【应用方案】工业级无人机安防行业应用通用方案

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1 工业级无人机安防行业应用通用方案 第一章 应用背景及意义 1.1 应用背景 党的十九大以来，随着全面依法治国实践的持续推进，扫黑除 恶专项斗争进入了战略攻坚期。党的十八届三中全会在《中共中央 关于全面深化改革若干重大问题的决定》中提出，创新立体化社会 治安防控体系，并将其纳入全面深化改革的重要内容。习近平总书 记作出了“要加快社会治安防控体系建设，依法打击和惩治黄赌毒黑 拐骗等违法犯罪活动，保护人民人身权、财产权、人格权”的重要指 示,12015 年 4 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于加强 社会治安防控体系建设的意见》，正式将立体化社会治安防控体系 建设上升到国家战略。 社会治安防控体系，作为一项系统性和长期性的重大工程,在互 联网技术迅速发展的今天显得尤为重要，构建立体化、智能化的治 安防控体系已然引起了全社会的普遍重视和高度关注。在此形势下， 无人机以一种全新的姿态引领着社会大众迈向互联网 3.0 时代，它 作为一种极具发展前景的战略性技术，已经逐渐进入到社会治安防 控领域。 2 当下，随着经济发展速度逐渐放缓，我国社会已经进入社会转 型期、改革攻坚期、主体多样期和矛盾复杂期，完善集防范不安因 子、打击违法犯罪、稳定治安秩序、提升防控能力等多项功能于一 体的立体化社会治安防控体系，是时代的强烈召唤和历史的必然选 择。而随着社会各阶层矛盾的不断激化和加重，全国各地的治安问 题呈爆发式增长，社会治安案件显著激增，在治安压力沉重的困境 下，治安监控的覆盖面难以到达全方位的要求，公安机关往往陷入 大不胜大、防不胜防的尴尬境地，投入大量公安警力也无法有效缓 解这一压力，甚至可能影响公安机关的办案质量，这对构建立体化 和智能化的治安防控体系带来了前所未有的挑战。 党的十八届四中全会《决定》指出，要建立和完善立体化社会 治安防控体系保障人民生命财产安全。立体化社会治安防控体系是 建立在警务现代化、公安智能化、执法规范化、防控立体化基础之 上的一种社会化防控体系。无人机凭借其日益小型化、轻型化的特 点，在治安防控领域发挥其极大的用武之地，它的出现无疑将为安 防部门的治安防控实践工作注入新的活力，在公安领域积极推广无 人机技术，这不仅可以有效监控公共场所的治安违法情况，保证出 警效率最大化，还将公安执法人员从繁重冗杂和高强度的低端执法 工作中解脱出来，为减轻警务压力，改善治安案件的处理质量，进 而构建立体化的社会治安防控体系提供了新的可能。 3 1.2 应用意义 构建立体化社会治安防控体系，强调的是防控优先，要不断提 高对各类风险隐患的预防和预警能力，真正做到虑之于未有、治之 于未乱、防范于未然。社会治安防控体系的构建就是要始终坚持防 为先、防为上，推动公安工作从被动应对向主动处置的有效转变。 而目前我国大多数地域的治安防控体系都是平面化的管理体系，都 是以在公共场所安装摄像头、安排社区民警轮班巡逻等措施来实现 社会治安的治理和管控的，这为预防、发现和及时处理社会治安问 题，及时做好社会风险防控带来了一定的阻碍。 无人机的出现和应用为打造以防范为目的的治安防控体系打开 了新的大门，它满足了人们对于更为便捷化和智能化的治安执法服 务的要求，实现治安执法能力和执法体系的现代化。公安部门借力 高效智能的无人机技术，解决社会安防问题，将是完善治安防控体 系建设的新趋势。 