本發(fā)明涉及無人機應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無人機的野外指揮系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，小團體野外行動存在以下五個突出矛盾問題：
一是看不清、看不見。野外行動經(jīng)常需面對高山、森林、河流等復(fù)雜、生疏地形，高溫、高濕、蛇蟲多等惡劣環(huán)境，而且前方各種情況不明，存在一定的安全威脅；人員前出搜索、探查十分困難，范圍也有限，手繪現(xiàn)地地形不準(zhǔn)確，費時費力，而且還有生命危險，甚至由于懸崖、塌方等情況根本無法實施偵察；野外行動指揮員只能聽取偵察人員的描述，很難形成形象的感性認(rèn)識，就算是有地圖，也不夠直觀，與現(xiàn)地很難精確對應(yīng)，個別由于經(jīng)濟大開發(fā)，現(xiàn)地地形發(fā)生了巨大的變化，指揮員對任務(wù)地形很難全面掌控，人員在實際展開行動過程中，由于環(huán)境的阻隔，指揮員無法實時監(jiān)控人員作業(yè)情況，遇到疑難問題很難到點查看、指導(dǎo)，這對指揮員作出準(zhǔn)確的判斷，實施有效的指揮造成很大困擾。
二是聯(lián)不好、聯(lián)不上。野外行動經(jīng)常需深入衛(wèi)星、手機信號較差或覆蓋不到的地域，面臨因突發(fā)事件或自然災(zāi)害不可抗拒力量損毀通信基礎(chǔ)設(shè)施等行動背景，野外行動通信組網(wǎng)難以及時有效展開，通信要素之間互連互通方式易受到野外地形制約和影響，逐漸成為了野外行動通信中亟待解決的難點和熱點問題，目前野外行動通信主要還是以無線通信為主，通過短波和超短波無線電臺、小型對講機等實現(xiàn)，通信距離受限，受地形阻隔、干擾影響很大，可靠性差，經(jīng)常聯(lián)不好，甚至聯(lián)不上，而且缺乏多節(jié)點實時溝通協(xié)調(diào)，調(diào)度難度大，極大地制約了信息實時傳遞，尤其是給指揮員帶來一定的決策困難和影響。
三是人員無法精確定位。野外行動展開作業(yè)后，由于地形、環(huán)境復(fù)雜，人員所處地域、執(zhí)行任務(wù)相對獨立，相互支援、照應(yīng)困難，指揮員不清楚所屬人員的具體位置，相互之間的距離，當(dāng)個別人員遇到較大困難問題或無法完成所擔(dān)負(fù)任務(wù)時，很難進行科學(xué)合理的指揮調(diào)度，確保行動任務(wù)及時、高效地完成；當(dāng)人員發(fā)生危險時無法第一時間精確到點實施救援，人身安全難以得到可靠保障，造成不可估量的損失。
四是指揮指令上傳下達問題多，實時性、準(zhǔn)確性差。當(dāng)前，野外行動時指揮員的指令主要通過無線電臺或?qū)χv機語音通話，視距范圍內(nèi)手勢、指揮旗、燈光等方式傳遞，受地形、環(huán)境、天候影響很大，指揮距離近，直觀性差，容易因聽（看）不清、聽（看）不到造成指令理解錯誤或遺漏，人員的反饋信息無法及時傳遞給指揮員，導(dǎo)致指揮指令不能及時、準(zhǔn)確地進行上傳下達，野外行動無法科學(xué)、有序、精準(zhǔn)、可靠地組織實施，行動任務(wù)無法及時、順利地完成。
五是無法實時、準(zhǔn)確地掌控行動態(tài)勢。野外行動展開，人員分散獨立執(zhí)行任務(wù)，受地形、環(huán)境的嚴(yán)重制約，指揮員對行動的整體態(tài)勢無法全盤、直觀地掌控，指揮員的能力素質(zhì)強，才有可能進行科學(xué)、合理、有效、及時地調(diào)度，否則，整個行動將一片混亂。后方上級領(lǐng)導(dǎo)對野外行動態(tài)勢、行動進度、任務(wù)完成情況等更是一無所知，無法準(zhǔn)確地分析研判，合理進行決策部署。
