淺談無人機機場的概念、主要功能及應用場景

隨著無人機在行業應用中越來越廣泛,正在不斷推動著無人機機場技術的迅速發展,無人機自動化機場的發展也正在改變著無人機傳統操控和使用模式。


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為什么會出現無人機機場?

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無人機因為具有高空靈活且不受地形限制的優點,在巡邏、巡檢、安防等領域有著廣泛的應用,也讓該領域的智能化與高效化廣泛地提升。但傳統行業應用無人機也存在人員編制、技術水平、成本與管理等方面的局限性,因此自動化無人機場應運而生,通過實現無人機的自動起降、自動巡航、自動充電,解決無人機在行業應用中的局限性。
尤其是,以自動機場為基礎的全自動飛行系統可以有效的實現無人機作業的自動化和遠程化,進一步降低巡邏巡檢工作對人工的依賴,提高作業任務的即時響應能力。通過無人機在多個自動機場之間的跳飛還可以有效擴展無人機的作業范圍。全自動飛行系統可以幫助各個行業的客戶更好的應用工業無人機,助力無人機行業應用的快速發展。

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無人機機場的概念

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無人機指的是由控制站管理(包括遠程操縱或自主飛行)的無人駕駛飛行器(或航空器)的統稱,而通常我們說的無人機主要是指旋翼飛行器。無人機種類繁多,包含但不限于四旋翼無人機、六旋翼無人機、固定翼無人機、混合翼無人機等等。
“無人機機場”(也稱為無人機機庫,或無人機蜂巢),這個詞是由drone(無人機)和airport(機場)組合而成的,是指為專為無人機設計、專用的停放場所,功能不同無人機機場包含的內容相差較大,可以是半自動的、也可以是無人值守的全自動系統。
無人機機場通常包括機場倉體、上蓋門體、升降平臺、固定無人機的機械結構、自動充電等,并包括無人機起飛降落,環境檢測,無人機存放,遠程控制等功能。
機場控制器
指的是通過后端發送命令實現機場機械設備控制的機場控制中心。
無人機遠端控制器
指的是聯接無人機遙控器、安裝在無人機機場的無人機控制設備。通過接受后端中心系統發送指令,用于對無人機起降、飛行和動作進行控制。
無人機機載控制器
指的是安裝在無人機上,通過與無人機飛控系統控制器連接,實現對無人機進行控制的單元設備。無機機載控制器通過數傳電臺(或專用無線網絡或4G和5G網絡)按收后端中心系統發送指令,用于對無人機起降、飛行和動作進行控制。
機場環境檢測設備
用于無人機機場內外環境監測的儀器設備,主要包括風力、風速、降雨量、溫度、濕度等的檢測。
氣象儀
指的是用于風速,溫度,濕度,露點,大氣壓力,BF薄幅,風寒指數等的測試儀器設備。
RTK
RTK(Real - time kinematic,實時動態)載波相位差分技術,是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法,將基準站采集的載波相位發給用戶接收機,進行求差解算坐標。
PPK
PPK(post processed kinematic)技術,即動態后處理技術,是利用載波相位進行事后差分的GPS定位技術,其系統也是由基準站和流動站組成。
固定式RTK地面站
即RTK地面端,指的是以固定安裝方式部署的RTK GNSS設備。
RTK機載端
即RTK空中端,指的是安裝在無人機上的RTK GNSS設備。
移動RTK地面站
指的是非固定安裝方式部署的RTK GNSS設備。大疆的移動D-RTK地面站通過千尋服務,提供實時的RTK地面站的功能應用。

