成航向、航线等远程遥控。遥控通道主要用于一体式遥控器手动操控无人机。一体式遥控器集遥控显示功能于一体，既可以直接进行手动操控，并在7寸触摸屏上查看云台摄像机图像；也可以设置飞行线路和飞行任务等。指挥中心作为无人机的管理终端，可以将无人机的实时图像及数据通过大屏电视墙或者客户端电脑直观地显示，以便于对现场情况及时、准确地进行指导和指挥，同时将数据实时储存，形成数据库，为后期的数据追溯提供依据。

3.智能无人机分类及特点

无人机根据能源驱动方式可以分为两种：一种是电能驱动，无人机内置锂电池，以锂电池为驱动能源进行工作，通常发生故障时自身不会成为另外的着火源，适用于森林消防巡查、棉花仓储等；弊端是锂电池续航时间短，作业半径有限，无人机无法长时间或较长距离的作业。第二种是油动，采用柴油或者汽油作为能源，优点是其持续工作能力强，作业半径广，但缺点是一旦出现故障造成坠机，会引发新的火灾，加大火灾形势，造成更大的损失，需谨慎选择使用场合。

无人机遥感技术综合了无人机和遥感技术的特点，可以自动快速获取物流区域储存信息。无人机搭载的摄像装备其影像分辨率达到厘米级别，可实现高空间，大面积巡检，也可实现低空间较小范围精确监测。通过多光谱分析，得到大面积测区的各项检测数据。无人机的数据采集和处理能力是人工检测采集的数十倍。同时利用机载热成像可以对园区进行实时热源检测，及时发现火情，可实时发送提示报警信息。

4.无人机在棉花仓储巡检系统中的应用

因棉花仓储物流园区占地面积较为特殊，东西方向长约2400米，最宽处约600米，以往采用人工巡检的方法，巡视一周需要一个小半时，经常出现漏巡、巡查不到位现象，且棉花堆垛普遍堆放较高，巡视人员看不到垛顶状况，存在巡视死角，而且人工巡检对巡检人员责任心要求较高，可控性复杂。通过新增无人机巡查系统，由监控中心一键操作，实现由无人机自动化巡检巡视，实时监控，数据信息化管理，巡检效率提高，巡视全面，且巡视一周只需要半个小时，进一步提升棉花仓储物流日常维护管理精细化管理水平。且采用人防+技防相结合的方式，极大地提高了棉花仓储的安全管控，降低火灾发生率。

图3

通过无人机搭载的热成像摄像机，在控制系统设定温度报警，当温度大于夏季30℃（冬季20℃）自动报警，操作人员能够第一时间接受报警信息，对温度异常点进行重点检查，同时及时通知现场管理人员赶赴温度异常点进行确认。红外热成像技术不受恶劣天气的影响，无论大雾还是夜晚都可以正常工作。通过无人机搭载红外技术，可以使施工现场的安全检查更加智能，适应复杂的环境，节约人工检测成本，消除安全隐患。

图4

通过无人机巡检操作系统对巡查任务进行设定，可固化巡查航线，操作人员将无人机放置到指定起降位置，在初次设定巡航路线后，通过无人机携带的GPS导航模块将路线坐标传输到控制系统保存，设定巡航周期，监控中心人员一键式启动无人机后，无人机按照系统设定的路线进行自动化巡检，巡检过程中发现异常会及时在控制终端报警，由监控人员确认及时进行处理，巡查结束后返回指定位置后自动将巡检数据上传至数据管理平台，形成巡查报告保存至存储期内。

无人机还具备自动躲避障碍物功能，棉花仓储现场布置有大量的避雷设备和监控设备，高度超过30米，无人机在设置了自动巡航后，巡航高度固定，正常设定为15米，当无人机在巡检时当遇到障碍物时，自动避障系统能够及时地避开飞行路径中的障碍物，继续进行巡视工作，保障无人机自身安全的同时减少人员操作的工作强度。