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基本信息
- 項目名稱：
- 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
- 簡介：
- 本系統(tǒng)利用zigbee無線模塊自動組網(wǎng)的特點，建立一個小型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)：包括數(shù)字通信終端、zigbee中繼節(jié)點，并通過微小型四旋翼飛行器實現(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)字通信終端可實現(xiàn)語音通信、GPS定位，其裝載的帶動做檢測的加速度傳感器可在終端異常時觸發(fā)報警。
- 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，或是地勢復(fù)雜給搜救工作帶來很大難度——需要設(shè)計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無線模塊自動組網(wǎng)的特點，建立一個小型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)：包括數(shù)字通信終端、zigbee中繼節(jié)點，并通過微小型四旋翼飛行器實現(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)字通信終端可實現(xiàn)語音通信、GPS定位，其裝載的帶動做檢測的加速度傳感器可在終端異常時觸發(fā)報警（或由攜帶者主動觸發(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、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)
- 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，實現(xiàn)飛行器的半自主飛行 2）基于上述四旋翼飛行器，實現(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中繼模塊實現(xiàn)大范圍、可靠的語音通信，并作為其他數(shù)字信號的通信平臺（GPS信號等）。 2.創(chuàng)新點 1）設(shè)計并實現(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，還能實現(xiàn)其他數(shù)字信號（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，實現(xiàn)穩(wěn)定的半自主飛行。 3）提出并實現(xiàn)了基于四旋翼飛行器的空中中繼節(jié)點，使得系統(tǒng)的可以在盡可能短的時間內(nèi)實現(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現(xiàn)：硬件編解碼，嵌入式平臺選用與軟件設(shè)計 2）數(shù)字通信終端GPS定位、報警功能的設(shè)計與實現(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）兩個終端（節(jié)點）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）： 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)錯誤校正功能，和模擬對講機(jī)相比，可以在一個范圍更廣泛的信號環(huán)境中，實現(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，改變控制信號隨通訊距離增加而降低的弱點。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雙向無線通信基站結(jié)構(gòu)中，對語音和數(shù)據(jù)服務(wù)集成更完善，更方便。 目前的應(yīng)急通信平臺，往往是通過建立臨時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)點作為中繼平臺正能較好的解決這一問題。 應(yīng)急通信平臺的正向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、移動化、人性化的方向發(fā)展，本系統(tǒng)包含設(shè)計正體很好的現(xiàn)了這一趨勢。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月 浙江大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”復(fù)賽二等獎 2011年4月 “利爾達(dá)杯”全國物聯(lián)網(wǎng)大賽創(chuàng)新獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示，圖片，錄像，樣品
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
- 1.技術(shù)特點及優(yōu)勢 （1） 速度優(yōu)勢：四旋翼飛行器的快速反應(yīng)能力和機(jī)動能力 （2） 通信優(yōu)勢：通過基于zigbee的數(shù)字通信，快速自組網(wǎng)，實現(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)指令實現(xiàn)飛行器起飛，爬升，降落，前后左右轉(zhuǎn)向飛行等動作。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)備對受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行實時監(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.市場競爭力：本系統(tǒng)的低成本戰(zhàn)略，與其他系統(tǒng)相比，具有較強(qiáng)的市場競爭力。
同類課題研究水平概述
- 1.國內(nèi)建立應(yīng)急通信平臺，往往是通過建立臨時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，同時還可以收發(fā)其他數(shù)字化的信號，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，在國內(nèi)已有一些研究。 2.世界上對小型四旋翼飛行器的研究主要集中在3個方面：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自動化系統(tǒng)實驗室開發(fā)的一種電動小型四旋翼飛行器，研究的重點是機(jī)構(gòu)設(shè)計方法和自主飛行控制算法，目標(biāo)是要實現(xiàn)室內(nèi)和室外環(huán)境中的完全自主飛行。
