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基于数字智能化的无人机航标巡查应用

发表时间：2020/11/24 来源：《基层建设》2020年第22期作者：毕泉

[导读] 摘要：船艇装备的航行安全问题是军内外最为关心的问题。

        国防大学联合勤务学院北京市 100858
        摘要：船艇装备的航行安全问题是军内外最为关心的问题。船艇装备在海上航行时，必须借助良好的助航设施设备才能保障安全，航标巡检是发挥助航效能的关键环节。随着国家经济的快速发展和科技的飞速进步，基于数字智能化的无人机在航标巡检中的应用越来越广。
        关键词：数字智能化；无人机；航标巡查；应用
        引言
        航标巡查一般采用巡检船艇装备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。航标维护巡查是航标维护管理的重要环节，能够有效保障航标效能的正常发挥从而保障船艇装备通航安全。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。
        1航标巡检的定义及现状
        1.1航标巡检定义
        航标巡检，是在航海活动中检查航标的一种例行性工作，也是航标管理工作的重要环节。由于船艇航行中的不确定因素有很多，组织航标巡检能够对航标进行彻底仔细的检查，并能有针对性地提出预防故障的措施，从而确保航标运行稳定、发挥效能。
        1.2航标巡检发展现状
        当前常用的航标巡检方式，有遥控遥测巡检、现场巡检及夜航巡检三种方式。在巡检时通常作用于记录航标位置、测量电路工作情况、校对灯具情况、查看锚链磨损情况、检查航标结构是否完整、标身涂色（含标号）是否鲜明等。
        但是，这一系统对于航标的遥控遥测控制系统还不完善，当航行至偏远海域时仍旧需要人工的帮助，覆盖范围还有待进一步扩大。在科学技术不断发展的今天，无人机开始逐渐应用于这一领域，有效解决了传统技术遇到的难题。
        2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，为提高航标运维效率，降低成本，本文针对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。
        2.1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。

                            图1技术路线图
        2.2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。
        2.2.1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。
        2.2.2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；（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。
        2.2.3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。
        3无人机巡检所面临的问题
        3.1空中交通管制影响时效性
        虽然无人机在航标巡查中具有一定的比较优势，但是也有一定的弊端。由于无人机受到飞行交通管制，使用前，使用人员必须先向航空管制部门提交空域申请，获得批准后还要组织召开航空管制保障协调会，明确飞行的时间、高度、距离等。但如果无人机航标巡查在使用中出现了紧急状况，则无法在第一时间获得相关保障，时效性上打了折扣。
        3.2能见度影响巡检效果
        能见度是在无人机航行中遇到的重要难题，因为南方的一些海区在进入秋季后会经常出现雾霾天气，当无人机的飞行高度越高时受到雾霾的影响会越大，而在雾霾天气下拍摄的图片会具有一定的模糊性，使得拍摄效果不佳，对于航标的具体情况也就不能完全掌握。
        3.3不同的巡检方式影响细节把握
        无人机巡检时，可以采用不同的方式。通常，在飞行中应用减速不悬停的方式机型拍摄，因为飞行的速度越慢、高度越低越有利于拍摄，因而主要利用这一巡检方式，但是在巡航中也需要对航标的细节进行拍摄，在拍摄细节时需要飞机进行悬停，但是在一般的天气情况下无人机可以进行悬停，而遇到高温或者一些恶劣天气就无法长时间悬停，对于航标的细节就难以掌握。
        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，能够弥补利用船艇装备巡检的方式单一、成本较高等不足，可有效降低人工、船艇装备租赁及燃油等成本。（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。
        结语
        总而言之，随着国内科学技术的飞跃，无人机数字智能化在各船艇装备航标领域的应用是大势所趋。通过无人机的发展，既可以确保船艇装备航行的可靠和安全，也可以节约大量的人力物力，具有很好的经济效益和推广价值。
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