无人机高效地实施侦查、监控、跟踪、监测、巡检等任务，降 低人员风险，在治安防控、应急处突、反恐维稳等治安防控业务领 域具有重要应用价值，但由于起步较晚，我国目前的应用实践尚处 于初始阶段。此次笔者将结合无人机应用于其他领域的成熟经验， 充分发掘无人机在治安防控领域的应用潜力和发展前景，探索有益 于治安防控体系建设的新路径，以期实现治安体系建设的精细化、 智能化、高效化和立体化。 4 第二章 警用无人机城市安防需求分析及应用场景 2.1 城市治安防控现状 当前，随着人口的日益增多和科技的进步，各类违法犯罪活动 趋于增长，违法手段呈现出多元化复杂化的趋势。现阶段公安各警 种执法部门所辖区域面积大，执法过程中容易受地面交通影响，遇 到突发紧急案件容易出现人员不足、响应不及时的情况。现阶段的 执法取证、搜捕搜救、日常巡逻等业务尚以人工加车辆在地面依靠 传统的执法记录仪的形式完成，此模式不仅效率低，而且人力投入 大；地面视觉受限也会导致信息采集不全面的情况发生。 2.2 安防应用行业痛点 （1）各单位管辖区域面积大，人工巡查难度大 现阶段，各执法部门普遍存在辖区面积较大，日常人工巡逻效 率低、工作量大，执法部门不能及时发现各类潜在的违法犯罪行为， 不能有效的对犯罪分子形成强有力的震慑作用。 （2）应急案件处置，响应速度慢 5 当抢劫、暴恐袭击、火灾、地震、泥石流等紧急突发案件发生 时，仅仅依靠传统的地面出警方式往往会由于安全隐患、地理位置、 地面交通、视觉受限等客观因素的影响造成公安机关对案件的响应 速度和指挥部署速度，进而影响执法部门的执法力度。 （3）传统警务方式，难以适应社会发展需要 随着人口的增多、科技的进步，犯罪活动日益向复杂化、高科 技化发展，犯罪分子的作案手段也趋于快速化、多元化。制毒贩毒、 越狱、潜逃深山、驾车逃逸等违法犯罪活动常令公安机关执法人员 感到力不从心，执法效率远远跟不上犯罪效率，传统警务处置方式 难以适应社会发展的需要。 （4）无人机种类单一，无法满足公安业务需求 目前绝大部分所谓的“警用无人机”，还处于以航拍为主的初级阶 段，应用形式和应用场景非常简单。且目前的传统多旋翼无人机存 在着续航时间短、巡航半径小、载重能力弱等致命性弱点；而固定 翼无人机虽然续航时间长、作业半径大，无法在空中定点精准悬停 监控，起飞降落受空域限制。公安各警种由于业务的不同，需要采 集的信息也不相同，所以需要不同类型、不同大小的无人机及其载 荷搭配使用才能发挥综合应用的效果。 6 2.3 警用无人机应用场景 2.3.1 区域巡查 公安管理工作具有地域广、人员多、地形复杂等特点，在一些 突发事件或紧急状况下，由于现实变化快、数据更新不及时等原因， 要想立即得到现场的准确基础数据不容易。 无人机可以解决警力不足和巡逻任务繁重之间的矛盾，通过无 人机高频率大面积巡逻，以及配合日常宣传，营造警察在身边的宣 传氛围，形成天网恢恢的威慑态势，降低案发率，对于城市安全保 障及边境走私打击都有高效可靠的作用，维护社会持续稳定和正常 贸易。配合天网工程、雪亮工程，辖区内地面布满无死角的监控， 而无人机则是所有监控的制高点，在巡查过程中发现异常，可以随 时暂停前行，切换为盘旋观察，警情解除后又继续按线路继续巡逻。 2.3.2 反恐处置 随着暴力恐怖事件的发生，警务工作的重中之重是提高反恐应 急处置的能力，全面、精准的了解现场情况更是有效开展实战的前 提。无人机充分利用自身优势最快速度对现场区域进行全方位把控， 使指挥中心及时获取现场的相关数据，掌握现场事态发展，从而制 定作战方案，提高作战速度与实战效率。