無人機(jī)森林消防技術(shù)(7)第7章消防無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路與網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)主要內(nèi)容（1）消防無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路、無線通信傳輸及網(wǎng)絡(luò)通信知識(shí)。（2）4G與5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)比。（3）5G網(wǎng)絡(luò)能力及其關(guān)鍵技術(shù)。（4）5G網(wǎng)聯(lián)消防無人機(jī)整體解決方案與展望。（5）低軌衛(wèi)星網(wǎng)聯(lián)消防無人機(jī)。

消防無人機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路的定義消防無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)主要包括機(jī)載數(shù)據(jù)終端和地面數(shù)

據(jù)終端兩部分，其傳輸方向可以分為：上行鏈路和下行鏈路。

上行鏈路主要完成地面站到消防無人機(jī)遙控指令的發(fā)送和接受，

下行鏈路主要完成消防無人機(jī)到地面站的遙測數(shù)據(jù)、紅外或電

視圖像的發(fā)送和接收，并根據(jù)定位信息的傳輸利用上下行鏈路

進(jìn)行。

消防無人機(jī)與地面站間完全依賴無線數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行信息

交互和控制，失去數(shù)據(jù)鏈路的無人機(jī)就像斷線的風(fēng)箏，失去

控制。

消防無人機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路的組成

空中飛行中的無人機(jī)與地面駕駛員（飛手）之間無線通信傳輸?shù)哪康闹饕校哼b控、數(shù)傳和圖傳。無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路由幾個(gè)主要的子系統(tǒng)組成。1、機(jī)載數(shù)據(jù)終端和天線2、地面數(shù)據(jù)終端。3、中繼：1）地面中繼2）空中中繼3）衛(wèi)星中繼

無人機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單線連接方式

目前大多數(shù)無人機(jī)都使用遙控器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操控。兩個(gè)系統(tǒng)獨(dú)占線路進(jìn)行通信，屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單線連接方式。缺點(diǎn)是可靠性差，易受干擾，頻率使用效率低等。（1）Wi-Fi。通過無線Wi-Fi傳輸視頻或者圖像，缺點(diǎn)是傳輸距離較短，圖像質(zhì)量差，延時(shí)較高。（2）OFDM和COFDM。屬于多載波調(diào)制數(shù)據(jù)的傳輸，優(yōu)勢是在窄帶帶寬下也能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是載波頻率偏移，峰均比比較高。（3）衛(wèi)星中繼。衛(wèi)星中繼傳輸主要用于大型軍用無人機(jī)，衛(wèi)星高度

一般在4000km以上。如GPS全球

導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。

網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)的定義網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)是指接入低空移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)，它采用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來承擔(dān)無線數(shù)據(jù)通信工作，取代了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單線連接方式，不受地域限制，可進(jìn)行遠(yuǎn)程跟蹤和操控。網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)在無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)是互連的，通?？梢灾苯釉诙鄠€(gè)鏈路上進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)包可以通過中間節(jié)點(diǎn)，并在多跳中從任何源頭到任何目的地找到它的路徑。從而使無人機(jī)飛行范圍更廣，安全性和可靠性更高，成本更加低廉，無人機(jī)承載的業(yè)務(wù)范圍變得更加廣闊。消防無人機(jī)可靠安全的飛行需要可靠的連接性、高容量以及低延遲作為支撐，移動(dòng)通信5G技術(shù)將最終支持移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供能夠滿足最極端或最苛刻應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。

無人機(jī)聯(lián)網(wǎng)迎接大未來網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)賦予的實(shí)時(shí)超高清圖傳、遠(yuǎn)程低時(shí)延控制、永遠(yuǎn)在線等重要能力，全球?qū)⑿纬梢粋€(gè)數(shù)以千萬計(jì)的無人機(jī)智能網(wǎng)絡(luò)，7x24小時(shí)不間斷地提供航拍、送貨、勘探、消防和緊急救援等服務(wù)，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)全新的、豐富多彩的“無人機(jī)網(wǎng)聯(lián)天空”。無人機(jī)+行業(yè)應(yīng)用，是無人機(jī)真正的剛需。1、5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)5G新一代蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)所具備的超高帶寬、低時(shí)延高可靠、廣覆蓋大連接特性將為網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)賦予實(shí)時(shí)超高清圖傳、遠(yuǎn)程低時(shí)延控制、永遠(yuǎn)在線等重要能力，大大擴(kuò)展無人機(jī)的應(yīng)用場景。2、星鏈網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)接入低空移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（星鏈）的網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)視和管理、航線規(guī)范、效率提升，促進(jìn)空域合理利用，從而極大延展無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)的定義目前，在中國乃至世界各地，諸多領(lǐng)域已顯現(xiàn)出“網(wǎng)聯(lián)無

人機(jī)+行業(yè)應(yīng)用”的良好發(fā)展勢頭。網(wǎng)聯(lián)能力將是加速包括消防

無人機(jī)在內(nèi)的民用無人機(jī)應(yīng)用普及以及拓展全新應(yīng)用領(lǐng)域的重

要基礎(chǔ)，無論是作為無人機(jī)本身創(chuàng)新應(yīng)用，還是作為一種信息

終端類型的拓展，創(chuàng)新業(yè)務(wù)、商用模式及應(yīng)用空間都不可限量。

特別是隨著5G移動(dòng)通信的普及應(yīng)用和低空移動(dòng)通信網(wǎng)

絡(luò)（星鏈）技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)將在農(nóng)林植保、物流快遞、

電力及石油管線巡查、應(yīng)急通信、消防滅火、氣象監(jiān)視、農(nóng)林

作業(yè)、海洋水紋監(jiān)測、礦產(chǎn)勘探等領(lǐng)域獲得更加廣泛的普及應(yīng)

用。此外，網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)在災(zāi)害評(píng)估、

生化探測及污染采樣、遙感測繪、緝

毒緝私、邊境巡邏、治安反恐、野生

動(dòng)物保護(hù)等方

面也有廣闊應(yīng)用前景。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通俗地講就是由多個(gè)具有獨(dú)立工作能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過傳輸介質(zhì)和軟件物理連接在一起組成的，能實(shí)現(xiàn)資源共享和數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。包括：計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)以及相應(yīng)的應(yīng)用軟件四部分。（1）按距離（覆蓋范圍）分類①局域網(wǎng)（LAN）②城域網(wǎng)（MAN）③廣域網(wǎng)（WAN）④互聯(lián)網(wǎng)（Internet）（2）按傳輸介質(zhì)分類①有線網(wǎng)②無線網(wǎng)

移動(dòng)通信的基本概念

1、移動(dòng)通信的定義

移動(dòng)通信是指能夠滿足人們在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人或物，以及物與物之間進(jìn)行通信的技術(shù)和方式。移動(dòng)通信網(wǎng)隨時(shí)跟蹤用戶并為其服務(wù)，不論主叫或被呼叫的用戶是在車上、船上、飛機(jī)上，還是在辦公室里、家里、公園里，他都能夠獲得其所需要的通信服務(wù)。由于移動(dòng)通信系統(tǒng)允許在移動(dòng)狀態(tài)下通信，所以，系統(tǒng)與用戶之間的信號(hào)傳輸一定得采用無線方式。2、無線通信與有線通信的概念現(xiàn)代通信技術(shù)分為兩種：有線通信和無線通信。例如打電話，有線通信的聲音信息數(shù)據(jù)在實(shí)物上傳播，傳輸介質(zhì)（光纜、電纜、網(wǎng)線等）看得見、摸得著；無線通信的聲音信息數(shù)據(jù)在空中傳播，傳輸介質(zhì)（電磁波）看不見、摸不著。

無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的對(duì)比有線網(wǎng)絡(luò)中最著名的是以太網(wǎng)，無線網(wǎng)絡(luò)中最著名的是Wi-Fi技術(shù)。無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的對(duì)比，有如下缺點(diǎn)。（1）通信雙方因?yàn)槭峭ㄟ^無線進(jìn)行通信，所以通信之前需要建立連接；而有線網(wǎng)絡(luò)就直接用線纜連接，不用這個(gè)過程了。（2）通信雙方通信方式是半雙工的通信方式；而有線網(wǎng)絡(luò)可以是全雙工。（3）通信時(shí)在網(wǎng)絡(luò)層以下出錯(cuò)的概率非常高，所以幀的重傳概率很大；而有線網(wǎng)絡(luò)出錯(cuò)概率非常小。（4）數(shù)據(jù)是在無線環(huán)境下進(jìn)行的，所以抓包非常容易，存在安全隱患。

