通用航空無(wú)人機(jī)飛行管控輟設(shè)計(jì)

引言

本文旨在結(jié)合中國(guó)民航最新政策法規(guī)，設(shè)計(jì)一種無(wú)人機(jī)飛行管控系統(tǒng)“G-Cloud”，可以直接對(duì)無(wú)人機(jī)的位置、高度、

速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；利用互聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)的手段，將海量的文字及數(shù)據(jù)信息通過(guò)系統(tǒng)終端直觀呈現(xiàn)。系統(tǒng)使用雷

達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)活動(dòng)目標(biāo)自動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)、并結(jié)合視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)安防系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。系統(tǒng)主要功能包括：?jiǎn)蝹€(gè)

或多個(gè)目標(biāo)自動(dòng)探測(cè)、跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、區(qū)域報(bào)警設(shè)置、智能自動(dòng)值班、目標(biāo)軌跡、信息回放、目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別等。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

如下圖所示，G-Cloud由機(jī)載數(shù)據(jù)采集設(shè)備、低空監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)控中心、工作終端四大部分組成：

1.1機(jī)載數(shù)據(jù)采集設(shè)備

機(jī)載數(shù)據(jù)采集設(shè)備含定位模塊、無(wú)線(xiàn)通訊模塊及ADS-B模塊。無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，定位模塊會(huì)按一定頻率接收定

位衛(wèi)星下發(fā)的最新位置信息，然后機(jī)載盒體會(huì)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊及ADS-B兩種方式實(shí)時(shí)向監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)提交最新位置信息。

1.2低空監(jiān)測(cè)設(shè)備

低空監(jiān)測(cè)設(shè)備包括安裝在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的低空監(jiān)控雷達(dá)和監(jiān)控?cái)z像機(jī)。

低空監(jiān)控雷達(dá)：雷達(dá)對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)等活動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行搜索、獲取目標(biāo)的位置，方向，速度等信息，并定時(shí)

上報(bào)給雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。

監(jiān)控?cái)z像機(jī)：安裝在現(xiàn)場(chǎng)的智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，監(jiān)控中心能夠根據(jù)雷達(dá)探測(cè)追蹤目標(biāo)控制攝像頭旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)目標(biāo)

進(jìn)行攝像；并將目標(biāo)的視頻數(shù)據(jù)傳送給光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。

1.3監(jiān)控平臺(tái)

監(jiān)控中心由管理主機(jī)、機(jī)載數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、Web服務(wù)器、APP接

口服務(wù)器、視頻存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。監(jiān)控中心采集雷達(dá)定時(shí)發(fā)送的目標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、

根據(jù)目標(biāo)的經(jīng)緯度，方向，速度，將活動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡在地圖上顯示，并控制攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)，對(duì)報(bào)警目標(biāo)進(jìn)行拍攝，

同時(shí)進(jìn)行大屏幕播放。監(jiān)控中心將雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，將視頻文件存入視頻存儲(chǔ)設(shè)備。監(jiān)控中心為安保人員提供

web、手機(jī)APP、現(xiàn)場(chǎng)大屏幕等展示接口。

機(jī)載數(shù)據(jù)處理服務(wù)器：負(fù)責(zé)采集無(wú)人機(jī)定時(shí)上報(bào)的經(jīng)緯度、高程、時(shí)間等數(shù)據(jù)，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器：負(fù)責(zé)采集雷達(dá)定時(shí)發(fā)送的目標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)包括目標(biāo)x坐標(biāo)、目標(biāo)y坐標(biāo)、目標(biāo)z

坐標(biāo)、目標(biāo)方位角、目標(biāo)絕對(duì)速度、目標(biāo)距離、目標(biāo)批號(hào)、數(shù)據(jù)周期等，同時(shí)將雷達(dá)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器：負(fù)責(zé)控制攝像機(jī)，對(duì)報(bào)警目標(biāo)進(jìn)行攝像，并接收攝像機(jī)實(shí)時(shí)傳送的視頻數(shù)據(jù)，傳送到大屏

幕播放，同時(shí)將視頻文件存入視頻存儲(chǔ)設(shè)備。

Web服務(wù)器：Web服務(wù)器負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)的功能及數(shù)據(jù)展示，是整個(gè)平臺(tái)的展示窗口。

圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

APP接口服務(wù)器：APP接口服務(wù)器將現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信息推送到安保人員的手機(jī)APP上，安保人員可以通過(guò)手機(jī)APP

