DB54∕T 0288-2023 高原地区 无人机预警系统基本要求(西藏自治区).pdf

ICS35.240CCS V0054西藏自治区地方标准DB 54/T 02882023高原地区 无人机预警系统基本要求2023-03-01 发布2023-06-01 实施西藏自治区市场监督管理局发 布DB 54/T 02882023I目次前言.II引言.III1范围.42规范性引用文件.43术语和定义.44高原无人机预警系统功能和工作流程的一般要求.54.1工作目标.54.2系统组成.54.3高原型旋翼无人机基本要求.64.4高原地区无人机预警系统功能要求.64.5高原无人机预警系统预警流程要求.64.6高原无人机预警系统安全稳定性要求.84.7高原无人机预警系统预警规范.8参考文献.9DB 54/T 02882023II前言本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由西藏大学提出，西藏自治区标准化研究所归口。本文件起草单位：西藏大学、电子科技大学。本文件主要起草人：董志诚、杨阳、谢宁、汪政、赵婧、杜镇江、刘志韬。DB 54/T 02882023III引言近年来，国家安全尤其是对于边疆的守卫越来越被人们重视，国土广阔但人力资源缺乏的问题已显得尤为突出。向科技要警力、向科技要战斗力已经成为业界内部的一个共识。通过结合多种技术手段，实现对有针对性的异构数据之间的深层关系挖掘和利用，为边防感知任务提供更精确的信息，确保对可疑目标、恐怖事件及群体行为的准确识别，实现精准的反恐实战化预警及处置。西藏地区地形复杂，高原山地气候，垂直分布，一定高度内湿度大、降水多、山地上部风力大；另一方面，草原、荒漠无人区幅员辽阔，环境恶劣、昼夜温差大，电力、通信支撑不足或部署成本过高。在复杂多样的自然环境下，灾情易发、边防治安难以管控。无人机系统以其机动性强、安全性高等特点，已广泛应用于警用、公安、消防、反恐、救援等领域；通过航拍监控、高空喊话、定点抛投、人脸识别、通讯中继、全景成像等手段，实现二维平面到三维立体的动态管控。无人机一般是指无人驾驶，自主推进，由无线电遥控或自身程序控制，利用空气动力承载飞行并可回收重复使用的飞行器。高原地区环境条件复杂，存在海拔高、能见度低、地势起伏变化大、物体目标相对较小或隐蔽等问题，所以直接复用现有固定式摄像头远远达不到在高原复杂环境对目标的精准定位、检测与追踪。因此在这个条件下，无人机将能提供更合适的解决方案。此外，无人机也会面临高原恶劣的环境，如大风，高寒等，这会极大的影响无人机的飞行。经过调查研究，本文件针对以上提到的一些问题，制定了在高原环境下，无人机的预警处置规范。DB 54/T 028820234高原地区 无人机预警系统基本要求1范围本文件规定了高原地区无人机预警系统的环境要求、功能要求、预警流程、预警规范等内容。本文件适用于海拔2000m以上至5000m地形地貌多样复杂的高原区域工作的、最大起飞重量在10kg以内的旋翼式无人机预警系统与其处置规范设计、使用等过程。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 20626.1-2017 特殊环境条件 高原电工电子产品 第1部分：通用技术要求GB/T 38931 民用轻小型无人机系统安全性通用要求CH/Z 3001 无人机航摄安全作业基本要求CH/Z 3002 无人机航摄系统技术要求GA/T 1411.1 警用无人驾驶航空器系统第 1 部分：通用技术要求3术语和定义GB/T 20626.1-2017、GB/T 38931、CH/Z 3001、CH/Z 3002和GA/T 1411.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了GB/T 20626.1-2017、GA/T 1411.1中的某些术语和定义。3.1多旋翼无人机 multi-axis unmanned aircraft具有3个及以上旋翼，能垂直起降、自由悬停的无人驾驶航空器。来源：GA/T 1411.1，定义3.53.2控制站 control station用于实现任务规划、链路控制、飞行控制、载荷控制、航迹显示、参数显示、图像显示和载荷信息显示以及记录和分发等功能的设备。3.3常规型无人机 unnamed aircraft for general使用条件为海拔2000m以下的无人驾驶航空器。3.4高原型旋翼无人机 multi-axis unmanned aircraft for plateau在常规无人机的基础上，针对高原环境条件进行调整、改进或设计，使其适用于海拔2000m及以上的多旋翼无人机。DB 54/T 0288202353.5高原复杂环境三维(3D)可视化无人机预警系统 three-dimensional(3D)visualization UAV earlywarning system for plateau complex environment由高原型无人机与其相关的控制站(台)、所需指挥与控制链路等组成的系统，可对存在的风险或危险信息提前做出判决响应动作，确保系统安全。