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基本信息
- 項目名稱：
- 智能導(dǎo)航移動監(jiān)控與救援系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 智能導(dǎo)航移動監(jiān)控與救援系統(tǒng)在安防、搶險救災(zāi)、航拍等領(lǐng)域具有重要價值。本系統(tǒng)由飛行終端、地面站和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成。飛行終端由四旋翼飛行器與自適應(yīng)云臺組成，可實現(xiàn)垂直起降、定點懸停、自動巡航等功能。地面站包含電腦、無線通信模塊與移動電源系統(tǒng)，可實時接收監(jiān)控數(shù)據(jù)，可設(shè)定監(jiān)控路線并顯示實時位置，可對電池充電。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)與多個地面站連接，實時獲取信息并顯示。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，有利于推廣。
- 詳細(xì)介紹：
- 智能導(dǎo)航移動監(jiān)控與救援系統(tǒng)由飛行終端、地面站和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心三部分構(gòu)成。飛行終端搭載在四旋翼飛行器上，飛行噪音小，飛行穩(wěn)定，機(jī)動性強(qiáng)。通過電子羅盤、GPS定位裝置和導(dǎo)航控制器實現(xiàn)對目標(biāo)位置和現(xiàn)態(tài)位置的精確定位，智能規(guī)劃飛行軌跡，從而使移動監(jiān)控系統(tǒng)更加智能化。根據(jù)陀螺儀和加速度計采集到的信息確認(rèn)實時姿態(tài)，驅(qū)動無刷電機(jī)對姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了飛行終端穩(wěn)定，準(zhǔn)確飛行。同時可搭載各類型監(jiān)控設(shè)備模塊例如：攝像機(jī)、紅外成像儀、照相機(jī)、氣體傳感器等探測儀器，以適應(yīng)各種不同環(huán)境的監(jiān)控需求。并且飛行終端與地面站通過無線通信模塊建立無線連接，地面站與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過因特網(wǎng)或3G無線網(wǎng)絡(luò)建立連接，從而實現(xiàn)了飛行終端、地面站和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心之間的信息交流，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，智能導(dǎo)航。本系統(tǒng)憑借其優(yōu)越的性能和通用的監(jiān)控平臺較好的適應(yīng)了現(xiàn)代社會的應(yīng)用要求。 本系統(tǒng)操作簡便，操作者只需在地面站上位機(jī)地圖上確認(rèn)目標(biāo)位置以及各項參數(shù)，便可完成智能規(guī)劃移動軌跡、自動巡航、智能監(jiān)控、智能返航一系列相關(guān)任務(wù)。在監(jiān)控中心，人們可以在大屏幕上看到多個地面站傳輸回來的影像或者其他數(shù)據(jù)，獲知實時情況。 本系統(tǒng)與地面固定監(jiān)控系統(tǒng)不同的是，它具有更高的靈活性，并能在不同角度全方位進(jìn)行監(jiān)控和拍攝。飛行終端可以攜帶高清的攝像頭在空中實現(xiàn)穩(wěn)定的拍攝，并實時地將視頻或者圖片數(shù)據(jù)發(fā)送回來，而我們只需要在地面站上進(jìn)行簡單的操作。本救援平臺在火場、災(zāi)害救援和人員搜索等方面有較廣闊的應(yīng)用前景。相比大型直升機(jī)，本救援平臺價格低廉，可以隨時啟用，反應(yīng)迅速。相比其他的微型飛行器，比如電動直升機(jī)和固定翼飛機(jī)，本救援平臺對起飛降落地點要求極低，且結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)。本系統(tǒng)能無人飛行,實時傳輸數(shù)據(jù)，自主巡航使它在采集環(huán)境數(shù)據(jù)方面的能力得天獨厚，可以搭載各種探測器。本系統(tǒng)能夠搭載輕便的空氣采樣器材，可以在空中實時采集空氣樣本，快速分析目標(biāo)區(qū)域的空氣質(zhì)量。在核泄漏等人等對人有傷害的情況下，快速無人監(jiān)測當(dāng)然最為理想，本系統(tǒng)可以攜帶核輻射檢測儀器對核輻射強(qiáng)度進(jìn)行檢測。在災(zāi)害搜救中，飛行終端可以搭載生命探測儀大范圍地搜索幸存者。 故本系統(tǒng)是一個通用的空中信息采集平臺，通過在云臺上搭載不同類型的設(shè)備，可以完成等不同需求的監(jiān)控作業(yè)，以滿足多方面的需求。目前，已經(jīng)有一些公司對我們的系統(tǒng)有感興趣，表示出合作意向，可見本系統(tǒng)的應(yīng)用前景很廣闊。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 隨著社會的快速發(fā)展，在高樓火災(zāi)、新聞攝影、國土勘探、野生動物保護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、森林防火等領(lǐng)域，對移動監(jiān)控的需求越來越大。人們對一種機(jī)動性強(qiáng)、操作簡便、成本低廉的監(jiān)控系統(tǒng)的需求也越來越強(qiáng)烈。 本作品要求移動平臺能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，具備垂直起降和自主飛行的能力，且高度智能化，能以各種姿態(tài)飛行。同時要求造價低廉，控制簡單，操作靈活，飛行過程噪聲低，低空飛行穩(wěn)定，可實時收發(fā)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述要求，本作品使用模塊化設(shè)計，易于改裝，可以搭載各種設(shè)備。 本系統(tǒng)有以下四個創(chuàng)新點：1）智能導(dǎo)航飛行終端；2）多類型監(jiān)控設(shè)備搭載平臺；3）云臺的自適應(yīng)與頭部跟蹤。涉及的關(guān)鍵技術(shù)有：1）多學(xué)科集成的控制系統(tǒng)設(shè)計；2）整合傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)變量的估計；3）自主飛行控制算法的設(shè)計; 4）飛行器避障的設(shè)計 。