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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于四旋翼飛行器的野外應(yīng)急救援通信系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)利用zigbee無線模塊自動(dòng)組網(wǎng)的特點(diǎn)，建立一個(gè)小型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)：包括數(shù)字通信終端、zigbee中繼節(jié)點(diǎn)，并通過微小型四旋翼飛行器實(shí)現(xiàn)空中快速覆蓋，擴(kuò)大通信范圍；飛行器可搭載攝像頭、探照燈等設(shè)備，為救援提供保障；數(shù)字通信終端可實(shí)現(xiàn)語音通信、GPS定位，其裝載的帶動(dòng)做檢測(cè)的加速度傳感器可在終端異常時(shí)觸發(fā)報(bào)警。
- 詳細(xì)介紹：
- 近年來，全球范圍內(nèi)地震、洪水海嘯等自然災(zāi)害頻發(fā)，在救援工作中往往由于基礎(chǔ)通信設(shè)施損壞難以建立與被困人員建立聯(lián)系，或是地勢(shì)復(fù)雜給搜救工作帶來很大難度——需要設(shè)計(jì)一種能夠快速部署的應(yīng)急救援通信系統(tǒng)，為搜救提供決策依據(jù)和技術(shù)支撐。 本系統(tǒng)利用zigbee無線模塊自動(dòng)組網(wǎng)的特點(diǎn)，建立一個(gè)小型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)：包括數(shù)字通信終端、zigbee中繼節(jié)點(diǎn)，并通過微小型四旋翼飛行器實(shí)現(xiàn)空中快速覆蓋，擴(kuò)大通信范圍。 飛行器可搭載攝像頭、探照燈等設(shè)備，獲取前方信息、為救援提供保障；數(shù)字通信終端可實(shí)現(xiàn)語音通信、GPS定位，其裝載的帶動(dòng)做檢測(cè)的加速度傳感器可在終端異常時(shí)觸發(fā)報(bào)警（或由攜帶者主動(dòng)觸發(fā)），向附近終端發(fā)送GPS信息，便于救援工作的開展。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.主要思路 1）借鑒已有的研究成果，制作一種可以垂直起降、空中懸停、高速巡航飛行的四旋翼飛行器，實(shí)現(xiàn)飛行器的半自主飛行 2）基于上述四旋翼飛行器，實(shí)現(xiàn)圖像采集，GPS定位功能 3）研制基于zigbee的數(shù)字通信終端，通過飛行器所搭載的zigbee中繼模塊實(shí)現(xiàn)大范圍、可靠的語音通信，并作為其他數(shù)字信號(hào)的通信平臺(tái)（GPS信號(hào)等）。 2.創(chuàng)新點(diǎn) 1）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于zigbee的數(shù)字語音終端，相較于傳統(tǒng)的模擬通信終端更為清晰、可靠，覆蓋范圍廣，不僅能承載語音通信，還能實(shí)現(xiàn)其他數(shù)字信號(hào)（如GPS信息）的中繼通信，提供了良好的拓展性。 2）四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)與算法的優(yōu)化與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的半自主飛行。 3）提出并實(shí)現(xiàn)了基于四旋翼飛行器的空中中繼節(jié)點(diǎn)，使得系統(tǒng)的可以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大的覆蓋。 3.技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)關(guān)鍵： 1）數(shù)字通信終端語音功能的實(shí)現(xiàn)：硬件編解碼，嵌入式平臺(tái)選用與軟件設(shè)計(jì) 2）數(shù)字通信終端GPS定位、報(bào)警功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2）四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與調(diào)試 主要技術(shù)指標(biāo)： 1）兩個(gè)終端（節(jié)點(diǎn)）間的通信范圍：1500-3000米，最大可達(dá)5km 2）四旋翼飛行器（空中節(jié)點(diǎn)）： 整機(jī)起飛重量（含電池）：1kg；整機(jī)尺寸（包含旋翼）：55x55x20cm；最大載重量：2.5KG；續(xù)航能力：15-20min（單節(jié)鋰電池,5000mah）；最大飛行高度：1000m；最大飛行速度：100km/h。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 基于zigbee的數(shù)字語音通信，可以更好地利用頻譜資源。與蜂窩數(shù)字技術(shù)相似，zigbee自組網(wǎng)可以在一條指定的信道上裝載更多用戶，提高頻譜利用率。其次是提高通話質(zhì)量。由于數(shù)字通信技術(shù)擁有系統(tǒng)內(nèi)錯(cuò)誤校正功能，和模擬對(duì)講機(jī)相比，可以在一個(gè)范圍更廣泛的信號(hào)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)更好的語音音頻質(zhì)量。最后，提高和改進(jìn)語音和數(shù)據(jù)集成，改變控制信號(hào)隨通訊距離增加而降低的弱點(diǎn)。