（5）因?yàn)槭瞻l(fā)無線信號(hào)，所以功耗較大，對(duì)電池來說是一個(gè)考驗(yàn)。

（6）相對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)吞吐量低，通信能力差。

有線通信和無線通信傳播對(duì)比有線通信和無線通信傳播方式對(duì)比示意圖有線通信和無線通信能力對(duì)比示意圖

移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展歷程

在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等專業(yè)術(shù)語中G是英文單詞“generation”（第x代）的縮寫：1G→2G→3G→4G→5G。1．第一代移動(dòng)通信技術(shù)（1G）：20世紀(jì)70年代中后期。2．第二代移動(dòng)通信技術(shù)（2G）：1991年投入使用。3．第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）：2000年投入使用。4．第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）：2005年投入使用。5．第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）：2020年為5G元年

5G核心能力指標(biāo)

5G不再單純地強(qiáng)調(diào)峰值傳輸速率，而是綜合考慮8個(gè)技術(shù)

指標(biāo)。主要面向三類應(yīng)用場景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、超高可靠與

低延遲的通信和大規(guī)模（海量）機(jī)器類通信。

5G網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)有以下幾方面。（1）高速度。傳輸速率最高達(dá)10Gbps，每個(gè)用戶可達(dá)1Gbps。（2）泛在網(wǎng)。聯(lián)通萬物（物聯(lián)網(wǎng)）。（3）低功耗。網(wǎng)絡(luò)低功耗。（4）低時(shí)延。1毫秒。（5）萬物互聯(lián)。支持各種不同的設(shè)備（萬物）互聯(lián)。（6）重構(gòu)安全。構(gòu)建智能交通體系。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人們生活的影響(1)（1）消費(fèi)方式的轉(zhuǎn)變。（2）一直在線。（3）社交性和群體性。（4）身份鑒別。（5）移動(dòng)支付。（6）個(gè)性化。（7）精準(zhǔn)性。（8）安全性。（9）定位性。（10）便利性。（11）應(yīng)急性。（12）廣泛性。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人們生活的影響(2)1．4G改變生活自本世紀(jì)4G出現(xiàn)以來，人們的生活節(jié)奏和工作效率整體都獲得快速提升，并且已經(jīng)深入到時(shí)時(shí)處處，方方面面。溝通交流不再是單純的語音，還有視頻和圖像。2．5G改變社會(huì)

5G以其高網(wǎng)速、極低時(shí)延等優(yōu)異性能給移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)帶來革命性的改變，將改變一切基于工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的內(nèi)容。

4G與5G網(wǎng)絡(luò)在無人機(jī)上的應(yīng)用1．4G網(wǎng)絡(luò)在無人機(jī)上的應(yīng)用

當(dāng)4G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)飛行在300m以下時(shí)，4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋良好，上行數(shù)據(jù)傳輸均值達(dá)到5Mbps，時(shí)延300ms以下。4G網(wǎng)絡(luò)可滿足現(xiàn)有的部分低速率、對(duì)時(shí)延不敏感的無人機(jī)應(yīng)用。2．5G網(wǎng)絡(luò)在無人機(jī)上的應(yīng)用5G傳輸速率可達(dá)l0Gbps（相當(dāng)于4G網(wǎng)絡(luò)速率的100倍）；時(shí)延1ms?？蓾M足高速率、超低時(shí)延消防無人機(jī)的應(yīng)用。

5G網(wǎng)絡(luò)能力

5G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的方向，將實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的萬物互聯(lián)，其中包括5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)及其應(yīng)用。1．超高速移動(dòng)能力2．超高用戶密度能力3．覆蓋能力（1）采用大規(guī)模天線布局。（2）采用協(xié)作傳輸?shù)姆绞?。?）采用不同帶寬部分分頻接入。4．用戶下行容量5．用戶上行容量6．低時(shí)延高可靠連接能力7．海量終端連接能力

5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)1．全頻譜接入技術(shù)2．大規(guī)模多天線技術(shù)3．移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)4．網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)5．新空口技術(shù)6．同頻同時(shí)全雙工技術(shù)7．終端直通（D2D）技術(shù)8．超密集組網(wǎng)技術(shù)

5G網(wǎng)聯(lián)消防無人機(jī)整體解決方案

5G技術(shù)給消防無人機(jī)帶來極大好處：大寬帶、低延遲、高

可靠、廣覆蓋、大連接的特性，可以對(duì)無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控、

實(shí)時(shí)圖傳、精準(zhǔn)定位、全程監(jiān)管，目前無人機(jī)管理的諸多“短

板”也將被補(bǔ)齊，5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)應(yīng)用場景將會(huì)得到不斷拓展。

5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)系統(tǒng)的組成5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)的機(jī)載終端歸納為ABC三類，以滿足不同行業(yè)應(yīng)用場景下需求：A類：保障安全飛行。B類：無人機(jī)遠(yuǎn)程超視距實(shí)時(shí)控制+保障安全飛行。C類：超大帶寬，智能化分析。

5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)發(fā)展中的問題和展望

1．5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)發(fā)展中存在的問題

（1）要明確管理要求，穩(wěn)步推進(jìn)5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)試點(diǎn)工作。（2）孵化行業(yè)應(yīng)用。選擇5G、無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為領(lǐng)先的

區(qū)域，打造5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)管理與行業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用基地，

力爭實(shí)現(xiàn)新突破。（3）加快推動(dòng)5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)技術(shù)研發(fā)，加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)

備領(lǐng)域的突破。2．5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)發(fā)展的展望：可分三階段推進(jìn)。

（1）第一階段，網(wǎng)聯(lián)化。（2）第二階段，實(shí)時(shí)化。（3）第三階段，智能化。

低軌互聯(lián)網(wǎng)的基本概念衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是指利用位于地球上空的衛(wèi)星平臺(tái)向用戶終端

提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)。主要有兩種，一種是通

過靜止衛(wèi)星向地面提供信號(hào)，如中國衛(wèi)通公司的

中星16號(hào)等。

另一種是通過近地軌道衛(wèi)星向地面提供信號(hào)，需要成千

上成的小衛(wèi)星組成通信星座，接力提供連續(xù)的通

信，以滿足

全球上網(wǎng)的需求，包括廣大人煙稀少的地區(qū)接入互聯(lián)網(wǎng)。

低軌互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

低軌一般位于地球表面500-2000公里的范圍，相對(duì)于地球同步軌道較低的高度，使得低軌衛(wèi)星傳輸延時(shí)更短，路徑損失更小，部署更加簡便、成本更低。如星鏈星座（4425顆衛(wèi)星）吞吐量可達(dá)到23.7Tbit/s。

低軌互聯(lián)網(wǎng)是指利用低軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球互聯(lián)網(wǎng)無縫鏈接服務(wù)，能解決現(xiàn)有世界上超30億人無法使用互聯(lián)網(wǎng)，超70%地理空間未實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的問題。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的市場規(guī)模

隨著太空空間探索的逐步深入，國內(nèi)外就衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)紛紛

展開部署，2019年全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)總收入為2860億美元，同比增

長3.20%。

預(yù)計(jì)2025年前，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值可達(dá)5600~8500億

美元。

低軌衛(wèi)星網(wǎng)聯(lián)消防無人機(jī)低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的一部分，被視作最新

最有前途的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。多顆衛(wèi)星協(xié)同組網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)全

球無縫覆蓋，不受地域限制，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到崇山峻嶺、遠(yuǎn)

洋、沙漠等信息盲區(qū)。即低軌道衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可使全地球都能通

過寬帶連上互聯(lián)網(wǎng)終端。

隨著我國低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)即將問世，低軌衛(wèi)星網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)，

包括低軌衛(wèi)星網(wǎng)聯(lián)消防無人機(jī)在內(nèi)，即將成為我國無人機(jī)大發(fā)

展的關(guān)鍵趨勢。由于我國森林大多分布位于崇山峻嶺中，層巒

疊嶂、斷澗深溝，人煙罕至，無法大量架設(shè)5G通信基站，因而

采用低軌道衛(wèi)星網(wǎng)聯(lián)消防無人機(jī)進(jìn)行森林資源管理和撲滅森林

火災(zāi)就顯得特別重要。

我國低軌衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)