系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)有空載重量：800克；最大有效載荷：1000克；最高飛行高度：500米；最大飛行速度：40千米/小時；無線傳輸距離：3千米；單節(jié)續(xù)航時間：30分鐘；抗風(fēng)能力：4級；地面站獨立供電工作時間：10小時；地面站重量：15千克。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1）自行開發(fā)了先進(jìn)的導(dǎo)航模塊，具有自動巡航和智能返航等新穎的功能，簡化了人員操作。 2）自行開發(fā)了功能完善的地面站。地面站能與移動平臺保持良好的通訊，并能為機(jī)載電池充電。 3）作品基于模塊化的設(shè)計理念，可以根據(jù)具體的要求進(jìn)行功能模塊組合，滿足不同使用場合的要求，為產(chǎn)品在其他不同領(lǐng)域的進(jìn)一步開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。 4）整合傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)變量的估計。本系統(tǒng)采用了三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器作為主要的飛行姿態(tài)反饋傳感器，此外還添加了GPS、電子羅盤和高度傳感器等傳感器。本系統(tǒng)通過把這些信息進(jìn)行良好地濾波和整合處理從而得以準(zhǔn)確地得到當(dāng)前飛行器的飛行狀態(tài)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在2009年獲得武漢理工大學(xué)自主創(chuàng)新基金本科生項目的支持。 本作品于2010年在武漢理工大學(xué)第十屆“創(chuàng)新杯”大學(xué)生科技文化節(jié)之大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中榮獲機(jī)械控制類作品一等獎。 本作品于2011年在湖北省第八屆“挑戰(zhàn)杯·青春在沃”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽獲特等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利權(quán)轉(zhuǎn)讓合同
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 ；模型；圖紙；磁盤；現(xiàn)場演示；圖片；錄像。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，具備智能導(dǎo)航和遠(yuǎn)程實時監(jiān)控的功能，飛行終端對起飛著陸地點的要求較低，能以各種姿態(tài)飛行。系統(tǒng)造價低廉，操作簡單，控制靈活，飛行過程中噪聲低，低空飛行穩(wěn)定，可實時收發(fā)數(shù)據(jù)。平臺使用模塊化設(shè)計，易于改裝，可以搭載各種設(shè)備。 本救援平臺在火場、災(zāi)害救援和人員搜索等方面有較廣闊的應(yīng)用前景。相比大型直升機(jī)，本救援平臺價格低廉，可以隨時啟用，反應(yīng)迅速。相比其他的微型飛行器，比如電動直升機(jī)和固定翼飛機(jī)，本救援平臺對起飛降落地點要求極低，且結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)。 隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，越來越多的高樓座座高樓拔地而起，高樓失火事件也時有發(fā)生，南京、上海等地高樓失火造成的重大損失，更是警鐘長鳴。據(jù)2009統(tǒng)計，全國共有3239個消防中隊，每個中隊均可裝備3-5套本救援平臺，這就有將近一萬套的市場。在林場，本救援平臺可以用作平時監(jiān)測之用，可以較早地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患。目前我國共有國有林場4507處， 如果每個林場可以裝備2-3套本救援平臺，將又是一個很大的市場
同類課題研究水平概述
- 移動監(jiān)控與救援系統(tǒng)的研究起于國外，有許多大學(xué)和公司在進(jìn)行相關(guān)的研究，技術(shù)已經(jīng)比較成熟。目前，德國和加拿大等國的移動監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)投入了商業(yè)化運行，美國的類似系統(tǒng)也被用于軍事領(lǐng)域，獲得了不錯的效果。德國microdrones GmbH是于2005年10月成立的全球領(lǐng)先的垂直起降微型無人機(jī)系統(tǒng)開發(fā)商，microdrones開發(fā)的md4-200四旋翼微型無人飛行器監(jiān)控系統(tǒng)2006年4月一經(jīng)推出，即在歐洲市場取得巨大成功，截止2009年3月銷售數(shù)量已經(jīng)超過500套，客戶遍及警察、消防、特種部隊、軍隊、邊防、媒體、航空攝影、空中考古、空中監(jiān)控、環(huán)境保護(hù)等多個行業(yè)。md4-200可用于執(zhí)行資料收集、協(xié)調(diào)指揮、搜索、測量、通訊、檢測、偵查等多種空中任務(wù)。 但是，目前國內(nèi)的相關(guān)研究還處于起步階段，只有少數(shù)幾個公司和單位具備仿制的能力，還沒有出現(xiàn)能夠大批量生產(chǎn)并應(yīng)用的產(chǎn)品。進(jìn)行相關(guān)研究的大學(xué)也為數(shù)不多，能夠?qū)崿F(xiàn)自動飛行和智能導(dǎo)航的則更少了。 據(jù)國內(nèi)報道，哈爾濱工程大學(xué)學(xué)生自主研制的“四旋翼無人飛行器”在2009年成功地進(jìn)行了試飛。但是該飛行器只能人工遙控飛行，不能自主飛行，也沒有地面站提供支持。 本系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了飛行終端的智能導(dǎo)航，而且設(shè)計了功能完善的地面站，還有遠(yuǎn)程監(jiān)控中心可以實時得查看多個飛行終端傳回來的影像和其他監(jiān)控數(shù)據(jù)。故本智能導(dǎo)航移動監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)具有一定的先進(jìn)水平。
