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基于无人机-EAI技术的交通基础设施 健康监测与大数据平台

时间:2018-12-19

1. 项目背景

交通基础设施是社会交通体系的核心部分,是国计民生和国家安全的重要支撑。改革开放30多年来,我国交通基础设施建设发展迅猛,取得了世人瞩目的成就。但是,以桥梁、隧道、路基、地铁、交通枢纽等为代表的交通基础设施长寿命安全问题日益突出,存在着安全隐患多、使用寿命短、灾致损毁严重等突出问题。因此,开展交通基础设施健康监测、安全控制与长寿命安全保障研究工作,全面提升长寿命安全保障和减灾防灾应急处治能力,确保交通基础设施的长寿命安全服役和交通大动脉的安全畅通,这对支撑国民经济可持续发展、保障人民生活安稳有序、助力国家安全和社会稳定,具有十分重大的战略意义。中国工程院自2014年起开展了“交通基础设施重大结构安全保障战略”重点咨询研究工作,在交通基础设施健康监测、安全控制与长寿命安全保障等方面取得了丰富研究成果。

  健康监测是指实时掌控工程结构的健康状态,及时发现结构工程的事故隐患,并及时采取措施,其中包括自然灾害的立体监测、预报预测等未来,将开展基于信息技术与重大结构状态监测、性能评估、风险预警和性能保持相结合的新理论、新技术、新装备的研究,建立新型结构信息支持系统,保持复杂环境下交通基础设施的长期安全运营。而这其中,无人机搭载高性能测绘监视系统的方案可以更广泛地参与其中,定期不定期的提供基础数据,可大大提高效率,减少大量部署监测点的施工困难,并进一步提高交通基础设施健康情况的精准性。

2.无人机行业应用情况

随着无人机技术的不断进步和发展,以搭载测绘相机、光电吊舱、激光雷达、微SAR雷达为主要手段的行业应用迅速得以推广,基于无人机的综合应用有着成本低、效率高、精度高、配置灵活、使用方便等优势,特别是在国防、军工、公安、海警、应急、反恐、海关、民防等8大军事化应用领域,及电力、石油、农林、水利、地质、环保、城管、交通、路政、测绘、航拍、机场、岛港、核电、通信等15大行业应用领域,已经得到了广泛的应用,受到了国内各行各业的好评。

3.垂直起降固定翼无人机介绍 

RDU-FH-30D 的四旋翼起降控制利用了 L1 自适应控制技术,固定翼平飞控制为基于总能量+神经网络自适应控制技术。同时,RDU-FH-30D 还涉及悬停转平飞控制、平飞转悬停控制、一键起降、全自动飞行等控制技术。 除了各种控制算法外,技术人员也要考虑到垂直起降、悬停、过渡飞行时的可靠性、安全性。

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4.垂直起降固定翼无人机搭载激光雷达的应用案例

RDU-FH-30LiDAR是国内首款垂直起降固定翼激光雷达扫描系统。高度集成LiDAR 扫描仪、GNSS 高精度定位系统、IMU系统、高速数据采集存储系统、全画幅相机等;测量距离远、精度高;支持无基准站功能,无需架设基准站以及打点,使用方便,作业范围不受基准站限制;支持大测区功能,作业效率高;支持多卫星导航系统RTK+IMU 松耦合、紧耦合方式,支持实时作业点云图像回传与显示,支持后处理功能、快速生成原始点云,支持真彩色点云。可广泛应用于测绘、交通、电力、数字城市、高精度地图、侦察、建筑等领域。

 

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雷达安装

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精度成果

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注:高程中误差:219.25px

5.垂直起降固定翼无人机搭载SAR雷达的应用案例

RDU-FH-30inSAR系统可广泛应用于基础测绘、灾害监测、资源和环境调查、突发事件应对、气象水文探测、公共安全、以及目标侦察等众多领域,以满足我国国家安全、经济建设和社会发展对高分辨率对地观测数据的迫切需求。该系统的研制,将进一步提高我国的机载SAR技术水平,在国民经济众多领域具有重大的应用价值。