因此，急需能有效解決以上問題的適用于小團體野外行動，尤其是完成急、難、險、重任務(wù)的野外指揮平臺。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于無人機的野外指揮系統(tǒng)，實在、管用，適用于小團隊野外行動指揮。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種基于無人機的野外指揮系統(tǒng)，其包括無人機、地面指揮工作站、無線指揮前端設(shè)備；所述無人機、地面指揮工作站和無線指揮前端設(shè)備兩兩之間以及無線指揮前端設(shè)備之間通過無線網(wǎng)橋連接，所述無人機上還設(shè)有與無人機的控制器相連接的圖像獲取設(shè)備和電臺中繼設(shè)備，圖像獲取設(shè)備采集行動區(qū)域圖像數(shù)據(jù)，電臺中繼設(shè)備用于地面指揮工作站與無線指揮前端設(shè)備之間以及無線指揮前端設(shè)備之間的短波或超短波的轉(zhuǎn)接通信；
所述地面指揮工作站控制無人機的工作，地面指揮工作站獲取無人機的采集的行動區(qū)域圖像數(shù)據(jù)和無線前端指揮設(shè)備的反饋信息形成行動態(tài)勢圖，指揮人員通過地面指揮工作站向無線指揮前端設(shè)備發(fā)送行動態(tài)勢圖以及指揮命令；
所述無線指揮前端設(shè)備配備于每個野外行動人員，無線指揮前端設(shè)備接收地面指揮工作站的行動態(tài)勢圖和指揮命令，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為反饋信息實時發(fā)送至地面指揮工作站。
進一步地，所述無人機為多旋翼無人機。
進一步地，所述圖像獲取設(shè)備包括航拍云臺和高清相機。
進一步地，所述地面指揮工作站包括無人機控制器、控制主機、指令發(fā)送設(shè)備和音視頻設(shè)備，指揮人員通過無人機控制器控制無人機工作，控制主機對無人機采集行動區(qū)域圖像數(shù)據(jù)進行處理并結(jié)合無線指揮前端設(shè)備的反饋信息形成行動態(tài)勢圖，音視頻設(shè)備播放每個野外行動人員的現(xiàn)場音視頻，指揮員通過指令發(fā)送設(shè)備發(fā)送指揮命令至無線指揮前端設(shè)備。
進一步地，所述指令發(fā)送設(shè)備包括頭戴耳麥和語音文字轉(zhuǎn)換器，頭戴耳麥獲取指揮員的帶指揮命令的語音數(shù)據(jù)，所述語音文字轉(zhuǎn)換器將帶指揮命令的語音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為帶指揮命令的文字信息發(fā)送至無線指揮前端設(shè)備，無線指揮前端設(shè)備接收并顯示帶指揮命令的文字信息。
進一步地，所述反饋信息包括工作狀態(tài)信息、現(xiàn)場音視頻、無線指揮前端設(shè)備的位置信息。
進一步地，所述無線指揮前端設(shè)備包括前端處理器、前端輸入輸出設(shè)備和存儲器，前端輸入輸出設(shè)備和存儲器連接前端處理器并由前端處理器控制運行，所述前端輸入輸出設(shè)備包括攝像頭、麥克風(fēng)、按鍵板、音頻輸出設(shè)備和顯示器。
進一步地，所述前端處理器為STM32處理器，所述音頻輸出設(shè)備包括耳機和揚聲器，所述麥克風(fēng)配套設(shè)于耳機上。
進一步地，所述無人機和地面指揮工作站均配備有無線數(shù)傳模塊，無人機與地面指揮工作站還可經(jīng)由無線數(shù)傳模塊進行數(shù)據(jù)傳輸。
進一步地，所述地面指揮工作站通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)于后方的指揮中心。