與類似集成模擬的語音及數(shù)據(jù)系統(tǒng)相比，數(shù)字語音通信終端可以提供更好的數(shù)據(jù)處理及界面功能，從而使更多的數(shù)據(jù)應(yīng)用可以被集成到同一個(gè)雙向無線通信基站結(jié)構(gòu)中，對(duì)語音和數(shù)據(jù)服務(wù)集成更完善，更方便。 目前的應(yīng)急通信平臺(tái)，往往是通過建立臨時(shí)基站或派赴攜帶通信中繼系統(tǒng)的工程車等手段。通過這些手段確是能建立起應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，但其在架設(shè)、使用中還不夠靈活便捷。而通過四旋翼飛行器搭載空中的節(jié)點(diǎn)作為中繼平臺(tái)正能較好的解決這一問題。 應(yīng)急通信平臺(tái)的正向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化、人性化的方向發(fā)展，本系統(tǒng)包含設(shè)計(jì)正體很好的現(xiàn)了這一趨勢(shì)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月 浙江大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”復(fù)賽二等獎(jiǎng) 2011年4月 “利爾達(dá)杯”全國物聯(lián)網(wǎng)大賽創(chuàng)新獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，錄像，樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1.技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) （1） 速度優(yōu)勢(shì)：四旋翼飛行器的快速反應(yīng)能力和機(jī)動(dòng)能力 （2） 通信優(yōu)勢(shì)：通過基于zigbee的數(shù)字通信，快速自組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)語音、GPS甚至圖像等數(shù)據(jù)傳輸，通過中繼擴(kuò)大通信范圍。 （3） 可拓展性：本系統(tǒng)配備的四旋翼飛行器能進(jìn)行半自主飛行，并在人的干預(yù)指令實(shí)現(xiàn)飛行器起飛，爬升，降落，前后左右轉(zhuǎn)向飛行等動(dòng)作。完成一系列特殊指定任務(wù)，如在飛行器負(fù)重范圍內(nèi)，可攜帶航拍設(shè)備對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 2.本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于如下應(yīng)急事件： 1）重特大地質(zhì)災(zāi)害（如地震，泥石流等） 2）重特大天氣災(zāi)害（如洪水，臺(tái)風(fēng)等） 3）恐怖襲擊基礎(chǔ)設(shè)施遭破壞 4）網(wǎng)絡(luò)故障堵塞導(dǎo)致通信系統(tǒng)癱瘓 5）特殊環(huán)境救援（無人區(qū)、高山救援等） 盈利能力分析 3.市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力：本系統(tǒng)的低成本戰(zhàn)略，與其他系統(tǒng)相比，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
同類課題研究水平概述
- 1.國內(nèi)建立應(yīng)急通信平臺(tái)，往往是通過建立臨時(shí)基站或派赴攜帶通信中繼系統(tǒng)的工程車等手段。通過這些手段確是能建立起應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，但是弊端也很明顯。一方面是建設(shè)方式不夠靈活，特別是考慮到自然災(zāi)害或突發(fā)事件中基礎(chǔ)設(shè)施受到較為嚴(yán)重破壞的情況的下，應(yīng)急通信的實(shí)現(xiàn)收到很大限制。另一方面，在特殊條件下在如何快速建立通信的同時(shí)注重保障工程人員與救援人員的安全考慮不足。而目前的應(yīng)急通信正向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化、人性化的方向發(fā)展。 應(yīng)急通信在一定程度上可以通過傳統(tǒng)的模擬對(duì)講機(jī)解決，但有其局限性。數(shù)字通信可以提高頻譜利用率，提高通話質(zhì)量，同時(shí)還可以收發(fā)其他數(shù)字化的信號(hào)，具有良好的拓展性。而基于zigbee數(shù)字語音通信，因其低成本、高效自組網(wǎng)等特點(diǎn)，在國內(nèi)已有一些研究。 2.世界上對(duì)小型四旋翼飛行器的研究主要集中在3個(gè)方面：基于慣導(dǎo)的自主飛行控制、基于視覺的自主飛行控制和自主飛行器系統(tǒng)方案，其典型代表分別是：瑞士洛桑聯(lián)邦科技學(xué)院(EPFL)的OS4 ，加利法尼亞大學(xué)的D481和佐治亞理工大學(xué)的研制的MARs 2 OS4是EPFL自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一種電動(dòng)小型四旋翼飛行器，研究的重點(diǎn)是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和自主飛行控制算法，目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)室內(nèi)和室外環(huán)境中的完全自主飛行。
