無人機巡檢在棉花物流倉儲智慧消防中的應(yīng)用

李 鵬，劉中海，肖 莉，張國玉，楚中會，楊傳甲

（1.新疆冠農(nóng)果茸股份有限公司，新疆 庫爾勒 841000；2.新疆匯錦物流有限公司，新疆 庫爾勒 841000）

倉儲物流產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個新興產(chǎn)業(yè)，正在全球范圍內(nèi)推廣開來。棉花作為一種相當(dāng)特殊的商品，在倉儲管理的過程中具備易燃、阻燃、自燃三種特性，為倉儲管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。我國棉花產(chǎn)量居世界首位，而新疆產(chǎn)棉量約占我國棉產(chǎn)量的50%，因原棉色澤好，“三絲”含量相對于其他棉區(qū)低，國內(nèi)主要使用新疆棉。巴州既是新疆最重要的產(chǎn)棉基地，也是國家優(yōu)質(zhì)長絨棉生產(chǎn)基地，做好棉花倉儲的消防安全工作尤為重要。由于棉花倉儲受倉儲堆場等場所占地面積大，堆垛數(shù)量多，室外溫度、濕度、空氣等多種因素影響，企業(yè)消防安全設(shè)施不完善，加之人防技防措施不到位，火災(zāi)發(fā)現(xiàn)晚，報警遲導(dǎo)致貽誤最佳滅火時機往往造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以及早發(fā)現(xiàn)火情，有效控制和撲救棉花倉儲場所火災(zāi)成為確保其安全的重要措施。本公司通過引入大華DH-UAV-X820四旋翼智能無人機巡航系統(tǒng)，加強技防措施，增強消防體系，降低棉花倉儲的火災(zāi)發(fā)生率，促進(jìn)棉花倉儲企業(yè)的健康發(fā)展。

1.智能無人機巡航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

無人機是利用無線電遙控或自備程序控制的一種自帶動力、可遠(yuǎn)程遙控和GPS定位導(dǎo)航自主飛行的飛行器，無人機系統(tǒng)由飛行平臺、飛機負(fù)載和地面站三大部分組成。其中，飛行平臺主要是無人機機架部分，包括導(dǎo)航、飛控、動力、電源等；飛機負(fù)載由云臺和相機組成，相機可選擇可見光或熱成像相機，并預(yù)留多種接口；地面站系統(tǒng)有一體化遙控器和地面站組成，主要用于對無人機的控制。

圖1

飛行平臺主要由以下各模塊組成：導(dǎo)航模塊可以定位無人機的實時位置，設(shè)計使用GPS模塊；飛控是無人機的飛行管理與核心控制系統(tǒng)，基本任務(wù)是當(dāng)無人機在空中飛行受到干擾時保持飛機姿態(tài)與航跡的穩(wěn)定，以及按地面無線傳輸指令的要求，改變飛機姿態(tài)與航跡，并完成導(dǎo)航計算、遙測數(shù)據(jù)傳送、任務(wù)控制與管理等。動力系統(tǒng)中電機帶動螺旋槳可為無人機提供動力，通過改變四個電機的轉(zhuǎn)速，可以控制無人機進(jìn)行前后、左右、升降以及旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)等動作。電源模塊可以為無人機飛行、云臺的旋轉(zhuǎn)控制，以及數(shù)據(jù)傳輸模塊等提供能源保障。圖傳和數(shù)傳是無人機與地面站建立通訊的傳輸通道，用于傳輸視頻數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)。飛機負(fù)載的云臺設(shè)計為三軸增穩(wěn)云臺，支持俯仰、平移、橫滾3個維度的運動，內(nèi)置姿態(tài)傳感器和圖像穩(wěn)定系統(tǒng)，不管是無人機本身的抖動還是俯仰、橫滾時，云臺都能夠保持穩(wěn)定，進(jìn)而保證相機圖像的質(zhì)量。云臺設(shè)計為可拆卸，可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境需要選擇可見光或熱成像的攝像機，或者其他掛載。云臺相機內(nèi)置MicroSD卡槽，以保障圖傳鏈路出現(xiàn)故障時仍能不間斷進(jìn)行錄像。地面站系統(tǒng)由一體化遙控器和地面站組成，一體化遙控器內(nèi)置7寸電容式觸摸屏，不僅可以顯示無人機的各項飛行數(shù)據(jù)，也可以在地圖模式下顯示無人機的位置，或者顯示云臺相機的實時圖像。并且可以和傳統(tǒng)地面站一樣設(shè)置航點、規(guī)劃航行線路等。地面站可以將無人機的圖像和相關(guān)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)降孛婧笈_管理中心，以便指揮人員了解情況進(jìn)行決策。

2.智能無人機巡航系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)

圖2

無人機系統(tǒng)主要是采用無線傳輸接收或發(fā)射數(shù)據(jù)，將無人機的各項飛行數(shù)據(jù)及云臺相機的圖像視頻信號通過無線圖傳技術(shù)實時傳輸?shù)降孛嬲荆瓿珊较?、航線等遠(yuǎn)程遙控。遙控通道主要用于一體式遙控器手動操控?zé)o人機。一體式遙控器集遙控顯示功能于一體，既可以直接進(jìn)行手動操控，并在7寸觸摸屏上查看云臺攝像機圖像；也可以設(shè)置飛行線路和飛行任務(wù)等。指揮中心作為無人機的管理終端，可以將無人機的實時圖像及數(shù)據(jù)通過大屏電視墻或者客戶端電腦直觀地顯示，以便于對現(xiàn)場情況及時、準(zhǔn)確地進(jìn)行指導(dǎo)和指揮，同時將數(shù)據(jù)實時儲存，形成數(shù)據(jù)庫，為后期的數(shù)據(jù)追溯提供依據(jù)。