我國目前僅有3顆在軌運(yùn)行的低軌寬帶通信衛(wèi)星，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)較為滯后。在衛(wèi)星與火箭制造的極高壁壘下，資金投入大、開發(fā)周期長，都是讓社會(huì)資本望而卻步的原因。但隨著衛(wèi)星開發(fā)模式、發(fā)射模式的改變，衛(wèi)星的入門成本得到了大幅降低，從數(shù)十億級(jí)別降到了千萬級(jí)別，供給側(cè)迎來了利好。我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被納入新基建中，國內(nèi)的商業(yè)航天公司，衛(wèi)星通信公司都在緊鑼密鼓地制定發(fā)射計(jì)劃。中國航天科技和中國航天科工兩大集團(tuán)都啟動(dòng)了各自的低軌通信項(xiàng)目“鴻雁”和“虹云”星座計(jì)劃，將分別發(fā)射300顆和156顆低軌通信衛(wèi)星組建太空通信網(wǎng)，兩個(gè)系統(tǒng)計(jì)劃將于2023年建設(shè)完成，這兩個(gè)航天兩大集團(tuán)成為了我國低軌通信衛(wèi)星領(lǐng)域的國家隊(duì)。除此外，我國從事商業(yè)航天的初創(chuàng)型民營公司有近20家。短期內(nèi)，國內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)會(huì)采用低軌衛(wèi)星和高軌衛(wèi)星結(jié)合的形式、融合5G，在短期內(nèi)輔助5G應(yīng)用盡快落地，應(yīng)用邊際拓寬至物聯(lián)網(wǎng)后可以激活萬億市場空間。

我國低軌衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢我國“十四五”規(guī)劃和“2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)”綱要明確提出要建設(shè)高速泛在、天地一體、集成互聯(lián)、安全高效的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。（1）低軌衛(wèi)星與5G互補(bǔ)形成無縫銜接通信網(wǎng)絡(luò)。（2）太赫茲適用于衛(wèi)星通信，將在未來6G通信和天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。（3）低軌高通量系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展將實(shí)現(xiàn)吞吐量提升、高穩(wěn)定性及低時(shí)延。（4）基于人工智能（AI）和云計(jì)算技術(shù)的衛(wèi)星系統(tǒng)自主任務(wù)控制可降低衛(wèi)星任務(wù)管理成本，解決衛(wèi)星數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長所帶來的數(shù)據(jù)爆炸的問題。

星鏈低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星鏈（Starlink）是美國SpaceX公司推出的一項(xiàng)通過低軌衛(wèi)星網(wǎng)，即在三個(gè)軌道上至少部署幾萬顆衛(wèi)星，提供覆蓋全球的高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，整個(gè)計(jì)劃預(yù)計(jì)需要100億美元的支出。星鏈低軌衛(wèi)星距離地面只有340公里。由于衛(wèi)星離地面越近，傳輸延時(shí)越短，路徑損耗越小，這意味著星鏈衛(wèi)星要比傳統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度大很多倍。SpaceX公司計(jì)劃到2024年發(fā)射1.2萬顆衛(wèi)星，到2027年發(fā)射4.2萬顆衛(wèi)星。

星鏈解決網(wǎng)絡(luò)時(shí)延問題

星鏈計(jì)劃首先在距地1150km的軌道部署1600顆衛(wèi)星，接著，在1110-1325km部署2825顆衛(wèi)星。這些屬于SpaceX的LEO星座部署，選擇的是Ku/Ka頻段。將這部分衛(wèi)星部署在較高軌道上，可以更好地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的覆蓋。2019年11月，SpaceX追加部署7518顆衛(wèi)星，選擇的是更低的340km軌道，使用V頻段。在較低軌道上部署衛(wèi)星，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的增強(qiáng)和更有針對(duì)性的服務(wù)。

謝謝!

無人機(jī)森林消防技術(shù)(8)第8章

消防無人機(jī)飛控導(dǎo)航系統(tǒng)主要內(nèi)容（1）消防無人機(jī)飛控導(dǎo)航系統(tǒng)的基本概念。（2）消防無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的定義、功能和類型。（3）消防無人機(jī)機(jī)載傳感器和避障技術(shù)。（4）消防無人機(jī)制導(dǎo)控制系統(tǒng)。（5）消防無人機(jī)自動(dòng)化機(jī)庫與消防車。

消防無人機(jī)的飛行品質(zhì)飛行品質(zhì)是飛行器作為質(zhì)點(diǎn)系在外力、外力矩作用下的運(yùn)動(dòng)特性，它涉及飛行安全和飛機(jī)操縱難易程度。1、消防無人機(jī)飛行的平衡（1）俯仰平衡。（2）方向平衡。（3）橫向平衡。2、消防無人機(jī)飛行的穩(wěn)定性（1）俯仰穩(wěn)定性（2）方向穩(wěn)定性（3）橫向穩(wěn)定性3、消防無人機(jī)飛行的操縱性

消防無人機(jī)的GNC技術(shù)消防無人機(jī)在執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)，為了圓滿完成飛行任務(wù)，必須在其所處的三維空間解決飛行方向、定位和控制三個(gè)最基本的問題，簡稱GNC技術(shù)。（1）制導(dǎo)（Guidance）：要去哪里？（2）導(dǎo)航（Navigation）：現(xiàn)在何處？（3）控制（Control）：怎么走？

消防無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)是消防無人機(jī)自主飛行的核心，扮演著

制導(dǎo)決策與控制的雙重角色，其總體結(jié)構(gòu)由機(jī)上及地面兩部分

組成，機(jī)上和地面系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)直接耦合。地面駕駛

員將操縱信號(hào)和飛控指令輸入地面的飛控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)

算機(jī)處理后，通過數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)傳輸?shù)綑C(jī)上自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)計(jì)

算機(jī)，經(jīng)處理后去控制無人機(jī)的飛行運(yùn)動(dòng)。消防無人機(jī)飛行控

制方式有全自主控制和半自主控制方式兩種。

消防無人機(jī)飛行姿態(tài)解算

姿態(tài)解算是指飛行控制系統(tǒng)控制器讀取傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算消防無人機(jī)的姿態(tài)角，比如橫向翻滾角（roll）、俯仰角（pitch）、方向角（yaw）信息，飛行控制器根據(jù)這些信息即可計(jì)算消防無人機(jī)各旋翼轉(zhuǎn)速（或槳距）的輸出量，使消防無人機(jī)保持平衡穩(wěn)定或者保持一定傾斜角，使消防無人機(jī)朝著某設(shè)定方向飛行。姿態(tài)解算是消防無人機(jī)穩(wěn)定飛行的關(guān)鍵技術(shù)之一，解算速度和精度直接關(guān)系到消防無人機(jī)飛行中的穩(wěn)定性和可靠性。1、飛行姿態(tài)自動(dòng)控制的流程2、飛行姿態(tài)解算的步驟（1）數(shù)據(jù)濾波算法。（2）姿態(tài)檢測算法。（3）姿態(tài)控制算法。

消無人機(jī)防自主故障診斷與自修復(fù)消防無人機(jī)自主故障診斷與自修復(fù)重構(gòu)是它實(shí)現(xiàn)自主控制

的保障，能夠提高消防無人機(jī)在森林火災(zāi)惡劣環(huán)境下的生存能

力以及飛行安全性。1、故障單元確定2、故障類型劃分3、故障/解除判定方法4、應(yīng)急等級(jí)及處理策略

消防無人機(jī)導(dǎo)航的定義和功能1．消防無人機(jī)導(dǎo)航的定義主要解決消防無人機(jī)“現(xiàn)在何處？”的精確定位問題：（1）自主式導(dǎo)航。慣性導(dǎo)航、多普勒導(dǎo)航和天文導(dǎo)航等。（2）非自主式導(dǎo)航。無線電導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航等。2．消防無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的功能（1）獲得必要的導(dǎo)航要素，包括高度、速度、姿態(tài)、航向。（2）給出滿足精度要求的定位信息，包括經(jīng)度、緯度。（3）引導(dǎo)飛機(jī)按規(guī)定計(jì)劃飛行。（4）接收預(yù)定任務(wù)航線計(jì)劃，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。（5）接收控制站的導(dǎo)航模式控制指令并執(zhí)行。（6）具有接收并融合消防無人機(jī)其他設(shè)備的輔助導(dǎo)航定位信息。（7）配合其他系統(tǒng)完成各種任務(wù)。

消防無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的類型

1．慣性導(dǎo)航2．天文導(dǎo)航3．多普勒導(dǎo)航4．衛(wèi)星導(dǎo)航5．差分GPS導(dǎo)航6．無線電導(dǎo)航7．組合導(dǎo)航

消防無人機(jī)差分GPS導(dǎo)航示意圖

消防無人機(jī)機(jī)載傳感器1．陀螺儀2．加速度計(jì)3．磁力計(jì)4．氣壓計(jì)5．全球定位系統(tǒng)（GPS）6．紅外溫度傳感器

7．電子羅盤8．激光掃描測距雷達(dá)

消防無人機(jī)避障技術(shù)