本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，充分發(fā)揮小型多旋翼無人機費用低、機動靈活、用途廣泛等特點，從空中實施一定范圍的立體、實時偵察監(jiān)視，搭載設(shè)備實現(xiàn)通信聯(lián)絡(luò)自組網(wǎng)，打造點對點、點對多點的獨立音視頻、圖文傳輸網(wǎng)絡(luò)，并且完成無線通信的中繼拓展，深度開發(fā)行動信息實時共享，行動態(tài)勢一圖展示，指揮指令音視頻、圖文傳送等功能，尤其適用于衛(wèi)星、手機信號較差或覆蓋不到的地域和因突發(fā)事件或自然災(zāi)害不可抗拒力量損毀通信基礎(chǔ)設(shè)施等行動背景，實現(xiàn)野外行動偵察搜索、通信聯(lián)絡(luò)和指揮控制的一體化、自動化，能夠大大提高現(xiàn)場情況收集的準(zhǔn)確性、行動組織的科學(xué)性、指揮實施的時效性，全面、直觀地掌控行動進度，及時、合理地處置各種突發(fā)情況，確保野外行動任務(wù)的圓滿、順利完成。
附圖說明
以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明；
圖1為本發(fā)明一種基于無人機的野外指揮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明公開一種基于無人機的野外指揮系統(tǒng)，其包括無人機、地面指揮工作站、無線指揮前端設(shè)備；所述無人機、地面指揮工作站和無線指揮前端設(shè)備兩兩之間以及無線指揮前端設(shè)備之間通過無線網(wǎng)橋連接，無線網(wǎng)橋采用ST58T8G，可以實現(xiàn)5－8公里遠距離點對點和點對多點最高300M帶寬的數(shù)字無線傳輸，工作于5GHz頻段，可實現(xiàn)視頻、音頻、控制等多媒體網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流。
所述無人機上還設(shè)有與無人機的控制器相連接的圖像獲取設(shè)備和電臺中繼設(shè)備，圖像獲取設(shè)備采集行動區(qū)域圖像數(shù)據(jù)，電臺中繼設(shè)備用于地面指揮工作站與無線指揮前端設(shè)備之間以及無線指揮前端設(shè)備之間的短波或超短波的轉(zhuǎn)接通信；所述短波或超短波使用軍用超短波、短波電臺發(fā)送，軍用超短波、短波電臺可裝配保密模塊，在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)中擔(dān)負(fù)重要的保密通信聯(lián)絡(luò)任務(wù)，是完成好作戰(zhàn)任務(wù)的重要支撐。通過無人機在空中搭載中繼設(shè)備，有效解決在野外復(fù)雜、多變的惡劣環(huán)境中，軍用電臺的通信信號受到很大的干擾，受地形阻隔影響極大，通信距離大大減小，甚至完全中斷的問題。進一步地，中繼設(shè)備分有源和無源兩種，有源中繼設(shè)備成本高昂、耗電量大、維護困難，搭載中無人機上將明顯加速電池消耗、大大縮短其續(xù)航時間，本實施例中，可以優(yōu)選無源中繼設(shè)備，不需要電池供電、成本低、無需維護。無源全向天線用于發(fā)射接收短波、超短波無線電信號，可實現(xiàn)軍用電臺的空中中繼，大大提高其通信距離及通話質(zhì)量。
所述地面指揮工作站控制無人機的工作，地面指揮工作站獲取無人機的采集的行動區(qū)域圖像數(shù)據(jù)和無線前端指揮設(shè)備的反饋信息形成行動態(tài)勢圖，指揮人員通過地面指揮工作站向無線指揮前端設(shè)備發(fā)送行動態(tài)勢圖以及指揮命令；通過建立的野外行動態(tài)勢圖，直觀標(biāo)示各個野外行動人員的精確位置、行動狀態(tài)，指揮員可按需查看或輪播各個成員的現(xiàn)場音視頻，并根據(jù)具體情況向各個野外行動人員發(fā)布指揮命令。
