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          科普 | 翼龍通信無人機(jī)救災(zāi)的?

          發(fā)布人:旺材芯片 時(shí)間:2021-07-25 來源:工程師 發(fā)布文章

          昨天,關(guān)于翼龍無人機(jī)救災(zāi)的新聞,刷屏了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。


          由國家應(yīng)急管理部緊急調(diào)派的翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型無人機(jī),搭載中國移動(dòng)的****設(shè)備,從貴州安順出發(fā),連續(xù)出動(dòng)兩次,分別趕赴河南省鞏義市米河鎮(zhèn)以及鄭州市中牟縣阜外華中心血管病醫(yī)院,執(zhí)行應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)保障任務(wù)。



          昨天因?yàn)槟暇┩话l(fā)疫情的原因,小棗君忙著排隊(duì)做全員核酸檢測(cè),所以沒能第一時(shí)間進(jìn)行撰文分析。


          今天趕個(gè)晚集,剛好寫點(diǎn)更有深度的內(nèi)容,分析一下這個(gè)事件的前前后后。



          ▉ 無人機(jī)通信的技術(shù)利弊


          贊美的話我就不說了,直接看技術(shù)。


          無人機(jī)通信,嚴(yán)格來說分為兩種。一種是為了實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛行控制而進(jìn)行的通信(例如無人機(jī)表演),另一種是指利用無人機(jī)提供區(qū)域內(nèi)的通信保障服務(wù)。我們今天講的,主要是后者,姑且稱為無人機(jī)通信保障。


          其實(shí),無人機(jī)通信保障,并不是什么新鮮事物。

          2008年汶川地震發(fā)生的時(shí)候,地面****微波線纜等通信設(shè)備幾乎全毀,導(dǎo)致災(zāi)區(qū)徹底失聯(lián)。當(dāng)時(shí),空軍派出了15名空降兵勇士,攜帶2部海事衛(wèi)星電話,冒險(xiǎn)跳傘進(jìn)入災(zāi)區(qū),才算恢復(fù)了聯(lián)系。


          災(zāi)后,通信及應(yīng)急管理等有關(guān)部門汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),重點(diǎn)加強(qiáng)了應(yīng)急通信保障能力的建設(shè)。隨著無人機(jī)技術(shù)的成熟和普及,無人機(jī)****應(yīng)急通信也成為了一個(gè)熱門的研究方向,吸引了不少學(xué)者進(jìn)行研究,也有了一些成果。


          2017年九寨溝發(fā)生地震后,中國移動(dòng)緊急調(diào)運(yùn)了一套無人機(jī)高空****,連夜送達(dá)地震災(zāi)區(qū),用于恢復(fù)周邊30多平方公里受災(zāi)區(qū)域的手機(jī)信號(hào)。這是國內(nèi)無人機(jī)高空****在地震救災(zāi)中的首次應(yīng)用,當(dāng)時(shí)也引起了不小的轟動(dòng)。



          需要注意的是,在這次翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型無人機(jī)出現(xiàn)之前,我們看到的幾乎所有無人機(jī)高空****,都屬于旋翼無人機(jī)。


          它們的特點(diǎn)是運(yùn)輸方便,起降和操控(相對(duì))容易,可以空中懸停。缺點(diǎn)也很明顯:飛行高度和移動(dòng)范圍有限,且受限于電池續(xù)航能力,留空時(shí)間較短。


          有些旋翼無人機(jī)的下方,會(huì)有一根線纜與地面相連,進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳或者提供電力。這種無人機(jī),也稱為系留式無人機(jī)。



          這次出現(xiàn)的翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型無人機(jī),之所以引起轟動(dòng),其中一個(gè)主要的原因,就是它是首次將固定翼無人機(jī)應(yīng)用于應(yīng)急通信保障任務(wù)。



          相比旋翼無人機(jī),這種固定翼無人機(jī)飛行高度高,飛行距離遠(yuǎn),覆蓋范圍大,優(yōu)勢(shì)明顯。


          不過,因?yàn)楹偷孛嬷g沒有有線連接,所以它只能通過無線回傳的方式,建立與核心網(wǎng)設(shè)備之間的聯(lián)系。



          這種無線回傳,基本上只能通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。所以,翼龍-2H通信應(yīng)急保障任務(wù)的難點(diǎn),除了飛行平臺(tái)本身之外(翼龍算是航空工業(yè)集團(tuán)的成熟平臺(tái)),就是空天鏈路的建立和調(diào)測(cè)。



