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★天津華鼎科技有限公司高凡

★北京科技大學(xué)天津?qū)W院王建亮

1 目標(biāo)和概述

目前無(wú)人機(jī)行業(yè)的通訊鏈路方式采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路通訊，這種通訊方式受多種環(huán)境及距離因素影響，在飛行中如果通訊距離過遠(yuǎn)，飛行路線周邊環(huán)境復(fù)雜有高樓等障礙物，可能造成通訊斷開連接的情況發(fā)生，對(duì)飛行安全造成極大的影響，而且通訊距離越遠(yuǎn)，通訊鏈路機(jī)載終端的重量及體積越大，影響了無(wú)人機(jī)的掛載能力，而且通訊鏈路的購(gòu)買成本也越高。

針對(duì)傳統(tǒng)的通訊鏈路通訊距離有限，抗干擾能力差等劣勢(shì)，采用5G信號(hào)作為通訊鏈路信號(hào)可替代原有的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊鏈路，使有限的通訊距離變?yōu)闊o(wú)限的通訊距離，并且在城市這種復(fù)雜的飛行環(huán)境中也能保證穩(wěn)定的鏈路通訊，大大提高了飛行的安全性。

天津華鼎科技有限公司自主研發(fā)“云鼎物聯(lián)5G模組”并成功應(yīng)用到工業(yè)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)不受空間地域的限制、高速度、低能耗、低時(shí)延及空中中繼功能，可達(dá)數(shù)百公里以上，工作效率數(shù)以幾何型提升，實(shí)現(xiàn)了5G萬(wàn)物互聯(lián)。

圖1 云鼎物聯(lián)5G模組

“云鼎物聯(lián)5G模組”與無(wú)人機(jī)的聯(lián)調(diào)成功，超越了市面上現(xiàn)有無(wú)人機(jī)所用的圖數(shù)傳鏈路，從幾公里到幾十公里有限的通信距離實(shí)現(xiàn)為全國(guó)覆蓋式通信，使數(shù)傳和圖傳的傳輸穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，成為了無(wú)人機(jī)真正可依靠的鏈路系統(tǒng)。

圖2 “5G+無(wú)人機(jī)”系統(tǒng)架構(gòu)

圖3 無(wú)人機(jī)物流管理系統(tǒng)平臺(tái)工作模式示意圖

2 方案介紹

2.1 “5G+無(wú)人機(jī)”系統(tǒng)架構(gòu)

“5G+無(wú)人機(jī)”系統(tǒng)架構(gòu)由飛行服務(wù)、無(wú)人機(jī)機(jī)庫(kù)、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈及無(wú)人機(jī)巡檢可視化指揮中心的監(jiān)管模塊五個(gè)部分共同組成。飛行服務(wù)包括根據(jù)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)類型配置持有相應(yīng)AOPA證的專業(yè)飛手，全天候響應(yīng)巡檢飛行服務(wù)需求；無(wú)人機(jī)機(jī)庫(kù)用于無(wú)人機(jī)的作業(yè)起降、存儲(chǔ)、充電和維護(hù)保養(yǎng)場(chǎng)所等；無(wú)人機(jī)系統(tǒng)是信息采集前端設(shè)備，通過搭載視頻監(jiān)控、5G模組、北斗衛(wèi)星模組等載荷執(zhí)行巡航、偵查、數(shù)據(jù)采集、視頻采集、AI識(shí)別追蹤等巡檢任務(wù)；數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)峭ㄐ胚\(yùn)營(yíng)商搭建一張覆蓋巡檢涉及的主要監(jiān)管區(qū)域的5G網(wǎng)絡(luò)，滿足無(wú)人機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)回傳需求，滿足垂直固定翼等款式無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)需求。

圖4 “5G+無(wú)人機(jī)”系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 數(shù)據(jù)通信

有了5G通信，則可幫助無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸,隨時(shí)隨地地將大文件上傳至云端,無(wú)需經(jīng)過本地存儲(chǔ),直接在云端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,極大地提升了無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集效率。