1．紅外避障：常見的實(shí)現(xiàn)方式是采用“三角測量原理”。2．超聲波避障：頻率高于20kHz，

人耳聽不見，指向性強(qiáng)。3．激光避障：發(fā)射激光然后接收。4．雙目視覺避障：利用兩個(gè)平行的

攝像頭進(jìn)行拍攝，然后根據(jù)兩幅圖像視差，計(jì)算出特定點(diǎn)的距離。

無人機(jī)制導(dǎo)控制系統(tǒng)機(jī)載制導(dǎo)控制系統(tǒng)是完成“制導(dǎo)”和”控制”兩項(xiàng)功能的硬件及軟件總稱。（1）伺服執(zhí)行系統(tǒng)。由伺服機(jī)構(gòu)、舵機(jī)、反饋傳感器和放大器等組成。（2）控制系統(tǒng)。通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用來改變姿態(tài)、速度等參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定飛行或跟蹤制導(dǎo)指令。（3）制導(dǎo)系統(tǒng)。由穩(wěn)定控制系統(tǒng)加上測量消防無人機(jī)運(yùn)動(dòng)、位置等信息的導(dǎo)航類傳感器，以及制導(dǎo)信號(hào)解算模塊組成。

消防無人機(jī)的制導(dǎo)技術(shù)的類型消防無人機(jī)制導(dǎo)技術(shù)是指按照一定規(guī)律控制消防無人機(jī)的飛行方向、姿態(tài)、高度和速度，用于引導(dǎo)其安全飛行的自動(dòng)化技術(shù)。1．自主制導(dǎo)技術(shù)1）程序制導(dǎo)2）慣性制導(dǎo)3）衛(wèi)星制導(dǎo)4）天文制導(dǎo)5）地圖匹配制導(dǎo)2．遙控制導(dǎo)技術(shù)1）指令制導(dǎo)2）波束制導(dǎo)3．尋的制導(dǎo)技術(shù)

1）主動(dòng)尋的制導(dǎo)

2）半主動(dòng)尋的制導(dǎo)

3）被動(dòng)尋的制導(dǎo)

消防無人機(jī)的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)

舵機(jī)是舵回路的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其作用是輸出力矩和角速度，驅(qū)動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)。其工作過程包括兩方面：一方面是通過主傳動(dòng)部分的減速器帶動(dòng)鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)，操控舵面偏轉(zhuǎn)：另一方面是通過測速傳動(dòng)部分的減速器帶動(dòng)測速發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，輸出與舵面偏轉(zhuǎn)角速度成正比的電信號(hào)，作為舵回路的負(fù)反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)舵回路的閉環(huán)控制。1．電動(dòng)舵機(jī)（1）間接式。（2）直接式。2．液壓舵機(jī)（1）液壓助力器。（2）電液伺服裝置。

消防無人機(jī)自動(dòng)化機(jī)庫的定義消防無人機(jī)自動(dòng)化機(jī)庫通過機(jī)械化裝置實(shí)現(xiàn)飛行平臺(tái)的升

降和艙門開合，具備消防無人機(jī)存儲(chǔ)以及放飛回收、充能功能，

以及開箱即用、自主可控、穩(wěn)定可靠、數(shù)據(jù)本地化、軟硬件一

體化、高環(huán)境適應(yīng)性、多天氣適應(yīng)性等特點(diǎn)?？蓪⑾罒o人機(jī)

直接部署到作業(yè)現(xiàn)場，解決人工攜帶消防無人機(jī)通勤的問題，

既能增強(qiáng)無人機(jī)應(yīng)急作業(yè)能力，作業(yè)效率也得到大幅提升。

消防無人機(jī)機(jī)庫的作用和構(gòu)成1、消防無人機(jī)自動(dòng)化機(jī)庫的作用（1）有一個(gè)密閉空間，可解決消防無人機(jī)的野外存放問題。（2）采用自動(dòng)化機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)停放平臺(tái)的升降和艙門開合。（3）解決無人機(jī)的電池充能或加油問題。2、消防無人機(jī)機(jī)庫的構(gòu)成（1）機(jī)庫體（2）庫內(nèi)模塊（3）庫外設(shè)備

消防無人機(jī)自動(dòng)化機(jī)庫的功能（1）可靠的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力（2）氣象探測能力。（3）自我防護(hù)能力。（4）提升消防無人機(jī)安全可靠性。（5）優(yōu)化人機(jī)交互平臺(tái)。①環(huán)境探測傳感器。②簡化操作界面。③預(yù)留通道。④緊急情況處置。⑤系統(tǒng)適配程度。

消防無人機(jī)自動(dòng)化機(jī)庫的基本類型

1、固定式機(jī)庫

固定式消防無人機(jī)自動(dòng)化機(jī)庫是固定擺放在野外，主要解決的就是在固定區(qū)域內(nèi)消防無人機(jī)的全自動(dòng)巡檢巡邏和撲滅火災(zāi)工作。其覆蓋范圍相對(duì)有限，主要面對(duì)相對(duì)高頻的應(yīng)用場景，發(fā)揮產(chǎn)品的最大應(yīng)用價(jià)值。2、移動(dòng)式機(jī)庫

移動(dòng)式消防無人機(jī)自動(dòng)化機(jī)庫安裝在運(yùn)輸車輛上，與運(yùn)輸車輛融合為一體。既具有固定式自動(dòng)化機(jī)庫性能，可以為消防無人機(jī)不間斷供電、遠(yuǎn)程通信和集成自動(dòng)換電（或加油），又具有無人機(jī)消防車的運(yùn)輸能力，作業(yè)靈活機(jī)動(dòng)，作業(yè)范圍大，不受區(qū)域限制，能夠自動(dòng)化操作，連續(xù)作業(yè)，提高消防無人機(jī)運(yùn)作效率，以及運(yùn)行穩(wěn)定和環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等。

無人機(jī)消防車(1)小型消防旋翼無人機(jī)體積小、重量輕，運(yùn)輸攜帶方便，通

常采用無人機(jī)消防車運(yùn)輸。無人機(jī)消防車與移動(dòng)式消防無人機(jī)

自動(dòng)化機(jī)庫的主要區(qū)別是：無人機(jī)消防車是作為消防無人機(jī)的

運(yùn)輸工具，不具備自動(dòng)化機(jī)庫其他的必備功能，如自動(dòng)給消防

無人機(jī)的電池充能或加油等。

無人機(jī)消防車(2)無人機(jī)消防車安裝有5G或星鏈通信鏈路接收天線，并在

其周圍空間構(gòu)成一個(gè)5G或星鏈移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，供網(wǎng)絡(luò)消防

無人機(jī)使用。小型旋翼無人機(jī)消防車有多種型號(hào)，根據(jù)消防車

尺寸大小和載重量的不同，分為A、B、C三種型號(hào)?？裳b載1

架小型旋翼無人機(jī)的無人機(jī)消防車稱為A型，裝載2架的稱為B

型，裝載4架的稱為C型。

A型無人機(jī)消防車外形尺寸如下圖。

無人機(jī)消防車(3)

B型無人機(jī)消防車外形尺寸9000mm×2500mm×3800mm，

駕乘人數(shù)6人，最大行駛速度100km/h。車上安裝有5G或星鏈

通信鏈路接收天線，配備車載電平外接充電裝置，10kWUPS

電源管理系統(tǒng)，20kg取力式發(fā)電機(jī)，自動(dòng)滑出無人機(jī)起降平臺(tái)，

支持2架小型消防多旋翼無人機(jī)（裝載30kg）的運(yùn)輸。

無人機(jī)消防車(4)

C型無人機(jī)消防車外形尺寸10500×2500×3800mm，駕員6人，最大行駛速度100km/h。車上安裝有5G或星鏈通信鏈路

接收天線，配備車載電平外接充電裝置，20kWUPS電源管理系

統(tǒng)，支持30min備用電池供電，20kg取力式發(fā)電機(jī)。支持4架

小型消防多旋翼無人機(jī)（裝載30公斤）的運(yùn)輸、起飛和降落。

謝謝!

