基本信息
- 项目名称：
- 智能导航移动监控与救援系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 智能导航移动监控与救援系统在安防、抢险救灾、航拍等领域具有重要价值。本系统由飞行终端、地面站和远程监控中心组成。飞行终端由四旋翼飞行器与自适应云台组成，可实现垂直起降、定点悬停、自动巡航等功能。地面站包含电脑、无线通信模块与移动电源系统，可实时接收监控数据，可设定监控路线并显示实时位置，可对电池充电。远程监控中心通过网络与多个地面站连接，实时获取信息并显示。本系统结构简单、成本低廉，有利于推广。
- 详细介绍：
- 智能导航移动监控与救援系统由飞行终端、地面站和远程监控中心三部分构成。飞行终端搭载在四旋翼飞行器上，飞行噪音小，飞行稳定，机动性强。通过电子罗盘、GPS定位装置和导航控制器实现对目标位置和现态位置的精确定位，智能规划飞行轨迹，从而使移动监控系统更加智能化。根据陀螺仪和加速度计采集到的信息确认实时姿态，驱动无刷电机对姿态进行调节，实现了飞行终端稳定，准确飞行。同时可搭载各类型监控设备模块例如：摄像机、红外成像仪、照相机、气体传感器等探测仪器，以适应各种不同环境的监控需求。并且飞行终端与地面站通过无线通信模块建立无线连接，地面站与远程监控中心通过因特网或3G无线网络建立连接，从而实现了飞行终端、地面站和远程监控中心之间的信息交流，实现远程监控，智能导航。本系统凭借其优越的性能和通用的监控平台较好的适应了现代社会的应用要求。 本系统操作简便，操作者只需在地面站上位机地图上确认目标位置以及各项参数，便可完成智能规划移动轨迹、自动巡航、智能监控、智能返航一系列相关任务。在监控中心，人们可以在大屏幕上看到多个地面站传输回来的影像或者其他数据，获知实时情况。 本系统与地面固定监控系统不同的是，它具有更高的灵活性，并能在不同角度全方位进行监控和拍摄。飞行终端可以携带高清的摄像头在空中实现稳定的拍摄，并实时地将视频或者图片数据发送回来，而我们只需要在地面站上进行简单的操作。本救援平台在火场、灾害救援和人员搜索等方面有较广阔的应用前景。相比大型直升机，本救援平台价格低廉，可以随时启用，反应迅速。相比其他的微型飞行器，比如电动直升机和固定翼飞机，本救援平台对起飞降落地点要求极低，且结构简单，易于维护。本系统能无人飞行,实时传输数据，自主巡航使它在采集环境数据方面的能力得天独厚，可以搭载各种探测器。本系统能够搭载轻便的空气采样器材，可以在空中实时采集空气样本，快速分析目标区域的空气质量。在核泄漏等人等对人有伤害的情况下，快速无人监测当然最为理想，本系统可以携带核辐射检测仪器对核辐射强度进行检测。在灾害搜救中，飞行终端可以搭载生命探测仪大范围地搜索幸存者。 故本系统是一个通用的空中信息采集平台，通过在云台上搭载不同类型的设备，可以完成等不同需求的监控作业，以满足多方面的需求。目前，已经有一些公司对我们的系统有感兴趣，表示出合作意向，可见本系统的应用前景很广阔。
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
- 随着社会的快速发展，在高楼火灾、新闻摄影、国土勘探、野生动物保护、地质灾害调查、森林防火等领域，对移动监控的需求越来越大。人们对一种机动性强、操作简便、成本低廉的监控系统的需求也越来越强烈。 本作品要求移动平台能够适应各种复杂环境，具备垂直起降和自主飞行的能力，且高度智能化，能以各种姿态飞行。同时要求造价低廉，控制简单，操作灵活，飞行过程噪声低，低空飞行稳定，可实时收发数据。根据上述要求，本作品使用模块化设计，易于改装，可以搭载各种设备。 本系统有以下四个创新点：1）智能导航飞行终端；2）多类型监控设备搭载平台；3）云台的自适应与头部跟踪。涉及的关键技术有：1）多学科集成的控制系统设计；2）整合传感器数据进行状态变量的估计；3）自主飞行控制算法的设计; 4）飞行器避障的设计 。系统的技术指标有空载重量：800克；最大有效载荷：1000克；最高飞行高度：500米；最大飞行速度：40千米/小时；无线传输距离：3千米；单节续航时间：30分钟；抗风能力：4级；地面站独立供电工作时间：10小时；地面站重量：15千克。