3.智能無人機分類及特點

無人機根據(jù)能源驅(qū)動方式可以分為兩種：一種是電能驅(qū)動，無人機內(nèi)置鋰電池，以鋰電池為驅(qū)動能源進(jìn)行工作，通常發(fā)生故障時自身不會成為另外的著火源，適用于森林消防巡查、棉花倉儲等；弊端是鋰電池續(xù)航時間短，作業(yè)半徑有限，無人機無法長時間或較長距離的作業(yè)。第二種是油動，采用柴油或者汽油作為能源，優(yōu)點是其持續(xù)工作能力強，作業(yè)半徑廣，但缺點是一旦出現(xiàn)故障造成墜機，會引發(fā)新的火災(zāi)，加大火災(zāi)形勢，造成更大的損失，需謹(jǐn)慎選擇使用場合。

無人機遙感技術(shù)綜合了無人機和遙感技術(shù)的特點，可以自動快速獲取物流區(qū)域儲存信息。無人機搭載的攝像裝備其影像分辨率達(dá)到厘米級別，可實現(xiàn)高空間，大面積巡檢，也可實現(xiàn)低空間較小范圍精確監(jiān)測。通過多光譜分析，得到大面積測區(qū)的各項檢測數(shù)據(jù)。無人機的數(shù)據(jù)采集和處理能力是人工檢測采集的數(shù)十倍。同時利用機載熱成像可以對園區(qū)進(jìn)行實時熱源檢測，及時發(fā)現(xiàn)火情，可實時發(fā)送提示報警信息。

4.無人機在棉花倉儲巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用

因棉花倉儲物流園區(qū)占地面積較為特殊，東西方向長約2400米，最寬處約600米，以往采用人工巡檢的方法，巡視一周需要一個小半時，經(jīng)常出現(xiàn)漏巡、巡查不到位現(xiàn)象，且棉花堆垛普遍堆放較高，巡視人員看不到垛頂狀況，存在巡視死角，而且人工巡檢對巡檢人員責(zé)任心要求較高，可控性復(fù)雜。通過新增無人機巡查系統(tǒng)，由監(jiān)控中心一鍵操作，實現(xiàn)由無人機自動化巡檢巡視，實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)信息化管理，巡檢效率提高，巡視全面，且巡視一周只需要半個小時，進(jìn)一步提升棉花倉儲物流日常維護(hù)管理精細(xì)化管理水平。且采用人防+技防相結(jié)合的方式，極大地提高了棉花倉儲的安全管控，降低火災(zāi)發(fā)生率。

圖3

通過無人機搭載的熱成像攝像機，在控制系統(tǒng)設(shè)定溫度報警，當(dāng)溫度大于夏季30℃（冬季20℃）自動報警，操作人員能夠第一時間接受報警信息，對溫度異常點進(jìn)行重點檢查，同時及時通知現(xiàn)場管理人員趕赴溫度異常點進(jìn)行確認(rèn)。紅外熱成像技術(shù)不受惡劣天氣的影響，無論大霧還是夜晚都可以正常工作。通過無人機搭載紅外技術(shù)，可以使施工現(xiàn)場的安全檢查更加智能，適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，節(jié)約人工檢測成本，消除安全隱患。

圖4

通過無人機巡檢操作系統(tǒng)對巡查任務(wù)進(jìn)行設(shè)定，可固化巡查航線，操作人員將無人機放置到指定起降位置，在初次設(shè)定巡航路線后，通過無人機攜帶的GPS導(dǎo)航模塊將路線坐標(biāo)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)保存，設(shè)定巡航周期，監(jiān)控中心人員一鍵式啟動無人機后，無人機按照系統(tǒng)設(shè)定的路線進(jìn)行自動化巡檢，巡檢過程中發(fā)現(xiàn)異常會及時在控制終端報警，由監(jiān)控人員確認(rèn)及時進(jìn)行處理，巡查結(jié)束后返回指定位置后自動將巡檢數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)管理平臺，形成巡查報告保存至存儲期內(nèi)。

無人機還具備自動躲避障礙物功能，棉花倉儲現(xiàn)場布置有大量的避雷設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備，高度超過30米，無人機在設(shè)置了自動巡航后，巡航高度固定，正常設(shè)定為15米，當(dāng)無人機在巡檢時當(dāng)遇到障礙物時，自動避障系統(tǒng)能夠及時地避開飛行路徑中的障礙物，繼續(xù)進(jìn)行巡視工作，保障無人機自身安全的同時減少人員操作的工作強度。

5.結(jié)語

隨著無人機技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及其在消防行業(yè)良好的應(yīng)用效果，為倉儲物流行業(yè)消防防控工作提供基礎(chǔ)與保障，通過無人機在棉花倉儲巡檢中進(jìn)行高空偵查、信息的收集和傳遞、指揮調(diào)度等，突破了傳統(tǒng)的人員巡查的局限性，降低人員工作強度，提高倉儲物流消防管控的安全等級，及時地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場前期火災(zāi)，減少財產(chǎn)損失與人員傷亡。