無人機(jī)森林消防技術(shù)(9)第9章消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃和地面控制站主要內(nèi)容（1）消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃的基本概念。（2）消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)。（3）消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃算法。（4）消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃的數(shù)字地圖技術(shù)。（5）消防無人機(jī)地面控制站。

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃的定義消防無人機(jī)的任務(wù)規(guī)劃（MissionPlanning，MP）是根據(jù)其飛行任務(wù)、參與該項(xiàng)任務(wù)的消防無人機(jī)數(shù)量及攜帶荷載類型，對(duì)消防無人機(jī)制定飛行路線并進(jìn)行任務(wù)分配。

任務(wù)規(guī)劃的主要目的是綜合考慮消防無人機(jī)的性能、飛行時(shí)間、耗能、火災(zāi)現(xiàn)場和飛行域、消防無人機(jī)集群，以及撲滅森林火災(zāi)的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)等約束條件，為消防無人機(jī)找出最佳飛行航線，集群配合，以及在該航線上對(duì)有效載荷的控制策略，以便能最大限度地發(fā)揮有效載荷的作用。

由于消防無人機(jī)是無人駕駛的航空器，所以在飛行前需要事先規(guī)劃和設(shè)定好它的飛行任務(wù)和航線。在飛行過程中，地面操縱人員還要隨時(shí)了解消防無人機(jī)的飛行狀態(tài)，根據(jù)需要操控消防無人機(jī)調(diào)整姿態(tài)和航線，及時(shí)處理飛行中遇到的特殊情況，以保證飛行安全和飛行任務(wù)的完成。

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃的分類消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃研究的重點(diǎn)是航路規(guī)劃和任務(wù)載荷規(guī)劃。1）從時(shí)間上劃分（1）事前規(guī)劃。（2）實(shí)時(shí)規(guī)劃。2）從功能上劃分（1）航路規(guī)劃。（2）任務(wù)載荷規(guī)劃。（3）數(shù)據(jù)鏈路規(guī)劃（4）系統(tǒng)保障與應(yīng)急預(yù)案規(guī)劃。

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃實(shí)施步驟和功能

1．消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃實(shí)施步驟（1）任務(wù)分配。（2）航線規(guī)劃。（3）仿真演示。2．消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃的主要功能（1）具有航線規(guī)劃功能。（2）具有標(biāo)準(zhǔn)飛行軌道生成功能。（3）具有常規(guī)的飛行航線生成、管理功能。（4）飛行仿真演示功能。（5）森林火災(zāi)發(fā)生和蔓延過程演示功能。（6）消防無人機(jī)集群和消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火演示功能。

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的定義

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)（UnmannedAerialVehicleMissionPlanningSystem）是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)

任務(wù)需求，從多渠道采集消防無人機(jī)飛行使用過程需要的各種

情報(bào)信息，分析森林火災(zāi)蔓延態(tài)勢和火災(zāi)現(xiàn)場環(huán)境，為任務(wù)規(guī)

劃人員制作并提供數(shù)字地形、火災(zāi)類型、面積和分布、路徑評(píng)

估、現(xiàn)場氣象、消防無人機(jī)電池電量（或燃油量）能耗計(jì)算、

載荷使用等決策依據(jù)，為地面消防指揮中心和操控人員制定消

防無人機(jī)出航航線和返航航線，制定消防無人機(jī)群或消防無人

機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火計(jì)劃和時(shí)間控制節(jié)點(diǎn)，確定各類任務(wù)載荷

的使用時(shí)機(jī)和方式、噴水或滅火彈投擲的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和地點(diǎn)，評(píng)

估撲滅森林火災(zāi)效能，以實(shí)現(xiàn)救火行動(dòng)的最佳效果。

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)是一種綜合運(yùn)用所獲取的信息資源，以一種理想或近似理想的方法來規(guī)劃一個(gè)任務(wù)，從而達(dá)到撲滅森林火災(zāi)目標(biāo)的系統(tǒng)，是一種可以描述機(jī)載任務(wù)的信息系統(tǒng)，主要由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大部分組成。（1）信息采集與處理模塊。（2）規(guī)劃作業(yè)模塊。（3）任務(wù)預(yù)演評(píng)估模塊。（4）任務(wù)輸出模塊。

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃功能

（1）航跡規(guī)劃。規(guī)劃消防無人機(jī)從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的航路，并進(jìn)行檢驗(yàn)，確保規(guī)劃的航路可實(shí)現(xiàn)性和具備良好的安全性。（2）任務(wù)分配規(guī)劃。根據(jù)消防滅火任務(wù)和森林火災(zāi)蔓延信息，合理配置消防無人機(jī)載荷資源，確定載荷設(shè)備的工作模式。（3）數(shù)據(jù)鏈路規(guī)劃。制定不同飛行階段測控鏈路的使用策略規(guī)劃，包括視距、衛(wèi)通鏈路及5G或低軌星網(wǎng)絡(luò)鏈路的選擇、鏈路工作頻段、頻點(diǎn)、使用區(qū)域、使用時(shí)段、功率控制以及控制權(quán)交接等。（4）應(yīng)急處置規(guī)劃。規(guī)劃不同任務(wù)階段的突發(fā)情況處置，針對(duì)性規(guī)劃應(yīng)急航路、返航航路、備降場地及鏈路問題應(yīng)急處置等。（5）任務(wù)推演與評(píng)估。通過任務(wù)推演完成對(duì)消防無人機(jī)進(jìn)行撲滅森林火災(zāi)效果的預(yù)估和判斷，并反饋指導(dǎo)決策．形成滅火計(jì)劃。（6）數(shù)據(jù)生成加載。將航路規(guī)劃、載荷規(guī)劃、鏈路規(guī)劃、應(yīng)急處置規(guī)劃等內(nèi)容和結(jié)果自動(dòng)生成任務(wù)加載數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)加載卡或無線鏈路加載到消防無人機(jī)相關(guān)的功能系統(tǒng)中。

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃流程

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃的特點(diǎn)（1）任務(wù)規(guī)劃輸出信息的準(zhǔn)確性、完整性、一致性要求高。（2）消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)應(yīng)具備快速的重規(guī)劃能力。（3）消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)應(yīng)與其他航空器（如有人駕駛

大型固定翼消防飛機(jī)）任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的發(fā)展協(xié)調(diào)一致。（4）消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃制作人員需要具備戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)素養(yǎng)。

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃算法的分類消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃是在綜合考慮森林火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、

地形、范圍、過火面積、規(guī)模大小、以及飛行區(qū)域等約束的前

提下，根據(jù)載荷及任務(wù)的不同，對(duì)消防無人機(jī)進(jìn)行合理的分配

和規(guī)劃出一條最優(yōu)的飛行航跡，以支持消防無人機(jī)順利飛行，

完成任務(wù)并安全返回，實(shí)現(xiàn)耗時(shí)、耗電（耗油）、承受威脅代

價(jià)最小和消防無人機(jī)種類及數(shù)量等資源的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)合理調(diào)配

是使任務(wù)目標(biāo)與約束條件相匹配的函數(shù)優(yōu)化問題。常用的有：

（1）傳統(tǒng)經(jīng)典算法：動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，狄克斯特拉（Dijkstra）算法，人工勢

場算法和模擬退火算法等。

（2）智能優(yōu)化算法：遺傳算法，蟻群算法，黑板模型算法和合同網(wǎng)協(xié)議算

法等。

航跡規(guī)劃的傳統(tǒng)優(yōu)化算法(1)

1．動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法動(dòng)態(tài)規(guī)劃是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支，是求解決策過程最優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，其基本思想是將待求解的問題分解為若干個(gè)子問題（階段），按順序求解子階段。依次解決各子問題，最后一個(gè)子問題就是初始問題的解。（1）劃分階段。（2）確定狀態(tài)和狀態(tài)變量。（3）確定決策并寫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程。（4）尋找邊界條件。

航跡規(guī)劃的傳統(tǒng)優(yōu)化算法(2)2．狄克斯特拉算法算法是由荷蘭計(jì)算機(jī)科學(xué)家狄克斯特拉（Dijkstra）于1959年提出的，是從一個(gè)頂點(diǎn)到其余各頂點(diǎn)的最短路徑算法，用于尋找在加權(quán)圖中前往目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最短路徑。1）狄克斯特拉算法術(shù)語（1）權(quán)重。（2）帶權(quán)圖。（3）有向圖。（4）路徑。（5）最短路徑長度離。（6）環(huán)。（7）開銷。2）狄克斯特拉算法步驟：（1）找出從起點(diǎn)出發(fā)，可以前往的、開銷最小的未處理點(diǎn)。（2）對(duì)于該節(jié)點(diǎn)的鄰居，檢查是否有前往他們的更短路徑，如果有，則更新其開銷。（3）將該節(jié)點(diǎn)加入已處理隊(duì)列中，后續(xù)不再處理該節(jié)點(diǎn)。（4）重復(fù)以上幾個(gè)步驟，直到對(duì)圖中除了終點(diǎn)的所有節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行了檢查，得到最終路徑。

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(1)

1．蟻群算法蟻群算法（antcolonyoptimization，ACO）是一種用來在圖中尋找優(yōu)化路徑的機(jī)率型算法。它由MarcoDorigo于1992年在其博士論文中提出，其靈感來源于螞蟻在尋找食物過程中發(fā)現(xiàn)路徑的行為，有模擬進(jìn)化優(yōu)化方法的有效性和應(yīng)用價(jià)值。

