无人机巡河云平台建设方案研究

李 渤

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 伊犁 830000)

当前，云计算、物联网、大数据、移动互联网、人工智能等新一代信息技术与经济社会各领域不断深度融合，带来了生产力又一次质的飞跃。在信息革命浪潮下，谁掌握了发展先机，谁就有可能赢得未来发展主动。准确把握技术发展趋势，充分利用新一代信息技术驱动水利改革发展，不仅是贯彻落实党的十九大精神推进国家水治理体系和治理能力现代化的必由之路，也是抢抓信息化发展机遇、应对水利主要矛盾变化、补齐水利信息化短板、有效支撑水利行业强监管的有效途径。当前我国治水的主要矛盾已经从人民对除水害兴水利的需求与水利工程能力不足之间的矛盾，转化为人民对水资源水生态水环境的需求与水利行业监管能力不足之间的矛盾。强大的信息系统是水利监管的重要支撑。利用无人机技术进行河道巡查，拍摄河道流域视频和重点区域照片，根据河道管理范围提取疑似违建信息，实现河道违建信息化管理，为河道的管理提供宏观辅助决策支持。建设稳定良好的巡河无人机平台，是推动河道信息化管理的关键一环。

1 无人机巡河云平台发展现状

1.1 行业痛点

随着工业级无人机的广泛应用，使用无人机在长距离巡线业务中替代传统的人工巡线或消费级无人机的短距分段巡线逐渐被企业认同和接受。但由于目前已有的专用测控数据链的数传和图传距离无法支撑工业级无人机在复杂环境(如山区)中进行超远距离飞行(大于100km)，因此工业级无人机无法执行长距离巡检任务。

无人机飞行后会产生大量的飞行数据，包括遥测数据、载荷数据。行业应用的不同对数据的处理要求也不同，有实时处理需求也有离线非实时处理需求，但行业内缺少统一的无人机数据的专业存储以及专业的离线与在线的数据处理工具。

目前市场上无人机的实时图传方案有2类明显的较大短板，第一类短板是无法支撑无人机飞行高度超过500m的巡检飞行，另一类短板是无法满足高清图传实时全网分发的需求，这2类短板都极大影响了实时图传方案的业务时效性和特殊业务场景的飞行支撑。

1.2 云平台特点

依托运行商基站网络测控技术，打破无人机应用传输限制，实现无人机长距离测控双向实时传输，降低无人机应用成本，提升飞行效率。基于先进无人机技术和数据分析技术，平台集成无人机飞行全流程服务、智能数据处理、应急指挥分发整体解决方案，为工业级无人机用户、制造厂商、载荷生产厂商、数据处理服务商等相关企业，打造无人机互联网云生态。利用互联网平台化技术，打造无人机数据的实时回传、处理、存储和全网全端分发，通过对飞行数据的实时分析来保障无人机的飞行安全。

2 无人机巡河云平台系统设计

2.1 无人机云平台系统组成

无人机云平台由测控网络系统、数据处理系统、数据存储系统、服务处理系统、ArcGIS地理信息系统、数据分发系统、用户控制台系统、运营管理系统、移动客户端、PC客户端、代理客户端共计8大系统模块与3个客户端共同组成。

根据民航主管部门《无人机围栏》与《无人机云系统接口数据规范》要求，所有无人机云服务提供商必须实时上报云平台无人机飞行数据，因此工业级无人机的云平台提供商必须统一平台无人机飞行数据上报接口，所有云平台上的飞行数据全部汇总到上层管理机构进行对接上报。

2.2 无人机云平台核心服务和应有场景

2.2.1核心服务

通过工业级无人机的一站式服务，提供无人机飞控与载荷适配、专属测控网络建设与优化、遥测与载荷数据的实时传输、专业的管控平台可以对飞行任务、无人机、飞手、数据处理等进行监控。支持长距离网络通信服务，采用LTE-TDD/FDD网络制式提供专属优化的高速通信网络，实现1080P高清视频实传直播分发。建全的图像数据分析服务，支持视频数据的实时处理(如管线叠加、视场解算、高后果区、变化检测、目标检测)、数据存储。支持遥测和视频数据的点播、直播、外部数据分发、超高告警、超低飞行告警、偏航告警等。

2.2.2应用场景

利用高度智能化的无人机整体解决方案，面向水利河道巡查等方面，提供从长距离、高精度数据采集到无人化网络数据实传，再到智能数据处理与应急指挥分发的全流程解决方案。

2.3 无人机云平台系统详细设计

2.3.1系统架构

无人机云平台系统架构设计共分10个逻辑层级，包括应用访问层、行业服务层、增值服务层、基础服务层、数据接口层、数据处理层、基础系统层、基础管理层、基础数据层和运营支撑层。具体分层与层级内的功能设计如图1所示。