查看現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信息。

視頻存儲(chǔ)設(shè)備：存儲(chǔ)攝像機(jī)拍攝的視頻文件。目前視頻存儲(chǔ)有三種成熟的解決方案：存儲(chǔ)服務(wù)器方案、IP-SAN方

案、云存儲(chǔ)方案。存儲(chǔ)服務(wù)器方案擴(kuò)展比較困難，云存儲(chǔ)方案成本比較高，本系統(tǒng)采用IPSAN方案，IP-SAN方案具體

介紹見(jiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)章節(jié)。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為數(shù)據(jù)采集、處理服務(wù)器提供共享存儲(chǔ)空間和內(nèi)容一致性的存儲(chǔ)區(qū)域，存儲(chǔ)大量雷

達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及管理設(shè)置數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用主從同步，讀寫(xiě)分離方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

管理主機(jī)：監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)性能。

1.4工作終端

工作終端包括安保人員使用的電腦和手機(jī)、大屏幕顯示終端、聲光報(bào)警終端。工作人員可以通過(guò)前端電腦瀏覽器

登錄，管理整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)了解到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控情況；報(bào)警信息也會(huì)實(shí)時(shí)推送到工作人員手機(jī)上；另外大屏幕實(shí)時(shí)播放監(jiān)控

現(xiàn)場(chǎng)視頻。

2系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)

G-Cloud平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)從邏輯上分為物理層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)采集層、應(yīng)用支撐層、系統(tǒng)應(yīng)用層、信息展示層等六

層。該系統(tǒng)采用組件式結(jié)構(gòu)，靈活方便，并有良好的通用性和可擴(kuò)展性?；谠撃Ｐ涂裳杆俳M建各種應(yīng)用模式的無(wú)人機(jī)

監(jiān)管解決方案。系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2.1物理層

物理層包括監(jiān)控雷達(dá)、監(jiān)控智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、聲光報(bào)警設(shè)備以及服務(wù)器等物理硬件設(shè)備，是整個(gè)

系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。

2.2網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層包括WLAN/LAN、3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)、WIFI等通信方式，監(jiān)控雷達(dá)、監(jiān)控?cái)z像機(jī)與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)通過(guò)

WLAN/LAN通信，監(jiān)控中心與安保人員手機(jī)APP通過(guò)3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)通信。

2.3數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包括雷達(dá)數(shù)據(jù)采集、光電數(shù)據(jù)采集等。數(shù)據(jù)層為應(yīng)用支撐層提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.4應(yīng)用支撐層

應(yīng)用支撐層包括地圖引擎、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、視頻解碼、數(shù)據(jù)庫(kù)等。應(yīng)用支撐層主要依賴(lài)地圖、活動(dòng)目標(biāo)的

參數(shù)，預(yù)測(cè)目標(biāo)運(yùn)行軌跡，為應(yīng)用層提供功能基礎(chǔ)。

2.5應(yīng)用層

應(yīng)用層包括、實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)軌跡回放、目標(biāo)流量監(jiān)測(cè)、自動(dòng)值班功能、視頻目標(biāo)識(shí)別、

抓拍功能、報(bào)警區(qū)域設(shè)置、目標(biāo)地圖顯示、視頻播放、日志管理、用戶(hù)管理、歷史報(bào)警、攝像頭運(yùn)轉(zhuǎn)情況、雷達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)狀

況、軌跡回放、角色管理、設(shè)備管理、分時(shí)報(bào)警統(tǒng)計(jì)、區(qū)域報(bào)警統(tǒng)計(jì)、目標(biāo)類(lèi)型統(tǒng)計(jì)、目標(biāo)趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)等功能，具體可見(jiàn)

下一節(jié)系統(tǒng)功能。

2.6展示層

展示層包括web界面展示、手機(jī)APP展示、中心大屏幕展示；監(jiān)控管理人員可以通過(guò)web界面、中心大屏幕，

便捷了解監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況、并可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。

2.7依賴(lài)和規(guī)則

雷達(dá)和光電的綜合安防系統(tǒng)依賴(lài)現(xiàn)場(chǎng)地圖，并遵守視頻標(biāo)準(zhǔn)、以及第三方協(xié)議等。

3系統(tǒng)工作流程

3.1機(jī)載數(shù)據(jù)采集設(shè)備工作流程

機(jī)載數(shù)據(jù)采集設(shè)備工作流程流程主要包含機(jī)載數(shù)據(jù)接收及處理流程、視頻數(shù)據(jù)處理流程、以及監(jiān)控流程等。系統(tǒng)