尤其是涉恐、涉爆、劫持 7 人质等情况时，可通过无人机将轻型武器送达到指定位置，协助现 场实战。 2.3.3 应急案件快速响应 火灾、爆炸、有毒气体泄漏等紧急案件现场环境恶劣，区域广 阔，能见度低，人员安全没有保障，所以很难派人进入，无法直接、 快速获得现场的数据资料，而且由于现场受到一定破坏后原始的数 据资料已不再可信。 当发生地震、火灾等自然灾害或群体性事件、重大刑事案件、 爆炸等严重危害公共安全事故时，操作人员根据接警指令在地面站 上操作发出控制指令，无人机即可利用其不受地面交通影响的机动 灵活性、快速性，从部署地迅速飞达目标区域，完成预设航线、自 主进行超视距飞行，第一时间将案发现场的视频、照片等数据采集 保存并通过网络实时传输至指挥中心，全程提供空中视角的情报支 持，便于指挥决策与减少牺牲。 2.3.4 高速巡查及路况监测 高速公路是全封闭设计，一旦高速公路突发交通事故，极有可 能伴随较长路段的拥堵，以及重大伤亡事件的发生。视频监控系统 8 快速配合医疗联动等应急救援系统，让决策者迅速判明情况、查明 原因、采取有效措施、做出正确指挥，让救援人员尽快赶往事故现 场。 图 2-1 高速公路路况巡查 无人机可快速响应、受天气的限制小、在第一时间到达事故现 场、采集现场数据，可以迅速发现占用应急车道、违章等情况，并 迅速把现场的情况传送到指挥中心、供决策者分析判断，帮助指挥 中心实施不间断指挥处理。 2.3.5 搜捕搜救 当发生人员失踪、驴友迷路或在山区、沙漠、密林等复杂地形 条件下执行搜捕搜救任务时，可利用无人机搭载红外热成像光电吊 舱进行长时间、大范围、持续性的空中快速搜寻。通过高空勘察， 9 能够精准定位被救援人员，探察事故现场状况，将事故现场画面通 过无人机传达到外界，将救援设备和物资通过无人机运输到事故现 场，及时止损。 图 2-2 在西岭雪山执行搜救任务 2.3.6 隐蔽监控取证 在侦察缉毒、暴恐、走私等案件时，既要监控取证又需要隐蔽 不被发现。尤其是复杂地形地貌下，易于犯罪份子长期隐蔽、难以 发现。无人机的全方位立体动态全景拍摄，让勘查无死角。因无人 机在巡航阶段噪音较小，100 米以上高度已很难听到声音。在一定高 度执行侦察任务时可避免声音及视觉暴露，完成隐蔽侦察及取证， 协助进一步侦破工作。 10 图 2-3 夜间高空隐蔽监控取证 2.3.7 热点监控 无人机可对会场空中监控，提供高清画面，并可以快速机动到 任何需要的区域上空，搜索发现地面可疑人员、车辆，提供强有力 的空中情报保障。将视频图像实时传输回指挥中心，指挥中心根据 无人机传输回的资料对现场实时掌控，一旦发现突发情况，无人机 可以第一时间发现，极大地提高了应急处理效率。 无人机另可飞抵事故目标区域上空对目标区域进行全方位不间 断的监控，为公安干警全面掌控事态提供了先决条件。警方可根据 无人机拍摄的资料对事故责任方进行举证，同时可以了解目标区域 的事件发展情况，及时形成相应的决策，防止事态失控。 11 图 2-4 赛事高空辅助监控 2.3.8 物资投放 在自然灾害救灾和应急搜救中，可能存在救援物资短缺、传统 交通无法到达的现象。此时无人机实时传回的视频对于指挥、决策 提供了宝贵依据，而物资抛投更是深入灾区运输药品等重要物资， 为挽救人民生命安全做出贡献。 利用无人机装配光电吊舱及抛投设备，携带紧急救援物资到达 指定区域，通过光电吊舱观察搜索目标准确位置，并选择最佳投放 位置，通过远程操控投放物资。不仅用于投放物资，也可实现对事 发点周围环境的观察，为后续救援队员提供可靠信息，以制定最佳 的救援方案。 