新型消防应急通信无人机管控平台设计研究

摘要：文章针对无人机应用提出一种新型消防应急通信无人机管控平台设计方案，通过对新型消防应急通信无人机管控平台设计需求分析，针对无人机管控平台系统架构、拓扑、组网及技术路线进行概述，阐述新型消防应急通信无人机管控平台设计。

关键词：消防救援;应急通信;无人机;管控平台

一、引言

我国幅员辽阔，地理、气候条件复杂，是全球遭受自然灾害最严重的国家之一，灾害种类多、发生频率高、损失严重。近年来，破坏性地震相继发生，对通信基础设施造成了严重的破坏，给抢险救灾工作带来了很大的困难。应急通信是满足突发性紧急事件时通信需求的基础保障，建立并完善先进的应急通信系统是面对地震等突发性紧急事件时抢险救灾的重要工作内容，因此对应急通信的研究具有极其重要的意义。

二、新型消防应急通信无人机管控平台设计需求分析

无人机作为一个集成平台，能将人工智能、大数据、云计算、5G、传感器等智能技术与设备融为一体，让应急通信变得更加智能、顺畅和精准。新型消防应急通信无人机管控平台设计紧紧围绕服务实战业务需求，着力解决无人机的信息采集、传输功能，在通过综合管理后展现汇聚信息，进而形成一套完整的信息收集、处理系统。其设计需求如下：

其一，平台要求支持多级架构，部署在消防指挥网上，满足部局、总队、支队多级部署需求，支持数据逐级汇聚上报，逐层汇聚到上层应用平台。

其二，支持无人机飞手管理，综合展现飞手的飞行记录、飞行特长等飞行信息，与飞行任务相结合，形成荣誉排行。

其三，支持消防无人机设备的资产管理，维护设备的厂商信息、使用状态，支持以图表和地图的形式展现资源分析情况。

其四，支持与消防图综平台对接实现信息共享，可实现无人机视音频、飞控状态、地理位置等信息在指挥视频系统上实时调度展现，为应急救援实战指挥提供信息支撑。

其五，支持无人机执行飞行任务时，可通过电子地图实时显示无人机及飞手位置，对飞行状况进行实时监管，并可基于地图打点与飞手交互，便于整体指挥。

其六，单机支持无人机接入数量≥100架，支持≥100路1080P无人机视音频并发管理，支持≥16路1080P无人机直播流的同步录制。

其七，单机支持≥256路无人机直播流的接收或转发，支持无人机培训课程发布、上传、管理、考试等管理。

三、新型消防应急通信无人机管控平台设计方案

（一）系统架构

新型消防应急通信无人机管控平台采用先进的MESH自组网技术，融合4G/5G公网、卫星、LTE无线专网等多种通信手段+集合可视化指挥调度管理平台+便携式应急通信指挥箱和电台系统+无人机以及其他通信设备。整个系统匹配图像综合管理平台的级联部署架构，支持级联部署，同时还支持数据之间的级联汇聚，再逐级汇聚到上层平台。

（二）系统拓扑

图1为各节点设备与通信介质构成的系统拓扑图。通过新型消防应急通信无人机管控系统，救援人员能够通过客户端与无人机控制器进行关联，通过控制信号对无人机进行控制，最后再将图像数据传回。一般情况下，可以采用公网或者是卫星的方式进行回传，通过智慧网传送至指挥中心，由无人机管理服务器将各类信息数据输送至图像综合管理平台以及视频录像服务器中。

（三）平台组网说明

复杂环境下开展应急通信指挥需要灵活快速地组建独立专网，为前线人员与指挥部人员提供稳定的通信链路，实现现场音视频以及数据信息的实时共享传输。在指挥网部署1台无人机管理服务器、1台视频录播服务器搭建无人机综合信息管理平台，提供无人机飞行数据汇聚、图像接入、设备管理、飞行管理、录播管理、培训管理等服务。通过接入与消防图像综合管理平台对接，实现指挥视频终端可基于地图调度无人机视音频、飞控状态、地理位置等信息。

无人机飞手通过手机App将飞手信息与无人机设备进行绑定，记录汇聚飞行参数，形成飞行轨迹，并上传平台。无人机飞手通过飞手App可查询飞行记录、飞行轨迹等;查看累计飞行次数、距离、时长，机型等，以及查询禁飞区;也可在线培训、视频教学、参加考试等。

系统管理员、指挥员、无人机飞手可通过Web浏览器访问无人机综合管理系统，查看无人机状态、执行任务、飞手训练等信息。

（四）关键技术路线

整个系统采用模块化设计，可根据不同应用规模，分层逐级部署，支持以不同方式汇聚接入无人机设备信息，可根据无人机设备负载设备的不同，执行不同的作战任务。同时，提供无人机设备的飞手管理平台，通过运维大数据掌握无人机设备状态、训练时长和频率，提高无人机操作训练水平。