科学性、先进性
- 1）自行开发了先进的导航模块，具有自动巡航和智能返航等新颖的功能，简化了人员操作。 2）自行开发了功能完善的地面站。地面站能与移动平台保持良好的通讯，并能为机载电池充电。 3）作品基于模块化的设计理念，可以根据具体的要求进行功能模块组合，满足不同使用场合的要求，为产品在其他不同领域的进一步开发奠定了良好的基础。 4）整合传感器数据进行状态变量的估计。本系统采用了三轴陀螺仪和三轴加速度传感器作为主要的飞行姿态反馈传感器，此外还添加了GPS、电子罗盘和高度传感器等传感器。本系统通过把这些信息进行良好地滤波和整合处理从而得以准确地得到当前飞行器的飞行状态。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品在2009年获得武汉理工大学自主创新基金本科生项目的支持。 本作品于2010年在武汉理工大学第十届“创新杯”大学生科技文化节之大学生课外学术科技作品竞赛中荣获机械控制类作品一等奖。 本作品于2011年在湖北省第八届“挑战杯·青春在沃”大学生课外学术科技作品竞赛获特等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 专利权转让合同
作品可展示的形式
- 实物、产品 ；模型；图纸；磁盘；现场演示；图片；录像。
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
- 本系统能够适应各种复杂环境，具备智能导航和远程实时监控的功能，飞行终端对起飞着陆地点的要求较低，能以各种姿态飞行。系统造价低廉，操作简单，控制灵活，飞行过程中噪声低，低空飞行稳定，可实时收发数据。平台使用模块化设计，易于改装，可以搭载各种设备。 本救援平台在火场、灾害救援和人员搜索等方面有较广阔的应用前景。相比大型直升机，本救援平台价格低廉，可以随时启用，反应迅速。相比其他的微型飞行器，比如电动直升机和固定翼飞机，本救援平台对起飞降落地点要求极低，且结构简单，易于维护。 随着城市化进程的不断推进，越来越多的高楼座座高楼拔地而起，高楼失火事件也时有发生，南京、上海等地高楼失火造成的重大损失，更是警钟长鸣。据2009统计，全国共有3239个消防中队，每个中队均可装备3-5套本救援平台，这就有将近一万套的市场。在林场，本救援平台可以用作平时监测之用，可以较早地发现火灾隐患。目前我国共有国有林场4507处， 如果每个林场可以装备2-3套本救援平台，将又是一个很大的市场
同类课题研究水平概述
- 移动监控与救援系统的研究起于国外，有许多大学和公司在进行相关的研究，技术已经比较成熟。目前，德国和加拿大等国的移动监控系统已经投入了商业化运行，美国的类似系统也被用于军事领域，获得了不错的效果。德国microdrones GmbH是于2005年10月成立的全球领先的垂直起降微型无人机系统开发商，microdrones开发的md4-200四旋翼微型无人飞行器监控系统2006年4月一经推出，即在欧洲市场取得巨大成功，截止2009年3月销售数量已经超过500套，客户遍及警察、消防、特种部队、军队、边防、媒体、航空摄影、空中考古、空中监控、环境保护等多个行业。md4-200可用于执行资料收集、协调指挥、搜索、测量、通讯、检测、侦查等多种空中任务。 但是，目前国内的相关研究还处于起步阶段，只有少数几个公司和单位具备仿制的能力，还没有出现能够大批量生产并应用的产品。进行相关研究的大学也为数不多，能够实现自动飞行和智能导航的则更少了。 据国内报道，哈尔滨工程大学学生自主研制的“四旋翼无人飞行器”在2009年成功地进行了试飞。但是该飞行器只能人工遥控飞行，不能自主飞行，也没有地面站提供支持。 本系统不仅实现了飞行终端的智能导航，而且设计了功能完善的地面站，还有远程监控中心可以实时得查看多个飞行终端传回来的影像和其他监控数据。故本智能导航移动监控系统在国内具有一定的先进水平。