流程圖如下圖所示：

3.2機(jī)載數(shù)據(jù)處理流程

第三方膜協(xié)議

wsm*大屏?卷示丁凱3

應(yīng)用層

監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)時(shí)總投實(shí)時(shí)猴?日麗輝

放溫

白動(dòng)脩出功優(yōu)短口標(biāo)識(shí)盤(pán)岷域設(shè)

次索抓拍功就

觸別標(biāo)巾

普達(dá)1次播像頭T況

地網(wǎng)

第三

松

統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)管理儀

分時(shí)指?區(qū)域報(bào)■

角色管理用戶(hù)管理

刈錢(qián)討妹"計(jì)

二事故飛行。飛行1M無(wú)人執(zhí)

M0,管理

統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)營(yíng)理

網(wǎng)絡(luò)管理手機(jī)APP

膜務(wù)器管

fit督信名弼4實(shí)時(shí)”

目場(chǎng)地圖

發(fā)務(wù)■狀低標(biāo)給投口g輝

應(yīng)用支撐層

地陰引掌RKtftit現(xiàn)猿笫叫

效據(jù)層

南內(nèi)KM采能光電效M采熱

網(wǎng)絡(luò)后

WVLM/UMM/46R1BW

監(jiān)拴函送監(jiān)控地停外口熟硒I流?聲光報(bào)?M8iU*

圖2分層結(jié)構(gòu)圖

飛行中的無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)將最新位置及飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)給機(jī)載數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，機(jī)載數(shù)據(jù)處理服務(wù)器分析處理數(shù)據(jù),

并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；過(guò)程中如果需要報(bào)警，機(jī)載數(shù)據(jù)處理服務(wù)器將通過(guò)光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器發(fā)送指令給攝像

機(jī)，打開(kāi)攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行攝像，同時(shí)發(fā)送報(bào)警信息給聲光報(bào)警設(shè)備和APP服務(wù)器，APP服務(wù)器將報(bào)警信息推送到安

保人員手機(jī)上。

3.3視頻數(shù)據(jù)處理流程

攝像機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)視頻上傳給光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器將視頻發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)大屏幕，同時(shí)保存到視頻

存儲(chǔ)設(shè)備上；安保人員可以通過(guò)光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器將攝像機(jī)設(shè)置參數(shù)發(fā)送給攝像機(jī)。

3.4監(jiān)控流程

安保人員通過(guò)監(jiān)控前臺(tái)查看監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)狀況，安保人員也可以通過(guò)監(jiān)控前臺(tái)界面向攝像機(jī)發(fā)出設(shè)置指令，指令通過(guò)

光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器傳送給攝像機(jī)。

3.5地面雷達(dá)及光電工作流程

主要包含雷達(dá)數(shù)據(jù)處理流程、視頻數(shù)據(jù)處理流程、以及監(jiān)控流程等。系統(tǒng)流程圖如下圖所示：

3.6監(jiān)控雷達(dá)數(shù)據(jù)處理流程

安裝在現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控雷達(dá)實(shí)時(shí)將活動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)上報(bào)給雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器分析處理數(shù)據(jù)，并

將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；如果發(fā)現(xiàn)報(bào)警目標(biāo)，雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器將通過(guò)光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器發(fā)送指令給攝像機(jī)，

打開(kāi)攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行攝像，同時(shí)發(fā)送報(bào)警信息給聲光報(bào)警設(shè)備和APP服務(wù)器，APP服務(wù)器將報(bào)警信息推送到安保人

員手機(jī)上。

D

圖3系統(tǒng)流程圖圖4系統(tǒng)流

3.7視頻數(shù)據(jù)處理流程

攝像機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)視頻上傳給光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器將視頻發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)大屏幕，同時(shí)保存到視頻

存儲(chǔ)設(shè)備上；安保人員可以通過(guò)光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器將攝像機(jī)設(shè)置參數(shù)發(fā)送給攝像機(jī)。

3.8盛控流程

安保人員通過(guò)監(jiān)控前臺(tái)查看監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)狀況，安保人員也可以通過(guò)監(jiān)控前臺(tái)界面向雷達(dá)和攝像機(jī)發(fā)出設(shè)置指令，指

令通過(guò)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、光電數(shù)據(jù)處理服務(wù)器傳送給監(jiān)控雷達(dá)或者攝像機(jī)。

4總結(jié)

G-Cloud能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)論在辦公室還是室外，隨時(shí)通過(guò)電腦、手機(jī)端管理和監(jiān)視各類(lèi)型無(wú)人機(jī)；有效