2.3.2功能设计

根据无人机云平台系统设计10个逻辑层级，将所有功能分解至3大平台中，即用户控制平台、运营管理平台和测控数据平台。

图1 无人机云平台系统架构

2.3.3用户控制台平台功能

用户控制台平台是租户的个人数据、用户数据、飞行数据、飞行任务配置管理的操作平台，具体功能设计如下。

帐号概览：包括查看7d的遥测、视频存储空间折线图，查近7d普通用户、飞手用户数变化柱状图，遥测、视频存储空间，普通、飞手用户数，点击“详情”查看具体项目中空间和人员的分配情况。查看项目状态，显示审核中、已通过、已过期的项目数量。

账号管理：包括租户的基本信息、实名认证等信息。

项目管理：包括项目名称，以及此项目有效期，遥测、视频空间使用情况柱状图，普通、飞手用户数，是否开通增值服务，及开通的增值服务有效期。添加项目包括输入项目名称、单次飞行时长、计划飞行频率、起点、终点、航线管理、空域管理、航线设置、任务计算机管理、人员管理、无人机管理、基础服务设置、增值服务设置、定制服务等配置管理。

任务管理：包括计划航线设置、临时航线设置、飞手选择、载荷设置、数据管理配置。

人员管理：包括项目管理员管理、项目用户的增、删、改的设置以及其他基础配置。

设备管理：包括无人机的增、删、改，任务计算机的增、删、改，无人机、任务计算机与项目的绑定、解绑等。

授权管理：包括项目授权、企业授权，可自己设置租户或项目下的数据访问授权。

API管理：包括为租户或项目用户提供Java API对外数据接口。

2.3.4运营管理平台功能

运营管理平台支撑云平台的后台整体运行，包括运营管理系统、运维系统、发布系统、计费系统，4大功能模块。具体功能如下。

租户管理：包括实名认证、租户列表、人员管理。

设备管理：包括任务计算机管理、无人机管理、载荷方案管理、升级管理。

项目管理：包括审核管理、项目列表、项目设置、任务管理、定制服务管理，如需求处理等。

计费管理：包括测控、用户、存储等计费的设置管理。

服务管理：包括充值管理、退款管理、发票管理、消费管理、订单管理。

消息管理：包括消息发送、消息模板管理、告警消息。

发布管理：包括云平台官网所有发布信息的管理。

运营数据：包括用户统计、收入统计、订单统计。

管控管理：包括管控列表、管控告警、管控数据管理。

权限管理：包括角色权限模管理、帐号管理。

系统管理：包括多种服务器角色的添加、删除管理以及数据同步的管理。

升级管理：包括移动客户端、PC客户端的版本变更发布。

2.3.5测控数据平台功能

测控数据平台由测控网络系统、数据处理系统、服务系统、数据分发系统、数据存储系统5大系统共同组成。测控网络系统负责测控操作的中继以及地面站代理的接入、调度等。数据处理系统负责遥测与视频数据的接收、传输、编目、编码、转码等预置处理等。服务系统负责集成各种数据处理算法，如目标跟踪、变化检测、业务数据叠加等。数据分发系统负责遥测和视频的实时分发和非实时的分发，以及对外数据传输和上报数据接口。数据存储系统负责遥测与视频数据以及图像的接收、传输和存储。

2.3.6数据上报设计

无人机云平台数据在保证系统具备独立运行能力的前提下，将在云平台上存储遥测、视频数据。另外，为保证统一数据验证与上报接口，对于无人机实名认证验证、无人机运行数据上报，将经过无人机云平台进行实时上报。

在无人机云平台上创建飞行任务后，当飞手开始执行飞行任务时，由云平台的上报接口向上层管理机构上报飞行任务信息数据，包括任务名称、执行时间、飞手、载荷方案、计划航线、项目信息、租户信息、无人机信息、任务计算机信息、遥测地址、视频地址等信息。无人机任务执行过程中，所有实时遥测与视频数据全部发送至云平台，并由云平台实时同步遥测数据转发报送至民航主管部门机构数据上报接口，完成数据上报流程。云平台数据上报如图2所示。

图2 云平台数据上报示意图

3 结语

无人机巡河作为一种辅助传统巡查和数字化建设的新型巡查手段，其特点和优势符合未来河道精细化管理需求。建设好高效安全巡河云平台，合理的运用无人机进行河道巡查，在提高水利工作科技含量的同时，可以减少河道日常巡查的交通成本、劳动强度、时间成本，提高工作效率。目前无人机巡河将成为河道日常管理的新发展方向，具有很好的发展前景。