1、地形测绘应用

地形测图试验与示范实施途径包括:试验区选择;整个机载SAR系统的工作流程及试验飞行程序流程的制定;飞行计划拟定;角反射器布设、差分GPS基准点设置以及地形控制测量等地面工作;数据获取;质量检查;产品生产等。

2、减灾救灾应用

基于机载SAR数据和数据库信息,研究和发展滑坡灾害遥感监测和评估的技术与方法,利用发展的监测和评估方法以及数据库信息,进行受灾地区机载SAR滑坡灾害的监测与损失评估应用示范,最终形成灾害分布图、损失评估技术流程标准及结果图等。

具体实施方案主要采取以室内进行灾害遥感监测和评估技术以及灾害评估系统设计和野外飞行测量、监测和地面验证相结合的形式开展预定内容的研究。

3、基础科学研究应用

通过机载SAR获取观测区域内目标散射体的各种物理信息(如目标构成的基本电参数、目标的指向性、散射体密度和厚度、表面的粗糙度和相关长度、散射类型等;或目标的含水量、目标区的生物量等),是地球系统科学和遥感应用研究获得基础数据的重要途径。

4、目标侦察应用

由于SAR可以全天候、全天时工作,而且侦察距离远,可广泛用于治安监控、反恐侦察、执法取证中,目标检测和定位、目标感兴趣区域提取、目标识别等。

6. WF-IoT融合物联网技术介绍

WF-IoT融合物联网技术的突破,一网多用,一物多能,极大降低了智能化应用成本,使大规模智能化成为可能,同时也建立以“1对N”互联互通模式的智慧产业生态圈,实现广泛共享,有效聚合和充分释放。全球首创中高速广域融合物联网技术,实现了商用照明物联网、识别定位网、广域无线传感网三网单芯片级的一体化融合,成功突破三大物联网融合的国际难题。

技术优势

(1)一网多用,一物多能,智能化应用成本极大降低。

(2)雾计算,语境感知能力,真正的颠覆性智能。

(3)霾计算,去中心化,不依赖于云端,大数据源头。

(4)海量目标(超过65000节点)构成的:中高速(250kbps~2Mbps)、无中心、自组织、免维护、免许可费用、免使用费用的理想网络。

(5)更经济、更可靠、更安全、更实用,即时获得人员、物品、车辆、资产、目标等身份、状态、位置和轨迹。

系列产品

(1)智能驱动器。LED驱动控制器、开关控制器、调光控制器、传感控制器、电机控制器。

(2)智能传感器。人体、车辆、环境、报警、视频等传感器。

(3)智能控制器。动能开关、场景开关、综合控制器、遥控器。

(4)融合开关。IP网关、WiFi网关、3G/4G网关。

(5)智能管控平台。移动APP、集中管控、云端管控。

7. 基于卫星遥感、无人机、WF-IoT融合物联网技术的空天地一体化交道基础设施健康监测技术

系统设计

(1)建立空天地一体监测体系。提供异常点的点位图和影像图斑;提供重点关键设施、重点特殊区域、大面积路网地质及结构遥感监测月、季、年报。

(2)应急监测。提供事故区域快拼遥感影像;提供应急简报:高分卫星区域重点及周边环境简报,无人机重点目标统计分析简报。

(3)预警预报。实时提供警报种类、风险等级、事发地影像。

(4)数据管理。提供卫星、无人机、基础地理信息、监测产品等数据的组织与管理。

(5)数据综合分析展示。提供二三维展示表达,以多种终端手段向多级用户推送。

(6)可接入的数据种类:>6种(无人机遥感数据、卫星遥感数据、地面监测数据等);

(7)预警亚健康行为类型:>6种(自然灾害、地质变化、生态破坏、路网压力、维护监管、安全建设等);

(8)卫星监测周期:重点区域3周/次,其他区域4周/次;

(9)异常点自动识别率:未经人工解译≥70%,人工解译确认后≥95%;

(10)应急情况数据处理时间:<3小时(无人机图像不超过150幅);

(11)信息推送与发布手段至少包含:Web端、微信、短信。

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