12 图 2-5 抛投舱特写 2.3.9 PGIS 图像数据采集 垂起固定翼无人机飞行速度快、作业半径大、续航时间长，单 个架次的数据采集面积最高可达到 8 平方公里左右，可使用无人机 搭载高清数码相机完成 PGIS 系统的定期更新、基础数据的采集，这 些数据还可以用于大面积测绘和通过三维重建算法实现三维建模。 这很好的解决了传统的 PGIS 更新方法效率低、工作量大、数据不准 确、更新周期长的痛点。通过结合警务地理信息系统等警务情报系 统的大数据应用，对警力部署、区域管控、指挥、现场模拟、勘测 等工作很有帮助，为智慧警务提供强有力的支持。 13 图 2-6 PGIS 图像数据建模 2.3.10 重要区域三维建模 在例如火车站、核心商圈等重要区域利用无人机搭载倾斜摄影 光电吊舱对区域进行数据采集，通过软件进行后期制作，生成真三 维模型，有利于公安机关全面、清晰的掌握重要区域的地形情况， 便于在突发情况时快速部署警力，更好的指挥决策。 14 图 2-7 基于采集数据三维建模 第三章 安防解决方案设计 3.1 总体设计原则 公司规划的无人机城市立体安防解决方案按照“顶层设计、统一 标准、资源整合、系统集成、共建共享、分级维护”的原则，提升政 府通信协同能力、监测感知能力、常态管理能力和指挥决策能力， 满足城市安防管理中安防信息汇聚与整合、安防信息共享与服务、 治安演练与会商决策等核心需求，为客户安防管理提供协调一致的 体系化解决方案与应用平台支持。 以时间和空间为主线，以视频、图像、感知数据为线索和入口 ‘贯穿人车轨迹、人车特征、人车社会属性、人员身份、物、通联工 15 具、网安信息、情报信息、警综信息、社会面数据、互联网数据等， 进行数据多维碰撞挖掘和应用。 3.2 系统架构 立体安防解决方案以“云网端+场景 SaaS”架构为核心，通过端侧 多元化终端进行信息收集，并实时将数据通过安全网络传输至云端 进行处理，为不同客户场景提供 SaaS 服务，满足行业客户的多样化 应用需求。图木舒克立体安防策略不同于已有终端固定式安防解决 方案，结合静态、动态多元化终端进行全方位、立体空间化数据收 集和监控，并在数据查看和处理的基础上增加“后安防执行策略”，整 体提升行业客户的安防解决方案策略和服务内容。 图 3-1 立体安防技术架构 （1）系统功能规划 16 针对公安用户在应急、处突、维稳、反恐等方面的业务需求实 现包括空中视频巡查、目标自动发现、识别、定位、跟踪和分析， 实现警用无人机的集中高效管理。利用无人机+地面监控设备采集的 图像、音频、数据和地理信息，实时地进行集中融合、交互，实现 统一平台显示。一体化指挥调度中心根据集中融合的信息，统一指 挥、控制所有终端设备和政府各部门力量，实施统一指挥、控制下 的空地联合行动。 图 3-2 一体指挥调度中心实景 （2）系统过程设定 利用无人机结合公安防控应用系统，无人机空中实时视频监控 并传送相关画面或视频到移动指挥平台，后台系统根据相关视频或 画面进行智能识别和分析，汇总得出相关人员、车辆、现场与周边 情况，为指挥人员或相关领导提供警力部署、应急处理提供决策依 17 据和技术保障。同时，指挥人员或相关领导能通过大屏幕或平板电 脑、智能终端与下属相关警员进行视频通话或即时通讯，指挥人员 或领导还能实时了解或查看公安局辖区所属的警力实时分布图，如 警员动态分布（包括民警、便衣、协警、巡逻队等）、巡逻警车、 指挥车实时状态、警卫岗亭与派出所静态位置分布等。通过一体化 指挥调度中心统一指挥、控制空地联合行动，实现基于无人机的空 地一体化、网格化、智能化防控系统。 