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(2)2）蟻群算法原理（1）范圍。（2）環(huán)境。（3）覓食規(guī)則。（4）移動(dòng)規(guī)則。（5）避障規(guī)則。（6）播撒外激素規(guī)則。3）蟻群算法的特點(diǎn)（1）蟻群算法是一種自組織算法。（2）蟻群算法是一種并行算法。（3）蟻群算法是一種正反饋算法。（4）蟻群算法具有較強(qiáng)的魯棒性。

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(3)2．遺傳算法遺傳算法是由美國的J.Holland教授于1975年首先提出，其

主要特點(diǎn)是直接對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行操作，不存在求導(dǎo)和函數(shù)連續(xù)

性的限定。遺傳算法計(jì)算優(yōu)化的操作過程就如同生物學(xué)上生

物遺傳進(jìn)化的過程。主要有三個(gè)基本算子：（1）選擇算子

（2）交叉算子

（3）變異算子。

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(4)遺傳算法中涉及的參數(shù)表

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(5)

2）遺傳算法的特點(diǎn)（1）遺傳算法從問題解的串集開始搜索，不是從單個(gè)解開始。（2）遺傳算法基本上不用搜索空間的知識(shí)或其他輔助信息，

而僅用適應(yīng)度函數(shù)值來評(píng)估個(gè)體，并進(jìn)行遺傳操作。（4）遺傳算法采用概率的變遷規(guī)則來確定其搜索方向。（5）具有自組織、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)性。3）遺傳算法原理優(yōu)化問題的解被稱為個(gè)體（染色體），它表示為一個(gè)變量序列（基因串），序列中的每一位都稱為基因。個(gè)體被表達(dá)為簡

單的字符串或數(shù)字串，稱為編碼。遺傳算法首先隨機(jī)生成一定

數(shù)量的個(gè)體，隨后，產(chǎn)生下一代個(gè)體并組成種群。一代一代向增

加整體適應(yīng)度的方向發(fā)展。這樣的過程不斷重復(fù)，直到滿足終止條件為止。

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(6)

4）遺傳算法步驟（l）選擇編碼策略。（2）定義適應(yīng)函數(shù)。（3）確定遺傳策略，（4）產(chǎn)生初始化群體。（5）計(jì)算適應(yīng)值。（6）形成下一代群體。（7）判斷群體性能。不滿足返回第（5）步。

修改策略返回第（6）步。

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(7)3．合同網(wǎng)協(xié)議方法

1）定義：合同網(wǎng)協(xié)議方法（CNP）是分布式環(huán)境下廣泛采用的、相對(duì)較為成熟的協(xié)商機(jī)制。1980年，Smith第一個(gè)提出了使用合同網(wǎng)協(xié)議經(jīng)濟(jì)學(xué)模型去控制多智能體系統(tǒng)的概念。（1）管理者職責(zé)①對(duì)每一待求解任務(wù)建立通知書發(fā)送給有關(guān)的工作者主體。②接收并評(píng)估來自工作者的投標(biāo)。③從投標(biāo)中選擇最合適的工作者，與之建立合同。④監(jiān)督任務(wù)的完成，并綜合結(jié)果。（2）工作者的職責(zé)。①接收相關(guān)任務(wù)通知書。②評(píng)價(jià)自己的資格。③對(duì)感興趣的子任務(wù)返回任務(wù)投標(biāo)。④如果投標(biāo)被接受，按合同執(zhí)行分配給自己的任務(wù)。⑤向管理者報(bào)告求解結(jié)果。

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(8)

2）合同網(wǎng)協(xié)議方法原理從系統(tǒng)決策的角度看，基于合同網(wǎng)協(xié)議（CNP）的任務(wù)分配過程主要包括四個(gè)階段：招標(biāo)階段，投標(biāo)階段，中標(biāo)階段和簽約階段。當(dāng)管理者有任務(wù)需要其他個(gè)體幫助解決時(shí)，它就向其他個(gè)體廣播有關(guān)該任務(wù)的信息，即發(fā)出任務(wù)通告，招標(biāo)階段的決策主要是由管理者決定任務(wù)發(fā)布的相關(guān)內(nèi)容、發(fā)布的范圍和方式。

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(9)

4．黑板模型算法

1）黑板結(jié)構(gòu)是一種多知識(shí)源知識(shí)庫系統(tǒng)，其概念最早于1962年由A.Newell提出，基本思想是：多個(gè)專家協(xié)同求解一

個(gè)問題，黑板是用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、傳遞信息和處理方法的動(dòng)態(tài)

數(shù)據(jù)庫，多個(gè)專家可看到黑板上的問題，共同進(jìn)行求解。

2）黑板上的內(nèi)容稱為假說，分成若干個(gè)信息層，每一

層用于描述領(lǐng)域問題的某一

類信息。在問題求解過程中

所產(chǎn)生的部分解全部記錄在

黑板上。黑板是公共可訪問

的，各位專家（知識(shí)源）之

間的通信通過黑板進(jìn)行。

航跡規(guī)劃的智能優(yōu)化算法(10)

2、黑板模型求解問題的步驟：（1）執(zhí)行一個(gè)知識(shí)源的動(dòng)作部分改變黑板上的內(nèi)容。（2）根據(jù)目前黑板上的信息和各知識(shí)源為形成新解析提供

信息，控制模塊選擇下一個(gè)合適知識(shí)源。（3）通過對(duì)知識(shí)源的條件匹配來形成知識(shí)源調(diào)用環(huán)境，

并執(zhí)行知識(shí)源的動(dòng)作部分，然后繼續(xù)進(jìn)行。一個(gè)問題的求解是由以上循環(huán)推理逐步實(shí)現(xiàn)的。每次的

推理過程是動(dòng)態(tài)的，可以選擇的推理方法有前向推理、后向

推理和雙向推理。

黑板結(jié)構(gòu)作為一種高效而通用的知識(shí)存儲(chǔ)與處理工具，

能記載問題求解過程中產(chǎn)生的狀態(tài)信息和中間結(jié)果，調(diào)度和

控制多知識(shí)源知識(shí)庫的推理、管理知識(shí)源之間的通信和知識(shí)

轉(zhuǎn)換，在大容量知識(shí)處理方面呈現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)越性。

消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃的數(shù)字地圖技術(shù)

1．?dāng)?shù)字地球的定義數(shù)字地球（DigitalEarth）是一個(gè)地球信息化數(shù)字模型。（1）將地球表面每一點(diǎn)上的固有信息，如地形、地貌、地質(zhì)、礦藏、植被、動(dòng)物種群、建筑、海洋、河流、湖泊、水文等數(shù)字化，按地球的地理坐標(biāo)加以整理，然后構(gòu)成一個(gè)全球的三維數(shù)字信息模型。（2）在三維數(shù)字地球的基礎(chǔ)上再嵌入與空間位置有關(guān)的相對(duì)變動(dòng)的信息，如人文、經(jīng)濟(jì)、政治、軍事、科技乃至歷史等，組成一個(gè)意義更

加廣泛的多維的數(shù)字地球。2．?dāng)?shù)字地球的意義

數(shù)字地球中包含有高分辨率的衛(wèi)星圖像、數(shù)字化地圖以及有關(guān)資源、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人口等海量數(shù)據(jù)或信息，按地理坐標(biāo)，從局部到整體，從區(qū)域到全球進(jìn)行整合、融合及多維顯示，因而具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

地理信息系統(tǒng)（GIS）

1．地理信息系統(tǒng)（GIS）的定義和特征地理信息系統(tǒng)（GIS）是以地理現(xiàn)象為研究對(duì)象，以地理空間信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。其特征有：（1）具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能

力，具有空間性和動(dòng)態(tài)性。（2）以地理研究和決策為目的，以地理模型方法為手段，

具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測能力。（3）由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算

機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法。2．地理信息系統(tǒng)（GIS）的分類

（1）專題信息系統(tǒng)

（2）區(qū)域地理信息系統(tǒng)（3）全國性綜合系統(tǒng)

數(shù)字地圖

1．?dāng)?shù)字地圖的定義和優(yōu)點(diǎn)數(shù)字地圖的內(nèi)容是通過數(shù)字來表示的，它需要通過專用的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行顯示、讀取、檢索、分析、修改等。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）制作工藝先進(jìn)、成本低、速度快、效益高。（2）數(shù)字化存儲(chǔ)、信息量大、可以網(wǎng)上傳輸，便于攜帶。（3）保存時(shí)間長，不易損壞和變形，節(jié)省檔案保存空間。（4）制圖精度高、無介質(zhì)變形，可接受多種投影變換。（5）數(shù)字信息可與多種空間信息擬合，便于更新、修編、組合。（6）輸出繪制方便、出版方便、復(fù)制方便、使用方便。2．?dāng)?shù)字地圖的類型（1）數(shù)字柵格地圖（DRG）。（2）數(shù)字高程模型（DEM）。（3）數(shù)字正射影像（DOM）。（4）數(shù)字線劃圖（DLG）。