所述無線指揮前端設(shè)備配備于每個野外行動人員，無線指揮前端設(shè)備接收地面指揮工作站的行動態(tài)勢圖和指揮命令，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為反饋信息實時發(fā)送至地面指揮工作站。
進一步地，所述無人機為多旋翼無人機。
進一步地，所述圖像獲取設(shè)備包括航拍云臺和高清相機。
進一步地，所述地面指揮工作站包括無人機控制器、控制主機、指令發(fā)送設(shè)備和音視頻設(shè)備，指揮人員通過無人機控制器控制無人機工作，控制主機對無人機采集行動區(qū)域圖像數(shù)據(jù)進行處理并結(jié)合無線指揮前端設(shè)備的反饋信息形成行動態(tài)勢圖，音視頻設(shè)備播放每個野外行動人員的現(xiàn)場音視頻，指揮員通過指令發(fā)送設(shè)備發(fā)送指揮命令至無線指揮前端設(shè)備。
進一步地，所述指令發(fā)送設(shè)備包括頭戴耳麥和語音文字轉(zhuǎn)換器，頭戴耳麥獲取指揮員的帶指揮命令的語音數(shù)據(jù)，所述語音文字轉(zhuǎn)換器將帶指揮命令的語音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為帶指揮命令的文字信息發(fā)送至無線指揮前端設(shè)備，無線指揮前端設(shè)備接收并顯示帶指揮命令的文字信息。平常的帶指揮命令的語音數(shù)據(jù)如果直接發(fā)送至野外行動人員，野外行動人員容易因聽（看）不清、聽（看）不到造成指令理解錯誤或遺漏，從而嚴(yán)重影響任務(wù)的有效執(zhí)行。語音文字轉(zhuǎn)換器，例如IBM ViaVoice語音識別輸入系統(tǒng)，能建立數(shù)據(jù)庫對語音進行修正，具有較強的學(xué)習(xí)功能，輸入速度甚至可以達到150字/秒，真正達到出口成章，指揮員通過一段時間的使用、積累，系統(tǒng)所建立的個人語音模型會越來越完備，可將其指揮指令準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)文字，并輸出至存儲文件，無線指揮前端設(shè)備只需要提取文件中的文字，即可實現(xiàn)指揮指令文字化下達，使得指令下達更加準(zhǔn)確、直觀。
進一步地，所述反饋信息包括工作狀態(tài)信息、現(xiàn)場音視頻、無線指揮前端設(shè)備的位置信息。
進一步地，所述無線指揮前端設(shè)備包括前端處理器、前端輸入輸出設(shè)備和存儲器，前端輸入輸出設(shè)備和存儲器連接前端處理器并由前端處理器控制運行，所述前端輸入輸出設(shè)備包括攝像頭、麥克風(fēng)、按鍵板、音頻輸出設(shè)備和顯示器，攝像頭、麥克風(fēng)通過I/O口連接前端處理器。所述按鍵板用于工作狀態(tài)的選擇，主要分為情況正常、到達指定地域、完成任務(wù)、無法完成、需要援助、有生命危險、其他異常情況等7種，也可由觸摸屏完成，主要用于成員上報行動情況。無線指揮前端設(shè)備可達成上傳現(xiàn)場音視頻、報告工作狀態(tài)、接收指揮員指令、查看行動態(tài)勢及其他成員情況等功能。
進一步地，所述前端處理器為STM32處理器，所述音頻輸出設(shè)備包括耳機和揚聲器，所述麥克風(fēng)配套設(shè)于耳機上，所述耳機通過I/O口連接前端處理器，所述揚聲器連接前端處理器。