3.6海拔分级 altitude classification for products of electric and electronic电子电工产品适应海拔的能力，分为G2（1000m海拔2000m）、G3（2000m海拔3000m）、G4（3000m海拔4000m）、G5（4000m海拔5000m）共4级，如需按实际海拔标注的，可按如下方法标注，如G3.6表示海拔3600m；G4.5表示海拔4500m。来源：GB/T 20626.1-2017，定义3.34高原无人机预警系统功能和工作流程的一般要求4.1工作目标高原复杂环境三维(3D)可视化无人机预警系统(简称：高原无人机预警系统)宜针对无人值守的高原公共及重点区域进行危机预警，该系统通过高原型无人机获取信息，利用空-地数据传输，将所获取的情报信息传输到地面指挥控制中心处理，并快速对可能即将发生的危险做出警告和决策，避免危险发生。4.2系统组成高原无人机预警系统由以下部分组成，见图1：a)无人机：机体、动力装置、航空电子电气设备等。b)无线电测控与信息传输分系统：无线电遥控设备、无线电遥测设备、无线电定位设备、信息传输设中继转发设备等。c)任务设备：侦察设备及处置专用装置等。d)地面指挥控制站：飞行操纵与管理设备、综合显示系统、地图与飞行航迹显示设备、任务规划设备、记录与回放设备、情报处理与通信设备等。e)发射与回收分系统：与起飞(发射)和着陆(回收)有关的设备或装置。f)保障与维修分系统：保障维修设备等。g)3D 可视化平台：一款虚拟仿真平台，可模拟高原环境不同地形地貌、不同天气情况下无人机的飞行情况，从而对无人机实际任务的实施提供理论支撑。图 1高原无人机预警系统组成图DB 54/T 0288202364.3高原型旋翼无人机基本要求高原型无人机预警系统种对应的高原型旋翼无人机宜满足以下要求：a)高海拔适应性：高原型无人机对高海拔（G3 及以上等级）宜具有一定鲁棒性，保证预警流程中无人机的安全飞行。b)续航要求：高原型无人机电池宜支持高原无人机预警系统中涵盖的自适应能源管理功能。c)抗风能力：高原型无人机宜具有高原地区的最低安全抗风能力或最低作业抗风能力，保证预警流程中无人机的安全飞行。d)电磁兼容：电磁兼容性能宜符合常规型产品标准的规定。e)抗寒、抗温差：高原型无人机宜具有抗寒能力强，结构性能稳定的特点，适合 G3 及以上等级海拔飞行。4.4高原地区无人机预警系统功能要求高原地区无人机预警系统在功能上宜满足以下要求：a)总体要求：高原无人机预警系统集预警、指挥、控制、通信、能源管理等功能于一身，可起到活动雷达站和空中指挥中心的作用。宜具备可在高原复杂环境低时延高可靠通信功能、感知周边环境实时路径规划功能、支持目标跟踪及检测的边缘计算及时预警功能、高海拔大温差的自适应能源管理功能以及可搭载不同处置设备功能。b)低时延高可靠通信功能：高原无人机预警系统对信息实时性的要求极高，要求对无人机回传链路快速应答响应，以便做出处置决策。针对高原地区设施薄弱，能源受限的现状，高原无人机通信模块宜具备高低轨卫星、公网以及无线自组网等多模融合通信技术，各种通信模式间可无缝灵活切换，保证数据链路的可靠性。c)复杂环境路径规划功能：高原地区环境复杂，无人机执行预警任务时，可实现自主感知周边环境，实时路径规划，高效安全的完成飞行任务。针对高原山区、森林等多变复杂地形地貌，高原无人机飞控模块宜具备自主感知避撞和智能路径规划技术，保证无人机执行任务期间安全高效的飞行。d)目标跟踪及检测功能：高原无人机预警系统需无人机支持目标定位、跟踪及初步检测功能，实现危险态势感知与预警。高原无人机预警系统需增加边缘计算业务模块，可在机载端进行计算，有效降低时延和负载，实现对目标高精度、高可靠、低时延的感知与预警，建立适用于高原地区的预警处置信息化平台。e)自适应能源管理功能：无人机的能源管理模块不仅要实现对动力系统的支撑，还要支持通信与边缘计算等业务模块，此外，高原无人机预警系统还可能搭载不同重量的预警处置设备。无人机能源管理模块具备一定的自适应分配特性，同时要求配置低功耗的信息采集、通信以及路径规划技术。4.5高原无人机预警系统预警流程要求高原无人机预警系统通过雷达信号实时接收监控区域传感器模块采集的预设范围内的相关信息，执勤人员通过观测到的数据控制无人机端的启动从而实现对可疑或危险目标的二次监测，达到预警作用。无人机预警系统是集无人机预警评估、无人机任务执行、信息反馈、无人机动态调整的闭环预警系统，直至无人机完成监测任务或出现低电量警告自主返航，预警流程结束，如图2所示。高原环境下，受海拔、气温、风沙等环境因素的影响，对其通信链路可靠性、实时性、路径规划的自主性以及能量消耗的自适应性都提出了更高要求。