數(shù)字地圖在消防無人機(jī)規(guī)劃中作用消防無人機(jī)在制導(dǎo)、定位、偵察、導(dǎo)航、鏈路規(guī)劃等環(huán)節(jié)中都離不開數(shù)字地圖的支持，數(shù)字地圖應(yīng)用于消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃，具有以下特點(diǎn)（1）靈活性。（2）選擇性。（3）實(shí)時(shí)性。（4）動(dòng)態(tài)性。（5）共享性。

消防無人機(jī)地面控制站定義和功能

1．消防無人機(jī)地面控制站的定義消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃和控制站（MissionPlanningandControlStation，MPCS）是消防無人機(jī)系統(tǒng)的飛行操控中心，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，它也是消防無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃中心，所以全稱為任務(wù)規(guī)劃與控制站（MPCS），起到消防無人機(jī)系統(tǒng)的指揮與調(diào)度中心的作用。2．消防無人機(jī)地面控制站的功能（1）消防無人機(jī)飛行狀態(tài)的顯示和控制。（2）任務(wù)載荷狀態(tài)顯示和控制。（3）任務(wù)規(guī)劃及航跡地圖顯示。（4）導(dǎo)航和目標(biāo)定位。（5）與其他子系統(tǒng)的通信鏈絡(luò)。（6）兼容性和擴(kuò)展性。

7）通用性和互換性。

消防無人機(jī)地面控制站系統(tǒng)的組成2消防無人機(jī)地面控制站系統(tǒng)的組成典型的消防無人機(jī)地面控制站（GCS）系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)控制座席和輔助設(shè)備組成。1）控制座席（1）飛行控制席。（2）任務(wù)控制席。（3）鏈路監(jiān)控席。（4）信息處理席。2）輔助設(shè)備（1）方艙及底盤。（2）地面供電設(shè)備。（3）飛行監(jiān)控設(shè)備。

消防無人機(jī)地面控制站系統(tǒng)軟件（1）下行數(shù)據(jù)管理軟件。（2）飛行監(jiān)控軟件。（3）任務(wù)規(guī)劃及航跡顯示軟件。（4）載荷監(jiān)控軟件。（5）鏈路監(jiān)控軟件。（6）圖像解壓軟件。（7）三維視景顯示軟件。

消防無人機(jī)地面控制站的類型

1．基地級(jí)地面控制站基地級(jí)地面控制站是一種大型固定式地面站，一般設(shè)置在森林消防指揮中心，指揮控制和鏈路設(shè)備在建筑物內(nèi)。2．移動(dòng)方艙式地面控制站移動(dòng)方艙式地面控制站，一般采用標(biāo)準(zhǔn)方艙結(jié)構(gòu)。3．小型地面控制站小型地面控制站一般采用背負(fù)式結(jié)構(gòu)，配備小型的加固計(jì)算機(jī)或觸摸屏便攜機(jī)，通常集成有圖形化用戶界面。

謝謝!

無人機(jī)森林消防技術(shù)(10)第10章

消防無人機(jī)集群滅火技術(shù)主要內(nèi)容（1）消防無人機(jī)集群的基本概念。（2）消防無人機(jī)集群關(guān)鍵技術(shù)及其體系架構(gòu)。（3）消防無人機(jī)集群體系自組網(wǎng)技術(shù)。（4）消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火的基本概念。（5）消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火的關(guān)鍵技術(shù)。

消防無人機(jī)集群的定義集群概念源于生物學(xué)研究。在自然界中，鴿群、雁群、蟻

群、蜂群、狼群等大量個(gè)體聚集時(shí)往往能夠形成協(xié)調(diào)一致、令

人震撼的集群運(yùn)動(dòng)場景。無人機(jī)集群原先是指軍事上利用微小

型無人機(jī)集群作戰(zhàn)的模式，又稱為蜂群戰(zhàn)術(shù)，非常適合一些簡

單反應(yīng)性滅火任務(wù)，包括區(qū)域搜索和攻擊、偵察和壓制、心理

戰(zhàn)和戰(zhàn)術(shù)牽制等，消防無人機(jī)集群滅火是將該集群滅火模式引

入應(yīng)用到撲滅森林火災(zāi)的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)中。消防無人機(jī)集群由

一定數(shù)量的消防無人機(jī)組成，它們彼此間通過無線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行

態(tài)勢共享與信息交互，相互協(xié)調(diào)合作完成消防滅火任務(wù)。

消防無人機(jī)集群的原理和功用

1．消防無人機(jī)集群原理消防無人機(jī)機(jī)群到達(dá)目的地后，根據(jù)各自的功能，通過集群管理，承擔(dān)不同的任務(wù)。其核心就是集群智能，模擬蜜蜂或螞蟻之間的溝通協(xié)作方式，并且以此來增強(qiáng)無人機(jī)群的整體撲滅森林火災(zāi)能力。消防無人機(jī)集群關(guān)鍵技術(shù)有很多，主要有：（1）網(wǎng)絡(luò)化溝通。（2）自適應(yīng)協(xié)同。（3）智能倍增。2．消防無人機(jī)集群的功用（1）林區(qū)監(jiān)測任務(wù)。（2）過于危險(xiǎn)的滅火任務(wù)。（3）冗余性滅火任務(wù)。

消防無人機(jī)多機(jī)編隊(duì)飛行

消防無人機(jī)多機(jī)編隊(duì)飛行要求所有的消防無人機(jī)都有精確的定

位、精確同步的時(shí)間，以及規(guī)劃合理的飛行路線，同時(shí)還要應(yīng)對(duì)相

互間的干擾。采用差分GPS技術(shù)（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法，RTK），要點(diǎn)

是在地面上架設(shè)一個(gè)GPS基準(zhǔn)站的點(diǎn)子，這個(gè)地面基準(zhǔn)站有事先知

曉的準(zhǔn)確的空間坐標(biāo)，然后跟實(shí)時(shí)測量到的GPS結(jié)果進(jìn)行差分，把

誤差實(shí)時(shí)發(fā)送給所有參與集群隊(duì)列的消防無人機(jī)，各個(gè)消防無人機(jī)

則根據(jù)收到的誤差信息對(duì)自己的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)糾偏，可以在野外實(shí)

時(shí)得到厘米級(jí)定位精度。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法（RTK）技術(shù)要點(diǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法（RTK）技術(shù)是通過基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間

進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理來進(jìn)行定位，設(shè)站后一次可以完

成的作業(yè)區(qū)域?yàn)榘霃?0KM左右，極大的減少了傳統(tǒng)測量作業(yè)

中的“搬站”次數(shù)，與傳統(tǒng)的定位技術(shù)相比，RTK技術(shù)因其作業(yè)

自動(dòng)化、集成化程度高，測繪功能強(qiáng)大而勝任各種作業(yè)領(lǐng)域。

內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測繪功能，減少人為誤差，

保證了作業(yè)精度，累計(jì)誤差幾乎為零，且作業(yè)速度快。

消防無人機(jī)集群的特點(diǎn)消防無人機(jī)集群利用信息網(wǎng)絡(luò)獲取目標(biāo)、環(huán)境及各消防無人機(jī)狀態(tài)信息，并在消防無人機(jī)之間進(jìn)行交互，具備識(shí)別環(huán)境、適應(yīng)環(huán)境、偵察目標(biāo)、任務(wù)決策和自主行為的能力，這些能力的外在體現(xiàn)就是集群行為。消防無人機(jī)集群特點(diǎn)有：（1）環(huán)境的自適應(yīng)性。（2）響應(yīng)時(shí)間敏感性。（3）信息高度共享。（4）任務(wù)的復(fù)雜性。（5）決策的復(fù)雜性。

消防無人機(jī)集群撲滅森林火災(zāi)戰(zhàn)略消防無人機(jī)集群技術(shù)只要一個(gè)消防員（地面駕駛員）就能同時(shí)操縱控制多架消防無人機(jī)進(jìn)行并行作業(yè)，其做法是使用多架消防無人機(jī)圍攻森林火災(zāi)的著火區(qū)域，好比是大兵團(tuán)滅火，其常用戰(zhàn)略如下：（1）劃分戰(zhàn)略滅火地帶。（2）先控制林火蔓延，后撲滅余火。（3）打防結(jié)合，以打?yàn)橹?。?）集中優(yōu)勢兵力打殲滅戰(zhàn)。（5）犧牲局部，保存全局。（6）安全第一。