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無人機機場的分類

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從機場的自動化程度,可以分為全自動無人機機場和半自動無人機機場。
1、全自動無人機機場指無需人工操作的、無人值守的無人機機場,無人機機場是由機場廂體、無人機、無人機負載、各類控制器、網絡設備、氣象檢測、電源管理等等組成的一個機場智能系統。
2、半自動無人機機場指的是部分需要人工操作的無人機機場,如無人機開關、更換電池、更換負載等。相對于全自動機場,在機場工作時半自動機場需要工人值守,按照設備說明或配套的輔助設備由人工進行操作。半自動無人機機場的無人機控制不需要人工干預,均有中心系統實現起降和飛行。
從機場產品形態上分,機場可以分為固定式和移動式(車載式)。
1、 固定式無人機機場,可根據實際需求部署在巡邏區域。提升響應效率,優化作業方式,將工作高頻化、精細化、數據化。
2、 移動式無人機機場,裝置在車輛上,機動靈活性更強。
(1)全自動車載無人機機場指的是以汽車為基礎載具的無需人工操作的無人機機場,機場是由車輛、機場廂體、無人機、無人機負載、各類控制器、網絡設備、氣象檢測、電源管理、RTK設備等組成的一個車載機場智能系統。
(2)半自動車載無人機機場指的是以汽車為基礎載具的部分需要人工操作的無人機機場,包含但不限于無人機、控制器、電源管理等全套設備。半自動車載機場工作時需要工人值守,按照設備說明或配套的輔助設備由人工進行操作。半自動車載無人機機場的無人機控制不需要人工干預,均有中心系統實現起降和飛行。
便攜式無人機控制套件(移動式無人機自動系統),指的是由控制器(或加上遙控器)設備組成的套件。通過無人機控制套件由中心系統實現對無人機的控制。
從機場行業應用上分,可以分為物流機場(庫)、巡檢機場等。
根據無人機的形式,可以分為固定翼機場和多旋翼機場等。
根據無人機的大小,可以分為大型無人機機場、中型無人機機場和小型無人機機場
根據無人機電池的充電形式,可以分為充電機場和換電機場。 星邏智能已推出無人機自動充換電一體機庫。
(1) 換電機場和充電機場一般是:換電3分鐘 VS 充電1~ 2小時。據悉, 星邏智能的無人機自動充換電一體機庫可完成3分鐘無人機換電,充電至85%僅需15~20分鐘。
(2)不同行業的無人機作業頻次、飛行環境都略有差別,但總體來講,可以分成兩類,一類是用于巡邏,一類是用于巡檢。
換電機場:巡邏場景往往高頻,每天都需要多次巡視,遇到突發事件還需要快速到達現場,比如,交通的巡邏、水利的巡邏、安防巡邏高頻的應用場景,以及應急需求,能隨時起飛場景,對飛行頻次、再次起飛時間都有較高的要求。這類場景往往需要換電的自動機場來滿足。
充電機場:巡檢場景頻次沒那么高,多數設備只需定期巡檢即可,對于作業間隔時間沒有較高的要求,比如光伏巡檢、風電巡檢、電力桿塔的巡檢,因此充電機場可以滿足。
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星邏智能無人機自動充換電一體機庫

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無人機機場的主要功能

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目前,市面上的主流無人機機場的主要功能有:
1、停放無人機:無人機戶外存放、防護的場所。 
2、自主充電:無人機場內置電池,可自動完成無人機電池更換(或充電),并將換下的電池自動充電,確保無人機能進行高頻次、密集型巡飛任務。 
3、自主巡檢:運用GPS、圖像識別、AI飛行等核心技術,無人機自主決策航跡、姿態、拍攝參數,獲取高質量巡檢數據。  
4、一鍵起飛:無人機無任務時,會停放在自動機場內,有任務時可隨時從機場起飛,自動執行任務并自主降落。 
5、精準定位:自動機場采用了先進RTK(或視覺融合)引導降落,無論白天黑夜或者刮風下雨,無人機每次都能準確降落到機場內。 
6、實時氣象探測:無人機均有其各自的無人條件,所以機場要裝有常規氣象傳感器,對氣象參數直接測量,主要是指溫度、風向、風速、降雨量等。 
7、實時傳輸:通過控制平臺把前端無人機實時圖片(或視頻、采集的其它數據等)實時傳輸到后端進行顯示或處理。 
8:飛行航線規劃:依托于配套的軟件系統可以為機場內的無人機規劃飛行路線(或飛行任務)。 
9:機場(含無人機)狀態檢測和控制:依托于配套的軟件系統,可以對無人機場的各類狀態進行檢測,包括無人機的各項狀態指標,確保無人機機場在良好的待命狀態。 
10:遠程監控:機場內部和外部分別安裝的監控攝像頭,可通過遠程進行監控和報警。

