★天津華鼎科技有限公司高凡

★北京科技大學天津學院王建亮

1 目標和概述

目前無人機行業(yè)的通訊鏈路方式采用點對點鏈路通訊，這種通訊方式受多種環(huán)境及距離因素影響，在飛行中如果通訊距離過遠，飛行路線周邊環(huán)境復雜有高樓等障礙物，可能造成通訊斷開連接的情況發(fā)生，對飛行安全造成極大的影響，而且通訊距離越遠，通訊鏈路機載終端的重量及體積越大，影響了無人機的掛載能力，而且通訊鏈路的購買成本也越高。

針對傳統(tǒng)的通訊鏈路通訊距離有限，抗干擾能力差等劣勢，采用5G信號作為通訊鏈路信號可替代原有的點對點通訊鏈路，使有限的通訊距離變?yōu)闊o限的通訊距離，并且在城市這種復雜的飛行環(huán)境中也能保證穩(wěn)定的鏈路通訊，大大提高了飛行的安全性。

天津華鼎科技有限公司自主研發(fā)“云鼎物聯(lián)5G模組”并成功應用到工業(yè)無人機領域，現(xiàn)已實現(xiàn)不受空間地域的限制、高速度、低能耗、低時延及空中中繼功能，可達數(shù)百公里以上，工作效率數(shù)以幾何型提升，實現(xiàn)了5G萬物互聯(lián)。

圖1 云鼎物聯(lián)5G模組

“云鼎物聯(lián)5G模組”與無人機的聯(lián)調成功，超越了市面上現(xiàn)有無人機所用的圖數(shù)傳鏈路，從幾公里到幾十公里有限的通信距離實現(xiàn)為全國覆蓋式通信，使數(shù)傳和圖傳的傳輸穩(wěn)定性大大增強，成為了無人機真正可依靠的鏈路系統(tǒng)。

圖2 “5G+無人機”系統(tǒng)架構

圖3 無人機物流管理系統(tǒng)平臺工作模式示意圖

2 方案介紹

2.1 “5G+無人機”系統(tǒng)架構

“5G+無人機”系統(tǒng)架構由飛行服務、無人機機庫、無人機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈及無人機巡檢可視化指揮中心的監(jiān)管模塊五個部分共同組成。飛行服務包括根據(jù)無人機系統(tǒng)類型配置持有相應AOPA證的專業(yè)飛手，全天候響應巡檢飛行服務需求；無人機機庫用于無人機的作業(yè)起降、存儲、充電和維護保養(yǎng)場所等；無人機系統(tǒng)是信息采集前端設備，通過搭載視頻監(jiān)控、5G模組、北斗衛(wèi)星模組等載荷執(zhí)行巡航、偵查、數(shù)據(jù)采集、視頻采集、AI識別追蹤等巡檢任務；數(shù)據(jù)鏈是通信運營商搭建一張覆蓋巡檢涉及的主要監(jiān)管區(qū)域的5G網絡，滿足無人機聯(lián)網控制和監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳需求，滿足垂直固定翼等款式無人機的數(shù)據(jù)聯(lián)網需求。

圖4 “5G+無人機”系統(tǒng)架構圖

2.2 數(shù)據(jù)通信

有了5G通信，則可幫助無人機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸,隨時隨地地將大文件上傳至云端,無需經過本地存儲,直接在云端對數(shù)據(jù)進行處理,極大地提升了無人機數(shù)據(jù)采集效率。

隨著未來5G技術的發(fā)展，5G移動通信系統(tǒng)將與無人機深度融合。無人機可以利用5G的高速度、低功耗、低時延等特性，解決遠程控制和遠程監(jiān)控受限、圖像和視頻流回傳延遲等問題，實現(xiàn)無人機的全新升級。

2.3 安全措施

在安全措施上，如果5G信號斷開，并無法重新連接，無人機可自動返航至起飛點并保證飛機安全，或就近降落在航線附近的無人機機庫。

未來移動網絡中無人機設備的集成度可能會使無人機存在潛在的攻擊風險。具有蜂窩連接的無人機可能會體驗到可能與地面用戶體驗到的不同的無線電傳播特性。一旦無人機飛到基站上方，可能產生干擾甚至流氓應用程序，比如未經授權將手機連接到無人機上。

圖5 無人機管理監(jiān)控平臺場景模式

3 代表性及推廣價值

新冠疫情期間，華鼎科技通過進行無人機與5G聯(lián)合作戰(zhàn)，為疫情防控做出了突出的貢獻。其中，在2022年初天津市第三次全市核酸大篩中，華鼎科技的5G多旋翼無人機于6時起飛，直至下午15時完成最后點位巡查后降落，對河東區(qū)12個街道，40平方公里，360個點位的核酸檢測工作進行空中巡查，并且在巡查的過程中向各防疫點位運送所需的防疫物資，為核酸篩查工作提供極大幫助。

在濱海中關村協(xié)同創(chuàng)新示范基地，無人機在廣場前緩緩起飛，將防疫物資，送往核酸采樣點頂益食品檢測點位，保證無人機精準降落并把物資分發(fā)給醫(yī)護人員，原本需要開車15分鐘路程，使用軸距1.6米“天馬”5G無人機運送僅2.5分鐘就可配送到點位，幫助醫(yī)護人員快速開展核酸采樣工作。然后在濱海中關村協(xié)同創(chuàng)新示范基地運輸?shù)綕h沽體育場的診斷樣本接收區(qū)，地面路程近三十公里，所需時間四十分鐘左右，空中直線距離18分鐘到達指定地點，極大加快了核酸篩查進度，為抗疫節(jié)省了寶貴時間。

在此次天津全市大篩中5G鏈路的成功應用不僅解決了物資運送效率的難題，更是印證了5G鏈路在工業(yè)級無人機上的實際應用效果，不僅僅是針對于飛行無人機上的控制，在地面機器人以及其他控制終端上均可使用，通過5G信號的通訊以及系統(tǒng)間的協(xié)同，組成一套完善的工業(yè)無人系統(tǒng)，在各個領域均可以得到廣泛的應用。

5G信號的應用可以使分散在各地域的設備通過接收5G信號發(fā)出的指令，上傳至各終端設備并做出對應的操作，由指揮系統(tǒng)統(tǒng)一控制各分設備的操作，時延性小，通訊距離長，滿足工業(yè)無人系統(tǒng)的使用要求。

摘自《自動化博覽》2023年3月刊