因此，在无人机执行任务前，需评估无人机当前性能是否满足高原环DB 54/T 028820237图 2高原无人机预警流程境需求，及时做出调整。此外，无人机续航时间也是影响无人机任务是否能够顺利完成的主要因素，为避免无人机未完成任务出现低电量警告自主返航现象，设计低能耗的飞行计划是非常必要的。DB 54/T 028820238其中，在预警流程中，无人机宜根据操作人员任务需要执行以下两项特定功能：a)定点目标识别：对于静态目标，基于能耗最小原则规划无人机路线，进行定点目标拍摄及识别，并利用下行数据传输线，将获得的数据信息传回到地面指挥控制中心，中心对相关数据信息进行分析处理，判断目标当前活动状态是否满足触发预警条件，从而做出判决，实现预警提示。无人机完成任务后或者无人机处于低电量警告时，自主返航。b)动态目标跟踪：对于动态目标，基于能耗最小原则实现对动态目标的连续跟踪，并将获取的跟踪信息传回到地面指挥控制中心，中心对相关数据信息进行分析处理，判断目标当前活动状态是否满足触发预警条件，从而做出预警处置。无人机完成任务后或者无人机处于低电量警告时，自主返航。4.6高原无人机预警系统安全稳定性要求为保证系统能够安全稳定的运行，系统间模块通信及无人机飞行需满足下述要求。4.6.1通信要求4.6.1.1网络需求为了保证智能控制系统与无人机机载通讯单元的正常通讯，所在飞行区域需完全覆盖无线网络。4.6.1.2通信速率a)下行速率：不低于 5Mbps，满足高清图像和 4K 图像的无线传输和控制要求。b)上行速率：不低于 20Kbs，满足地面对无人机和载荷的实时控制要求。4.6.2飞行要求极端天气下执行飞行任务，会影响飞行的稳定性和无人机的飞行寿命，一些恶劣气象条件下不建议飞行，表 1 列举了恶劣气象需满足的条件。表 1恶劣气象条件气象条件地面风速14m/s降水10mm(24小时内)极寒大雪或霜冻能见度(沙尘影响)1000m强对流天气正在发生强对流，飞行区域有浓积云无人机执行飞行任务时，受高原稀薄空气影响，建议巡航高度如表2所示。表 2巡航高度要求飞行任务高度普通飞行40m至120m安全巡航75m至85m低空拍摄40m4.7高原无人机预警系统预警规范DB 54/T 0288202394.7.1无人机状态自检当执勤人员触发飞行指令后，无人机在收到指令短时间内进行设备自检，确认通信技术、检测技术、自主规划、电池状态是否符合相应指标，同时判断环境状态是否符合相应环境情况，从而确定无人机飞行任务。4.7.2飞行任务选择与起飞当无人机自检各类功能指标满足飞行时，无人机根据当前环境状态及地面执勤人员操作指令，确认飞行任务。无人机完成起飞动作，起飞时延控制在秒级内。飞行高度默认设置为80m，可根据实际需求进行飞行高度以及飞行速度的调整，飞行高度宜不低于40m且不高于120m。4.7.3定点目标识别3D无人机虚拟可视化沙盘系统中包含了高原地区各种复杂地形的三维建模，如森林、湖泊、草原、荒漠、雪山等。在虚拟仿真平台中，可模拟各种环境下的飞行状态，并为实际飞行计划做理论支撑。3D无人机虚拟可视化沙盘系统结合已有仿真数据，根据定点目标区域经纬度以及地形地貌信息，通过特定的算法分析，实现最优自主路径规划。高原地区因为其海拔高、温度低等特点，能耗较大，会影响无人机的续航时间，为保证无人机顺利完成预警任务，在路径规划中要考虑能耗的影响。如果无人机在自主飞行过程中出现突发或者意外情况，执勤人员需立即切换无人机的飞控模式，改为手动操控，执勤人员需拥有无人机操控技能。4.7.4动态目标跟踪无人机要具备摄像模块。要求无人机从空中跟随目标物时，通过摄像模块对目标当前所处的环境进行摄像操作，如拍照、录视频等。拍摄的信息在低时延高可靠的通信技术支撑下以直播推流的方式实时回传至3D无人机虚拟可视化沙盘系统并实时显示。通过无人机边缘计算以及地面控制站对回传信息进行特定分析处理，如快速检测算法，目标跟踪算法等，判断当前目标物所处的状况信息，若发现危险，无人机可执行预警处置，如撒网捕捉或警报提醒，达到预警效果。当无人机完成预警处置任务执行返航操作。若没有完成任务，可在根据回传信息实时调整无人机参数及飞行姿态，从而达到对无人机的控制。4.7.5无人机返航无人机返航包括两种情况：a)无人机完成飞行任务时，由地面执勤人员选择结束任务指令，无人机接收到结束指令后，将立即执行返航操作，返回至起始点。b)无人机电池低电量报警，低电量是指无人机在飞行过程中电池电量小于电池总电量的 20%时，不管无人机是否完成任务，无人机都将结束当前任务，并全速飞回起始点。因此，当无人机返航至起始点时，请及时对无人机充电或更换电池保证下一次飞行任务正常执行。无人机电池充电时，请保证温度在工作温度区间内，对刚执行完飞行任务的过热电池进行充电，会影响电池的使用寿命。参考文献1 GJB 5433 无人机系统通用要求2 GJB 6703 无人机测控系统通用要求3 GJB 6722 通用型无人机操作使用要求