消防無人機(jī)集群撲滅森林火災(zāi)戰(zhàn)術(shù)根據(jù)森林火災(zāi)現(xiàn)場的地理環(huán)境和實(shí)時(shí)氣象條件，消防無人機(jī)集群撲滅森林火災(zāi)常用戰(zhàn)術(shù)：（1）單點(diǎn)突破，

長線對(duì)進(jìn)突擊戰(zhàn)術(shù)。（2）多點(diǎn)突破，

分擊合圍戰(zhàn)術(shù)。（3）四面包圍，

全線突擊戰(zhàn)術(shù)。（4）一次沖擊，

全線控制戰(zhàn)術(shù)。（5）輪番攻擊，

勞逸結(jié)合戰(zhàn)術(shù)。

消防無人機(jī)集群關(guān)鍵技術(shù)1．消防無人機(jī)集群態(tài)勢感知與信息共享2．消防無人機(jī)集群編隊(duì)與智能決策控制3．多機(jī)協(xié)同任務(wù)規(guī)劃和任務(wù)分配4．信息交互與自主控制5．

5G網(wǎng)聯(lián)消防無人機(jī)集群技術(shù)6．

基于視覺的消防無人機(jī)集群技術(shù)7．

消防無人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同技術(shù)

消防無人機(jī)集群的體系架構(gòu)消消防無人機(jī)集群體系結(jié)構(gòu)屬于一種具有容錯(cuò)和自適應(yīng)性

的多機(jī)協(xié)調(diào)體系結(jié)構(gòu)，分層控制能夠降低消防無人機(jī)集群中任

務(wù)分配問題的復(fù)雜性，提高集群任務(wù)分配效率。

（1）決策層

（2）路徑規(guī)劃層

（3）軌跡生成層

（4）控制層

消防無人機(jī)集群體系架構(gòu)的類型消防無人機(jī)體系結(jié)構(gòu)是對(duì)它的各項(xiàng)功能，按照一定的邏輯關(guān)系，在合理的協(xié)調(diào)控制框架內(nèi)進(jìn)行的布局，是一種協(xié)調(diào)控制的結(jié)構(gòu)框架。（1）集中式體系架構(gòu)。該體系的確立源自“單消防無人機(jī)—多消防無人機(jī)—消防無人機(jī)集群”的發(fā)展思路，是當(dāng)前最直接、最成熟的集群架構(gòu)模式。（2）分布式體系架構(gòu)。該體系架構(gòu)中沒有控制中心節(jié)點(diǎn)，對(duì)單機(jī)來說在系統(tǒng)中地位是平等的，采用自主管理、協(xié)商的方式完成任務(wù)。（3）集散式體系架構(gòu)。該體系架構(gòu)結(jié)合了集中式和分布式兩種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，利用分布式自治與集中式協(xié)作相結(jié)合的方式來解決系統(tǒng)全局控制問題。

消防無人機(jī)集群體系自組網(wǎng)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是采用全新的“無線網(wǎng)格網(wǎng)”理念設(shè)計(jì)的移動(dòng)寬帶

多媒體通信系統(tǒng)。系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)在非視距、快速移動(dòng)條件下，

利用無中心自組網(wǎng)的分布式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)

點(diǎn)都不是單獨(dú)存在的無線中繼器，它們之間互相聯(lián)結(jié)，構(gòu)成一

個(gè)整體的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)某條線路被阻塞或無響應(yīng)時(shí)，節(jié)點(diǎn)可自主選

擇其他線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)節(jié)點(diǎn)的故障而影響網(wǎng)

絡(luò)訪問，可靠性強(qiáng)。

消防無人機(jī)集群自組網(wǎng)的構(gòu)成消防無人機(jī)集群自組網(wǎng)是由消防無人機(jī)擔(dān)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成

的具有任意性、臨時(shí)性和自治性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)系

統(tǒng)。作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每架消防無人機(jī)都配備移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)通信

模塊，既具有路由功能，

又具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)功能，

可以通過無線連接構(gòu)

成任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

每架消防無人機(jī)在該

網(wǎng)絡(luò)中兼具任務(wù)節(jié)點(diǎn)

和中繼節(jié)點(diǎn)兩種功能。

消防無人機(jī)自組網(wǎng)系統(tǒng)特點(diǎn)消防無人機(jī)自組網(wǎng)系統(tǒng)除具有獨(dú)立組網(wǎng)、自組織、動(dòng)態(tài)拓?fù)?、無約束移動(dòng)、多跳路由等一般自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)本身的技術(shù)特點(diǎn)以外，還具有以下的任務(wù)使用特點(diǎn)。（1）適用于復(fù)雜地形、非視距應(yīng)用。（2）適用于遠(yuǎn)距離作業(yè)覆蓋。（3）多路高清數(shù)據(jù)傳輸。（4）抗干擾能力強(qiáng)。（5）智能化程度高。（6）功能多樣化。

消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火的定義消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火是指在地面“無人機(jī)消防管理

指揮中心”統(tǒng)一的指揮控制下，綜合利用消防無人機(jī)與消防有

人機(jī)的特點(diǎn)，共享森林火災(zāi)現(xiàn)場信息，通過兩者結(jié)合起來的整

體力量完成撲滅森林特大火災(zāi)的任務(wù)。不僅可以大大降低地面

消防員在林火現(xiàn)場面臨的危險(xiǎn)，減少遠(yuǎn)距離撲滅林火時(shí)，地形、

障礙物等對(duì)消防無人機(jī)和消防有人機(jī)信息傳輸?shù)母蓴_，還可以

增加消防無人機(jī)和消防有人機(jī)的滅火范圍及提高滅火效率。由

于消防無人機(jī)與消防有人機(jī)二者因?yàn)轱w行控制和技術(shù)性能上面

的區(qū)別較大，因而要實(shí)現(xiàn)協(xié)同滅火，必須滿足以下幾個(gè)條件：（1）協(xié)同控制。（2）協(xié)同態(tài)勢感知。（3）合理進(jìn)行任務(wù)分配。

消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同指揮控制消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同指揮控制內(nèi)容包括：任務(wù)規(guī)劃決策

系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化通信接口、任務(wù)管理系統(tǒng)、信息融合系統(tǒng)、態(tài)勢

顯示系統(tǒng)、高速寬帶數(shù)據(jù)鏈等部分。消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同撲滅林火過程中涉及到地面“無人

機(jī)消防管理指揮中心”及地面控制站對(duì)消防無人機(jī)/有人機(jī)編隊(duì)

的指揮控制，消防有人機(jī)對(duì)消防無人機(jī)的指揮控制以及消防無

人機(jī)的自主控制等。因此首先須明確協(xié)同指揮控制體系結(jié)構(gòu)，

以及不同指揮控制中心的功能與關(guān)系。

要實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制，關(guān)鍵是要解決控制權(quán)限在多個(gè)指揮控制

單元之間無縫、連續(xù)、穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換和遷移，根據(jù)任務(wù)需求和指

揮控制單元的能力，實(shí)時(shí)調(diào)整控制權(quán)的分配，其相關(guān)內(nèi)容包括

控制權(quán)限層次化，消防無人機(jī)信息管理與共享技術(shù)。

消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火體系結(jié)構(gòu)消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火體系包括地面消防指揮中心、

指揮飛機(jī)、消防無人機(jī)/有人機(jī)編組三類實(shí)體構(gòu)成，利用高度

信息化的滅火體系實(shí)現(xiàn)指揮機(jī)、消防無人機(jī)和有人機(jī)之間的有

序高效協(xié)同。依據(jù)時(shí)間和空間兩者構(gòu)建具有層次化特征的滅火

體系結(jié)構(gòu)，具有眾多優(yōu)點(diǎn)。

消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同體系運(yùn)行過程（1）由地面消防指揮中心依據(jù)撲滅特大森林火災(zāi)的需求，快速生

成滅火任務(wù)，并借助消防決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)滅火任務(wù)的分解。（2）指揮機(jī)對(duì)分配的滅火任務(wù)進(jìn)行深度分解，形成可執(zhí)行的滅火

子任務(wù)，并下發(fā)至各消防無人機(jī)/有人機(jī)混合編組。（3）各消防無人機(jī)/有人機(jī)混合編組領(lǐng)取任務(wù)后，對(duì)編組執(zhí)行的

局部任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，并建立局部協(xié)同滅火方案。（4）各消防無人機(jī)/有人機(jī)混合編組將協(xié)同滅火任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)

反饋至指揮機(jī)和地面消防指揮中心，由指揮機(jī)統(tǒng)籌滅火任務(wù)

的局部執(zhí)行情況，形成局部滅火態(tài)勢，地面消防指揮中