★天津華鼎科技有限公司高凡

★北京科技大學(xué)天津學(xué)院王建亮

1 目標和概述

目前無(wú)人機行業(yè)的通訊鏈路方式采用點(diǎn)對點(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(guò)遠，飛行路線(xiàn)周邊環(huán)境復雜有高樓等障礙物，可能造成通訊斷開(kāi)連接的情況發(fā)生，對飛行安全造成極大的影響，而且通訊距離越遠，通訊鏈路機載終端的重量及體積越大，影響了無(wú)人機的掛載能力，而且通訊鏈路的購買(mǎi)成本也越高。

針對傳統的通訊鏈路通訊距離有限，抗干擾能力差等劣勢，采用5G信號作為通訊鏈路信號可替代原有的點(diǎn)對點(diǎn)通訊鏈路，使有限的通訊距離變?yōu)闊o(wú)限的通訊距離，并且在城市這種復雜的飛行環(huán)境中也能保證穩定的鏈路通訊，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”并成功應用到工業(yè)無(wú)人機領(lǐng)域，現已實(shí)現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，可達數百公里以上，工作效率數以幾何型提升，實(shí)現了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)人機的聯(lián)調成功，超越了市面上現有無(wú)人機所用的圖數傳鏈路，從幾公里到幾十公里有限的通信距離實(shí)現為全國覆蓋式通信，使數傳和圖傳的傳輸穩定性大大增強，成為了無(wú)人機真正可依靠的鏈路系統。

圖2 “5G+無(wú)人機”系統架構

圖3 無(wú)人機物流管理系統平臺工作模式示意圖

2 方案介紹

2.1 “5G+無(wú)人機”系統架構

“5G+無(wú)人機”系統架構由飛行服務(wù)、無(wú)人機機庫、無(wú)人機系統、數據鏈及無(wú)人機巡檢可視化指揮中心的監管模塊五個(gè)部分共同組成。飛行服務(wù)包括根據無(wú)人機系統類(lèi)型配置持有相應AOPA證的專(zhuān)業(yè)飛手，全天候響應巡檢飛行服務(wù)需求；無(wú)人機機庫用于無(wú)人機的作業(yè)起降、存儲、充電和維護保養場(chǎng)所等；無(wú)人機系統是信息采集前端設備，通過(guò)搭載視頻監控、5G模組、北斗衛星模組等載荷執行巡航、偵查、數據采集、視頻采集、AI識別追蹤等巡檢任務(wù)；數據鏈是通信運營(yíng)商搭建一張覆蓋巡檢涉及的主要監管區域的5G網(wǎng)絡(luò )，滿(mǎn)足無(wú)人機聯(lián)網(wǎng)控制和監測數據回傳需求，滿(mǎn)足垂直固定翼等款式無(wú)人機的數據聯(lián)網(wǎng)需求。

圖4 “5G+無(wú)人機”系統架構圖

2.2 數據通信

有了5G通信，則可幫助無(wú)人機實(shí)現數據的實(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(guò)本地存儲,直接在云端對數據進(jìn)行處理,極大地提升了無(wú)人機數據采集效率。

隨著(zhù)未來(lái)5G技術(shù)的發(fā)展，5G移動(dòng)通信系統將與無(wú)人機深度融合。無(wú)人機可以利用5G的高速度、低功耗、低時(shí)延等特性，解決遠程控制和遠程監控受限、圖像和視頻流回傳延遲等問(wèn)題，實(shí)現無(wú)人機的全新升級。

2.3 安全措施

在安全措施上，如果5G信號斷開(kāi)，并無(wú)法重新連接，無(wú)人機可自動(dòng)返航至起飛點(diǎn)并保證飛機安全，或就近降落在航線(xiàn)附近的無(wú)人機機庫。

未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中無(wú)人機設備的集成度可能會(huì )使無(wú)人機存在潛在的攻擊風(fēng)險。具有蜂窩連接的無(wú)人機可能會(huì )體驗到可能與地面用戶(hù)體驗到的不同的無(wú)線(xiàn)電傳播特性。一旦無(wú)人機飛到基站上方，可能產(chǎn)生干擾甚至流氓應用程序，比如未經(jīng)授權將手機連接到無(wú)人機上。

圖5 無(wú)人機管理監控平臺場(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(guò)進(jìn)行無(wú)人機與5G聯(lián)合作戰，為疫情防控做出了突出的貢獻。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，對河東區12個(gè)街道，40平方公里，360個(gè)點(diǎn)位的核酸檢測工作進(jìn)行空中巡查，并且在巡查的過(guò)程中向各防疫點(diǎn)位運送所需的防疫物資，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)頂益食品檢測點(diǎn)位，保證無(wú)人機精準降落并把物資分發(fā)給醫護人員，原本需要開(kāi)車(chē)15分鐘路程，使用軸距1.6米“天馬”5G無(wú)人機運送僅2.5分鐘就可配送到點(diǎn)位，幫助醫護人員快速開(kāi)展核酸采樣工作。然后在濱海中關(guān)村協(xié)同創(chuàng )新示范基地運輸到漢沽體育場(chǎng)的診斷樣本接收區，地面路程近三十公里，所需時(shí)間四十分鐘左右，空中直線(xiàn)距離18分鐘到達指定地點(diǎn)，極大加快了核酸篩查進(jìn)度，為抗疫節省了寶貴時(shí)間。

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

5G信號的應用可以使分散在各地域的設備通過(guò)接收5G信號發(fā)出的指令，上傳至各終端設備并做出對應的操作，由指揮系統統一控制各分設備的操作，時(shí)延性小，通訊距離長(cháng)，滿(mǎn)足工業(yè)無(wú)人系統的使用要求。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年3月刊