隨著未來(lái)5G技術(shù)的發(fā)展，5G移動(dòng)通信系統(tǒng)將與無(wú)人機(jī)深度融合。無(wú)人機(jī)可以利用5G的高速度、低功耗、低時(shí)延等特性，解決遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控受限、圖像和視頻流回傳延遲等問題，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的全新升級(jí)。

2.3 安全措施

在安全措施上，如果5G信號(hào)斷開，并無(wú)法重新連接，無(wú)人機(jī)可自動(dòng)返航至起飛點(diǎn)并保證飛機(jī)安全，或就近降落在航線附近的無(wú)人機(jī)機(jī)庫(kù)。

未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中無(wú)人機(jī)設(shè)備的集成度可能會(huì)使無(wú)人機(jī)存在潛在的攻擊風(fēng)險(xiǎn)。具有蜂窩連接的無(wú)人機(jī)可能會(huì)體驗(yàn)到可能與地面用戶體驗(yàn)到的不同的無(wú)線電傳播特性。一旦無(wú)人機(jī)飛到基站上方，可能產(chǎn)生干擾甚至流氓應(yīng)用程序，比如未經(jīng)授權(quán)將手機(jī)連接到無(wú)人機(jī)上。

圖5 無(wú)人機(jī)管理監(jiān)控平臺(tái)場(chǎng)景模式

3 代表性及推廣價(jià)值

新冠疫情期間，華鼎科技通過進(jìn)行無(wú)人機(jī)與5G聯(lián)合作戰(zhàn)，為疫情防控做出了突出的貢獻(xiàn)。其中，在2022年初天津市第三次全市核酸大篩中，華鼎科技的5G多旋翼無(wú)人機(jī)于6時(shí)起飛，直至下午15時(shí)完成最后點(diǎn)位巡查后降落，對(duì)河?xùn)|區(qū)12個(gè)街道，40平方公里，360個(gè)點(diǎn)位的核酸檢測(cè)工作進(jìn)行空中巡查，并且在巡查的過程中向各防疫點(diǎn)位運(yùn)送所需的防疫物資，為核酸篩查工作提供極大幫助。

在濱海中關(guān)村協(xié)同創(chuàng)新示范基地，無(wú)人機(jī)在廣場(chǎng)前緩緩起飛，將防疫物資，送往核酸采樣點(diǎn)頂益食品檢測(cè)點(diǎn)位，保證無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)降落并把物資分發(fā)給醫(yī)護(hù)人員，原本需要開車15分鐘路程，使用軸距1.6米“天馬”5G無(wú)人機(jī)運(yùn)送僅2.5分鐘就可配送到點(diǎn)位，幫助醫(yī)護(hù)人員快速開展核酸采樣工作。然后在濱海中關(guān)村協(xié)同創(chuàng)新示范基地運(yùn)輸?shù)綕h沽體育場(chǎng)的診斷樣本接收區(qū)，地面路程近三十公里，所需時(shí)間四十分鐘左右，空中直線距離18分鐘到達(dá)指定地點(diǎn)，極大加快了核酸篩查進(jìn)度，為抗疫節(jié)省了寶貴時(shí)間。

在此次天津全市大篩中5G鏈路的成功應(yīng)用不僅解決了物資運(yùn)送效率的難題，更是印證了5G鏈路在工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用效果，不僅僅是針對(duì)于飛行無(wú)人機(jī)上的控制，在地面機(jī)器人以及其他控制終端上均可使用，通過5G信號(hào)的通訊以及系統(tǒng)間的協(xié)同，組成一套完善的工業(yè)無(wú)人系統(tǒng)，在各個(gè)領(lǐng)域均可以得到廣泛的應(yīng)用。

5G信號(hào)的應(yīng)用可以使分散在各地域的設(shè)備通過接收5G信號(hào)發(fā)出的指令，上傳至各終端設(shè)備并做出對(duì)應(yīng)的操作，由指揮系統(tǒng)統(tǒng)一控制各分設(shè)備的操作，時(shí)延性小，通訊距離長(zhǎng)，滿足工業(yè)無(wú)人系統(tǒng)的使用要求。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年3月刊