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無人機機場的行業應用場景

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利用“無人機機場”的無人值守、全自動運營模式,可大大提升行業無人機巡檢的效率、降低無人機應用的風險、解決了無人機飛手緊缺等問題。下面著重談談無人機機場在電力、公安、交通、環保、石油化工、光伏巡檢等行業的應用。
1、電力線巡檢
全球電力運維行業規模和潛力巨大,按照我國“十三五”規劃,到2020年,中國110KV高壓輸電線路總里程將從2014年的115萬千米增至159萬千米以上。有統計顯示,我國每年電力行業整體投資約為1000億元,硬件占比73%,其中有300億左右投資用于輸電線路巡查。此外,依據國網系統考核要求“自2018年起,全國各省市必須有一定的無人機巡檢量”。多重政策導向,共同催生了無人機電力巡檢行業規模可觀的市場和蓬勃商機。
電網的故障多發路段布置固定機場,由電網業務端統一發送巡線任務和巡線要求,平臺軟件將任務信息轉化為巡飛航線,將命令再給到無人機機場。軟件平臺控制無人機一鍵起飛,按照預設航線依次巡飛任務桿塔,中途可暫停飛行進行手動接管。任務結束返航至原機場或就近機場(事先設置),更換電池(或自動充電),為下一個架次做電量儲備。采集的圖像(或)視頻通過平臺軟件輸出至電網業務端,亦可在AI圖像處理后直接輸出巡檢報告。自動機場的使用讓運維人員在指揮中心查看無人機實時回傳的圖像畫面,若發現問題,將缺陷桿塔數據告知檢修班組,及時處理。無人機機場對電力線定期巡檢、應急巡查,不僅效率高、效果好,而且保證了巡檢人員的人身安全,同時可以提高電力線巡檢作業自動化程度,是未來發展的方向。 
2、智慧公安
無人機具備空域監控視角廣、低空成像清晰以及地空聯動通信便捷等特性,使公安機關能在短時間內全面獲取案發事件現場的第一手資料,提高了公安機關快速響應能力、指揮決策能力,也在一定程度上實現了偵查工作由被動發現到主動追蹤、由廣度信息群到軌跡信息鏈的變革。配合無人機自動機場(固定、車載)可省去飛手,解決續航問題,真正成為公安機關的有力幫手。對于公安機關,無人機機場可應用在刑偵、治安、消防、禁毒、交管、邊防等職能部門,主要配合公安抓捕、交通勘察、火災偵查、特警巡邏、應急救援、監獄巡邏、毒品排查、活動安保、海事巡邏、邊防偵察等。
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3、智慧交通
隨著城市發展越來越快,龐大的交通網絡和大量的城市車輛耗費著越來越多交通人力資源。“智能化”、“無人化”的執勤方式必將是未來交通執勤的新思路。星邏智能的無人機充換電一體自動機庫+無人機AI算法識別,滿足了新型智慧交通管理的需求。無人機充換電一體機庫即可滿足交通管理者的應急巡邏需求,也可適應無人機常態化巡邏管理。搭配星邏自主研發的“祺云”無人機遠程調度系統與AI人車流識別與車牌車型識別算法,可以全自動完成對節假日與早高峰對人車流的管控與車輛信息取證,形成無人機自動化任務處置閉環,極大程度提高了交通管理的處置效率。目前,該系統已在云南、江蘇、上海等多地落地并投入使用。

星邏智能的人車流無人機AI識別演示
4、智慧環保
無人機機場可以幫助環境部門更好的防范和治理水源大氣污染,構建和諧的社會。無人機搭載氣體檢測儀可實現區域空氣質量的在線自動監測,能全天候、連續、自動地監測環境空氣中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、和有機揮發物的實時變化情況,迅速、準確的收集、處理監測數據,能及時、準確地反映區域環境空氣質量狀況及變化規律。無人機搭載水樣采集器可以迅速采集回要檢測的水源,通過后端分析掌握水域污染情況。同樣,無人機搭載可視化云臺,能對排污口定期巡查,實時回傳視頻圖像,省時省力。無人機機場的使用提高工作人員的工作效率與安全性,為環保部門的環境決策、環境管理、污染防治提供詳實的數據資料和科學依據。  
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5、油氣管道巡檢
我國油氣管道具有運行里程長、建設年代跨度大、安全事故多發等特點,加強管道的安全管理,特別是加強管道的現場安全巡護,對減少管道安全事故具有重要作用。
無人機機場系統具有圖像實時存儲傳輸、成本低、機動靈活等優點,特別適合于應急偵察與高危地區勘測??赏ㄟ^PC端直接在二維、三維、衛星地圖上進行無人機巡檢線路規劃,讓無人機定時上崗作業,通過實時圖像,采集打孔盜油的犯罪證據,識別周邊機械損傷和自然與地址災害風險。當無人機作業一架次后,無需更換電池,智慧機場自動充電,保證7*24小時待機,極大地降低管道故障率、失竊率、運營成本,提高管道維護工作效率,變故障處理為隱患控制。
6、光伏巡檢
在光伏巡檢領域,復亞智能10套無人機自動機場交付,光伏行業首次大規模采用無人機全自動巡檢系統,光伏發電行業的運維巡檢步入自動化、標準化時代。行業專家認為,智能無人機在光伏電站巡檢中可運用性的驗證,必然會在業內掀起一波針對智能無人機的投資狂瀾??梢灶A見的是,隨著技術的完善,無人機將在光伏電站運維中實現更多的功能,成為光伏電站合格的偵察兵。
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此外,無人機機場憑借全自動運營賦能無人機,還可以在森林防火、農業植保、國土測繪、建筑工程監理、檢察院取證等場景進行深度應用。

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