進一步地，所述無人機和地面指揮工作站均配備有無線數(shù)傳模塊，無人機與地面指揮工作站還可經(jīng)由無線數(shù)傳模塊進行數(shù)據(jù)傳輸。
進一步地，所述地面指揮工作站通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)于后方的指揮中心。
下面詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體的工作流程：
位于地面指揮工作站的無人機操縱手或者指揮員操作無人機，懸停于野外行動區(qū)域的上空，通過無人機機載的圖像獲取設(shè)備從空中對野外行動區(qū)域地形、地物進行航拍，高清圖像通過通信鏈路傳至地面指揮工作站，地面指揮工作站轉(zhuǎn)換成正射影像產(chǎn)品，作為形成行動態(tài)勢圖的基礎(chǔ)。通過無人機搭載無源中繼設(shè)備，實現(xiàn)超短波、短波電臺信號的中繼，用于軍用電臺的通信中繼，解決因復(fù)雜地物造成的信號差，甚至信號中斷。
野外行動人員分別配備一套無線指揮前端設(shè)備并進入野外行動區(qū)域分散行動，通過無線指揮前端設(shè)備的前端輸入輸出設(shè)備中的麥克風(fēng)和耳機等實現(xiàn)語音通信，并通過前端輸入輸出設(shè)備中的攝像頭實時采集行動的現(xiàn)場畫面直接或者通過無人機中繼傳輸至地面指揮工作站，野外行動人員通過無線指揮前端設(shè)備中的顯示器獲取并看出野外行動整體態(tài)勢圖和指揮員發(fā)布的指揮命令，還可通過按鍵板反饋該野外行動人員當(dāng)前的工作狀態(tài)。由于無人機、地面指揮工作站及每個無線指揮前端設(shè)備均配備有無線網(wǎng)橋，每次數(shù)據(jù)通信均在兩個或多個無線網(wǎng)橋間進行（即：點對點或點對多點傳輸方式），接收端及發(fā)射端的信號強度指示RSSI值可通過無線網(wǎng)橋控制命令得到，以地面指揮工作站、無人機為錨點，通過RDGC-TCL 算法可得到未知節(jié)點（即各個無線指揮前端設(shè)備）的精確坐標(biāo)，并將每個無線指揮前端設(shè)備實時反饋至地面指揮工作站。
地面指揮工作站的控制主機獲取無人機以及無線指揮前端設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過GIS技術(shù)，建立野外行動整體態(tài)勢圖，直觀標(biāo)示各個成員的精確位置、行動狀態(tài)，指揮員可按需查看或輪播各個成員的現(xiàn)場音視頻，地面指揮工作站的控制主機自動計算出各個節(jié)點間的準(zhǔn)確距離，為指揮員實施科學(xué)調(diào)度提供依據(jù)；
本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，充分發(fā)揮小型多旋翼無人機費用低、機動靈活、用途廣泛等特點，從空中實施一定范圍的立體、實時偵察監(jiān)視，搭載設(shè)備實現(xiàn)通信聯(lián)絡(luò)自組網(wǎng)，打造點對點、點對多點的獨立音視頻、圖文傳輸網(wǎng)絡(luò)，并且完成無線通信的中繼拓展，深度開發(fā)行動信息實時共享，行動態(tài)勢一圖展示，指揮指令音視頻、圖文傳送等功能，尤其適用于衛(wèi)星、手機信號較差或覆蓋不到的地域和因突發(fā)事件或自然災(zāi)害不可抗拒力量損毀通信基礎(chǔ)設(shè)施等行動背景，實現(xiàn)野外行動偵察搜索、通信聯(lián)絡(luò)和指揮控制的一體化、自動化，能夠大大提高現(xiàn)場情況收集的準(zhǔn)確性、行動組織的科學(xué)性、指揮實施的時效性，全面、直觀地掌控行動進度，及時、合理地處置各種突發(fā)情況，確保野外行動任務(wù)的圓滿、順利完成。