在系统的设计中，采用的关键技术如下：

1.图像资源的汇聚

目前，許多消防救援队伍开始在消防指挥调度网中接入无人机并搭载相应的音视频图传设备、通信模块，以实现图像与声音方面的实时传输。利用无人机能够采集救援现场的全景图像与声音，然后将数据信息传递到指挥中心，并由指挥中心作出决策，是消防应急通信保障的重要组成部分。无人机视频终端可以利用安全网闸和4G等与平台对接，而图像综合管理平台网的服务器则会从4G接入平台得到无人机采集到的视频、图像等资料，并将其传递给流媒体分发服务器。除此之外，利用无人机技术，大大提高了消防通信的质量，且无人机技术不仅可以减少操作人员，增加点位，还可以实时同步传输图像，有效提高整个应急通信系统的效率。消防应急通信无人机管控平台图像资源汇聚需要基于标准协议（如国标GB/T28181标准的协议）汇聚无人机设备的视音频图像资源的汇聚，定制如飞行数据的汇聚交互流程和数据内容标准。

2.飞控数据的获取

在飞行数据方获取方面，利用无人机厂商的API接口，获取飞行过程的实时飞行参数信息，为平台的综合应用展示提供数据支撑。在接入方式上，支持基于无人机飞控设备SDK、国标GB/T28181、平台等方式获取无人机飞行数据。同时，为确保数据的完整性，系统将保留一份原始数据。此外，无人机实时显示和记录无人机飞行状态数据和系统状态数据，通过移动设备查看飞行器相机的实时高清画面和调整相机参数。同时，还可以操控无人机进行一键起落、通过实时地图随时掌握方位，航向设定、返航锁定、环绕、跟随等飞行动作。

3.无人机飞手管理

提供飞手飞行记录统计功能，通过手机APP将买手信息与无人机设备进行绑定，记录汇聚飞行参数，形成飞行轨迹，为战士的战训提供有力数据支撑。

4.与图综平台对接

通过通信协议与消防图综平台数字对接实现信息共享，在指挥视频系统上实时调度展现无人机视音频、飞控状态、地理位置等信息，为应急救援实战指挥提供信息支撑。并可基于地图打点与飞手交互，提高指挥调度的效率。

5.融合二维、三维建模

系统通过对接实现与无人机制图系统对接，无人机采集的正射影像或倾斜影像数据生成二维或三维地图，可作为图层在指挥视频系统的一张图上叠加，呈现灾害现场真实情况。

四、新型消防应急通信无人机管控平台设计

（一）平台组织架构

消防无人机综合信息管理系统包括一套完整页面展示子系统，涵盖无人机设备基于地图的可视化态势标注、航线管理、统计查询、设备管理等综合管理功能，同时提供接口，将汇聚信息提供给第三方平台调用。平台基于B/S架构实现，兼容主流浏览器。

（二）飞行统计

支持基于无人机设备和飞手的条件查询，满足对飞手飞行记录的检索功能，统计基于设备和飞手的飞行时长、飞行频率，统筹管理设备和飞手的日常训练和保障的飞行记录。支持同步回放飞行轨迹和高空回传图像。在我的飞行界面可进行飞行详情数据查询，可进行日期详情搜索。此外，在飞行统计界面，可继续飞行统计数据查询，包括次数、距离、时长等。

（三）设备管理

对无人机设备综合管理 ，实现无人机设备的厂商信息、接入方式、设备类型账号信息的建档管理。同时为便于数据交互，无人机设备将进行国标编码，方便第三方平台获取平台数据。在“我的飞行”界面点击左上角“二维码扫码按钮”，可扫码绑定无人机。

（四）角色管理

用户管理基于消防无人机综合信息管理系统的使用，支持管理员、普通用户、飞手三种类型的使用角色。管理员可以创建其他类型用户，并为其分配平台使用功能以及可查看的无人机设备。飞手可能通过平台查看飞行记录，回放飞行轨迹。

（五）轨迹回放

本平台支持对注册登记的无人机飞行过程、飞行路线进行实时记录。可以在线对飞行轨迹进行实时的回放，伴随经纬度信息还原飞行过程，便于追踪、教学、请功与表彰。

五、新型消防应急通信无人机管控平台相关设备配备

无人机能够适应严苛的灾害环境，具有智能控制系统，搭配不同的载荷提升作业能力，有效地进行视频传输、音频传输、有害气体监测数据传输等，对接专用终端、可视化平台，实现作业区域无人机、电台终端与通信指挥车之间的无线通信，结合原有的卫星通信链路，搭建新的通信网络，实现与后方指挥中心的实时交互联系。新型消防应急通信无人机管控平台设备配置如表1所示。

六、結束语

总之，地下建筑的复杂结构与封闭环境会对消防工作的顺利开展带来较大困难。尤其是地下建筑对消防无线通信的干扰，会导致消防无线通信不畅，继而影响到消防指令的有效传达。需要明确完善地下建筑消防无线通信设备的重要性，借助高新技术发展多元化无线通信联络方式，确保消防更加智能化、多元化与规范化，同时提升消防人员无线通信设备使用能力，在地下建筑消防工作中能够科学合理应用消防无线通信设备处理火情，确保生命财产安全。

作者单位：张玄    南昌市消防救援支队

参  考  文  献

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