          空天一體化,這幾年是通信領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向,也是6G的主要方向。埃隆馬斯克的星鏈計(jì)劃,更是大大刺激了人們對(duì)衛(wèi)星通信的關(guān)注。


          這次翼龍-2H刷屏網(wǎng)絡(luò),大家表面上看到的是無人機(jī)大放光彩,實(shí)際上背后真正發(fā)揮作用的,是衛(wèi)星。


          我們?cè)賮砜纯催@次任務(wù)的具體執(zhí)行情況:


          7月21日下午14:22,翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型從安順機(jī)場(chǎng)起飛,歷時(shí)4.5個(gè)小時(shí)抵達(dá)鞏義市,18時(shí)21分進(jìn)入米河鎮(zhèn)通信中斷區(qū),為50平方公里范圍提供長時(shí)穩(wěn)定連續(xù)信號(hào)覆蓋。


          截止20時(shí),空中****累計(jì)接通用戶2572個(gè),產(chǎn)生流量1089.89M,單次最大接入用戶648個(gè)。


          此次任務(wù),無人機(jī)在任務(wù)區(qū)內(nèi)作業(yè)時(shí)間共計(jì)8小時(shí)8分。無人機(jī)除了搭載通信設(shè)備,為受災(zāi)人員提供移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之外,還應(yīng)用CCD航測(cè)相機(jī)、EO光電設(shè)備和SAR合成孔徑雷達(dá),對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行拍照和監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)將有關(guān)信息回傳至指揮中心,有效支持了災(zāi)區(qū)的應(yīng)急救援行動(dòng)。


          7月22日6時(shí)15分,翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型無人機(jī)返場(chǎng)降落,飛行近16小時(shí)


          從上面的文字,我們可以看出幾點(diǎn)細(xì)節(jié)。


          首先,作業(yè)時(shí)間問題。


          因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)距離較遠(yuǎn),無人機(jī)飛行在途時(shí)間較長(單程4小時(shí)以上),所以,在災(zāi)區(qū)的實(shí)際作業(yè)時(shí)間,并不是太久(大約8個(gè)小時(shí),其中5小時(shí)用于覆蓋信號(hào))。


          相信隨著這次翼龍-2H的成功實(shí)踐,應(yīng)急管理部會(huì)在全國各個(gè)片區(qū)部署多個(gè)無人機(jī)基地,實(shí)現(xiàn)就近支援。


          其次,載荷量問題


          翼龍2無人機(jī)最大起飛重量4200公斤,外掛載荷超過500公斤。按理來說,這個(gè)載荷量不算低。


          但是,我們要知道,無人機(jī)需要執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)(航拍等),掛載多種吊艙,所以,留給通信設(shè)備和配套電源的空間和重量配額有限,這限制了無人機(jī)通信保障服務(wù)的能力。


          第三,多運(yùn)營商支持問題


          本次任務(wù),無人機(jī)只攜帶了中國移動(dòng)的****設(shè)備,聯(lián)通和電信用戶無法獲取信號(hào)。后續(xù)的話,希望能夠有支持三家運(yùn)營商基本通信頻段的全網(wǎng)通通信設(shè)備吊艙,作用會(huì)更大。


          或者,希望各家運(yùn)營商都有自己的無人機(jī),幫到更多的災(zāi)民。


          第四,價(jià)格成本問題。


          應(yīng)急保障,人命大于天,所以,成本問題可以稍微往后靠。


          這次翼龍出動(dòng),尚不清楚具體的成本是多少,但估計(jì)費(fèi)用不低(硬件成本、油費(fèi)、人力成本、衛(wèi)星鏈路租用等)。如果能大幅降低成本,將有利于這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步普及,包括前面所說的全國各區(qū)域布點(diǎn)。


          第五,帶寬容量問題。


          “累計(jì)接通用戶2572個(gè),產(chǎn)生流量1089.89M,單次最大接入用戶648個(gè)”。說實(shí)話,就50平方公里的覆蓋范圍而言,這個(gè)數(shù)據(jù)并不算多(即便是農(nóng)村地區(qū)),遠(yuǎn)不如一個(gè)普通的宏站。


          一方面,可能說明還有大量的用戶因?yàn)樯硖幨覂?nèi)的原因,未能搜索到高空無人機(jī)****的信號(hào),另一方面,也可能是無人機(jī)****本身的能力瓶頸。


