基本信息
- 项目名称：
- 基于四旋翼飞行器的野外应急救援通信系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统利用zigbee无线模块自动组网的特点，建立一个小型的数据通信网络：包括数字通信终端、zigbee中继节点，并通过微小型四旋翼飞行器实现空中快速覆盖，扩大通信范围；飞行器可搭载摄像头、探照灯等设备，为救援提供保障；数字通信终端可实现语音通信、GPS定位，其装载的带动做检测的加速度传感器可在终端异常时触发报警。
- 详细介绍：
- 近年来，全球范围内地震、洪水海啸等自然灾害频发，在救援工作中往往由于基础通信设施损坏难以建立与被困人员建立联系，或是地势复杂给搜救工作带来很大难度——需要设计一种能够快速部署的应急救援通信系统，为搜救提供决策依据和技术支撑。 本系统利用zigbee无线模块自动组网的特点，建立一个小型的数据通信网络：包括数字通信终端、zigbee中继节点，并通过微小型四旋翼飞行器实现空中快速覆盖，扩大通信范围。 飞行器可搭载摄像头、探照灯等设备，获取前方信息、为救援提供保障；数字通信终端可实现语音通信、GPS定位，其装载的带动做检测的加速度传感器可在终端异常时触发报警（或由携带者主动触发），向附近终端发送GPS信息，便于救援工作的开展。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.主要思路 1）借鉴已有的研究成果，制作一种可以垂直起降、空中悬停、高速巡航飞行的四旋翼飞行器，实现飞行器的半自主飞行 2）基于上述四旋翼飞行器，实现图像采集，GPS定位功能 3）研制基于zigbee的数字通信终端，通过飞行器所搭载的zigbee中继模块实现大范围、可靠的语音通信，并作为其他数字信号的通信平台（GPS信号等）。 2.创新点 1）设计并实现了基于zigbee的数字语音终端，相较于传统的模拟通信终端更为清晰、可靠，覆盖范围广，不仅能承载语音通信，还能实现其他数字信号（如GPS信息）的中继通信，提供了良好的拓展性。 2）四旋翼飞行器结构与算法的优化与调试，实现稳定的半自主飞行。 3）提出并实现了基于四旋翼飞行器的空中中继节点，使得系统的可以在尽可能短的时间内实现较大的覆盖。 3.技术关键和主要技术指标 技术关键： 1）数字通信终端语音功能的实现：硬件编解码，嵌入式平台选用与软件设计 2）数字通信终端GPS定位、报警功能的设计与实现 2）四旋翼飞行器的结构优化与调试 主要技术指标： 1）两个终端（节点）间的通信范围：1500-3000米，最大可达5km 2）四旋翼飞行器（空中节点）： 整机起飞重量（含电池）：1kg；整机尺寸（包含旋翼）：55x55x20cm；最大载重量：2.5KG；续航能力：15-20min（单节锂电池,5000mah）；最大飞行高度：1000m；最大飞行速度：100km/h。
科学性、先进性
- 基于zigbee的数字语音通信，可以更好地利用频谱资源。与蜂窝数字技术相似，zigbee自组网可以在一条指定的信道上装载更多用户，提高频谱利用率。其次是提高通话质量。由于数字通信技术拥有系统内错误校正功能，和模拟对讲机相比，可以在一个范围更广泛的信号环境中，实现更好的语音音频质量。最后，提高和改进语音和数据集成，改变控制信号随通讯距离增加而降低的弱点。与类似集成模拟的语音及数据系统相比，数字语音通信终端可以提供更好的数据处理及界面功能，从而使更多的数据应用可以被集成到同一个双向无线通信基站结构中，对语音和数据服务集成更完善，更方便。 目前的应急通信平台，往往是通过建立临时基站或派赴携带通信中继系统的工程车等手段。通过这些手段确是能建立起应急通信网络，但其在架设、使用中还不够灵活便捷。而通过四旋翼飞行器搭载空中的节点作为中继平台正能较好的解决这一问题。 应急通信平台的正向着智能化、网络化、移动化、人性化的方向发展，本系统包含设计正体很好的现了这一趋势。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月 浙江大学“挑战杯”复赛二等奖 2011年4月 “利尔达杯”全国物联网大赛创新奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 现场演示，图片，录像，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.技术特点及优势 （1） 速度优势：四旋翼飞行器的快速反应能力和机动能力 （2） 通信优势：通过基于zigbee的数字通信，快速自组网，实现语音、GPS甚至图像等数据传输，通过中继扩大通信范围。 （3） 可拓展性：本系统配备的四旋翼飞行器能进行半自主飞行，并在人的干预指令实现飞行器起飞，爬升，降落，前后左右转向飞行等动作。完成一系列特殊指定任务，如在飞行器负重范围内，可携带航拍设备对受灾区域进行实时监控。 2.本系统可广泛应用于如下应急事件： 1）重特大地质灾害（如地震，泥石流等） 2）重特大天气灾害（如洪水，台风等） 3）恐怖袭击基础设施遭破坏 4）网络故障堵塞导致通信系统瘫痪 5）特殊环境救援（无人区、高山救援等） 盈利能力分析 3.市场竞争力：本系统的低成本战略，与其他系统相比，具有较强的市场竞争力。
同类课题研究水平概述
- 1.国内建立应急通信平台，往往是通过建立临时基站或派赴携带通信中继系统的工程车等手段。通过这些手段确是能建立起应急通信网络，但是弊端也很明显。一方面是建设方式不够灵活，特别是考虑到自然灾害或突发事件中基础设施受到较为严重破坏的情况的下，应急通信的实现收到很大限制。另一方面，在特殊条件下在如何快速建立通信的同时注重保障工程人员与救援人员的安全考虑不足。而目前的应急通信正向着智能化、网络化、移动化、人性化的方向发展。 应急通信在一定程度上可以通过传统的模拟对讲机解决，但有其局限性。数字通信可以提高频谱利用率，提高通话质量，同时还可以收发其他数字化的信号，具有良好的拓展性。而基于zigbee数字语音通信，因其低成本、高效自组网等特点，在国内已有一些研究。 2.世界上对小型四旋翼飞行器的研究主要集中在3个方面：基于惯导的自主飞行控制、基于视觉的自主飞行控制和自主飞行器系统方案，其典型代表分别是：瑞士洛桑联邦科技学院(EPFL)的OS4 ，加利法尼亚大学的D481和佐治亚理工大学的研制的MARs 2 OS4是EPFL自动化系统实验室开发的一种电动小型四旋翼飞行器，研究的重点是机构设计方法和自主飞行控制算法，目标是要实现室内和室外环境中的完全自主飞行。