          無人機(jī)****最大的弱點(diǎn),就在于通信容量。衛(wèi)星鏈路回傳帶寬的限制,決定了災(zāi)區(qū)人民看視頻玩游戲是不太現(xiàn)實(shí)的,能保證通話、****和微信,就已經(jīng)很不錯(cuò)了。


          以上問題,相信隨著時(shí)間的推移、技術(shù)的發(fā)展,會(huì)逐漸得到解決。



          ▉ 應(yīng)急通信的更多思考


          接下來,我們延伸一下話題,再簡單說說應(yīng)急通信。


          應(yīng)急通信是一個(gè)重要的通信細(xì)分領(lǐng)域。根據(jù)災(zāi)害級(jí)別和范圍的不同,手段也不太一樣。


          例如演唱會(huì)或體育賽事這樣的區(qū)域性應(yīng)急通信,往往出動(dòng)應(yīng)急通信車,就足以應(yīng)付了。


          而地震、洪水、海嘯甚至恐怖襲擊的話,應(yīng)急通信車肯定沒用,基本上都要靠衛(wèi)星終端。



          說實(shí)話,目前我國在商用(民用)衛(wèi)星的市場(chǎng)化方面還是存在很大不足的。


          全球主流的衛(wèi)星通信系統(tǒng),都是國外的服務(wù)提供商(海事衛(wèi)星inmarsat、銥星iridium、歐星THURAYA等)。國內(nèi)不少黨政單位,包括抗災(zāi)應(yīng)急,也在用國外商用衛(wèi)星電話。這顯然是不太合適的。


          對(duì)于應(yīng)急通信保障來說,保密性要求不是特別高,更關(guān)鍵的是普及。普及的話,又取決于成本


          如果國內(nèi)民用衛(wèi)星電話能夠做大做強(qiáng),那么可以進(jìn)一步降低衛(wèi)星使用成本,讓衛(wèi)星接收終端可以下沉普及到村鎮(zhèn)一級(jí),將有效應(yīng)對(duì)重大自然災(zāi)害。


          另外,我還想提一點(diǎn):我們?cè)趹?yīng)急通信保障技術(shù)方面,其實(shí)還有很大的想象空間


          突發(fā)奇想一下,我們有通信無人機(jī),通信保障車,為什么不考慮研發(fā)一個(gè)通信無人船呢?基于MESH自組網(wǎng)技術(shù)的無人通信船,攜帶****,穿梭在淹沒的城市或農(nóng)村區(qū)域,為災(zāi)民提供應(yīng)急通信保障服務(wù),也會(huì)非常有用



          此外,高空熱氣球、****等,也都可以用于應(yīng)急通信保障。這些此前都有先例,只不過尚未成熟,我們應(yīng)該鼓勵(lì)研究和嘗試。


          最后的最后,我再提醒大家一下:通信技術(shù)在重大自然災(zāi)害面前,并不是只有應(yīng)急通信保障這一個(gè)作用。它更大的作用,其實(shí)是災(zāi)害預(yù)防和預(yù)警。


          如果數(shù)字物聯(lián)技術(shù)能夠充分落地,我們將大幅減少災(zāi)害帶來的損失。


          例如這次河南洪災(zāi)。我們?cè)谝曨l上看到的危急場(chǎng)面,很多都是居民未能及時(shí)防范造成的。


          如果關(guān)鍵河流、庫區(qū)、涵洞、隧道都有水位數(shù)字傳感器,實(shí)時(shí)匯報(bào)水位變化,通過洪災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)居民進(jìn)行****提醒,肯定有助于減少損失,挽救生命。


          四川建成的地震預(yù)警系統(tǒng),就是一個(gè)很好的例子。


          此外,今年發(fā)生的多次重大傷亡事故,包括5·26廣州江門井下中毒事故、6·13湖北十堰燃?xì)獗ㄊ鹿省?·12蘇州酒店倒塌事故,其實(shí)借助城市物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò),都可以有效預(yù)防或者預(yù)警。


          面對(duì)各種各樣的自然災(zāi)害,數(shù)字技術(shù)還有很大的潛力可以挖掘,我們廣大通信人和IT人,還有很多地方可以努力。


          終有一天,當(dāng)我們真正建成數(shù)字城市、數(shù)字世界的時(shí)候,面對(duì)自然災(zāi)害,我們將進(jìn)行更為有力的反擊。


          好了,以上就是今天文章的全部內(nèi)容。最后,再次為河南災(zāi)區(qū)加油,希望早日度過難關(guān),生活恢復(fù)正常。順便提醒一下,臺(tái)風(fēng)煙花即將登陸,希望大家多多注意安全!


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