安防系统统根据不同的危情告警，启动相应的应急预案，能够 利用无人机实现自动引导地面人员到事件地点，执法人员通过同步 手机客户端被引导到现场进行执法。同时，系统将事发位置下发给 待命的无人机，无人机自动飞到事件现场位置进行视频监控、空中 取证、智能分析、预案处理等工作。 图 3-3 警务资源可视化 18 第四章 安防解决方案设计 4.2 EOP-40B 三轴双光吊舱 EOP-40B 是一款带测温功能的三轴机械增稳双光吊舱。它集成 了 640×512 高分辨率红外相机、1920×1080 高分辨率、30 倍光学 变倍可见光相机以及高稳定精度平台框架，能够在白天和夜间工作， 可出色完成巡检、安防和搜救等行业应用任务。该光电吊舱不仅可 以为用户提供极佳的可见光及红外图像，其内部还集成有三轴陀螺 稳像平台、视频输出以及图像视频存储等单元，可以轻松获取可见 光、红外图像数据。 19 项目 功能描述 性能参数 基本参数 吊舱重量 ≤1kg 尺寸 直径 130mm ，高 208mm 功耗 ≤20W 吊舱 类型 三轴机械增稳 俯仰范围 -120°~﹢90° 方位转角 360°*N 横滚范围 -60°~﹢60° 稳定精度 ±0.02° 跟踪模块 外置 动态定位精度 ≤30m 可见光相机 镜头 30X 光学变焦 分辨率 1920*1080 FOV 63.7°（广角端）to 2.3°（长焦端） 红外相机 像素 640*512 类型 非制冷型焦平面 8-14μm 镜头焦距 35mm 20 4.3 OPC-20A 倾斜相机 OPC-20A 倾斜摄影五镜头相机采用行业内最领先的一体成型结 构，通过优秀的外形结构设计和先进的制造工艺，打造出更专业的 五镜头相机。机身采用工业级别金属复合材料，具有结构强度大， 机体重量轻的特质，相机重量仅 1150g，相机能够在-10~45 摄氏度 的环境下正常工作。得益于特殊的制造材料和优秀的设计结构，相 机在抗电磁干扰、耐热、防水、抗摔、抗紫外线、防尘方面均有最 优异的表现，TYPE-C 接口数据读取方式在解决读取数据供电问题的 同时极大的提高了工作的效率。 21 项目 指标 CMO 数量 5 个 有效像素 4240 万，总 2.1 亿像素 传感器尺寸 全画幅（35.9*24 mm） 像元尺寸 4.5um 图像分辨率 7952*5 304 倾斜角度 45 度 存储容量 1280G 曝光方 飞控触发 22 式 曝光 曝光时 间 ≥1.3S 4.4 OCP-20D 正射相机 OCP-20D 是新一代全画幅量测型设备，拥有小巧轻便，稳定性 好，精度高的特性。OCP-20D 配置了低温防护模块，主动散热装置， 除湿装置。在低温，高温，湿热的环境下均可正常工作。 OCP-20D 设备参数 基础参数 产品重量 ≤400g 外观尺寸 134mm*77mm*87mm（不含挂载件） 23 存储容量 标配 128G 传感器参数 总像素 6100 万 像元尺寸 3.76um 传感器尺寸 35.7mm*23.8mm 光学参数 镜头焦距 标配 40mm（选配 35mm/56mm） 最近合焦距离 20m 镜头光圈 F5.6 功能参数 供电方式 DC（12-27V） 最小曝光间隔 ≤0.8s 控制方式 蓝牙/串口 触发方式 低电平/串口 调参方式 蓝牙 数据下载方式 SD 卡 附属参数 工作温度 -20℃-50℃ 工作湿度 ≤95% RH 配套功能 数据处理 Skyscanner（高级版） 24 4.5 GSL-30A 双屏地面站 GSL-30A 地面站上集成了地面站控制计算机、指令按键、操纵 杆、数据接口等 项 目 性能参数 尺寸 收纳状态包络尺寸：429×317×79mm 重量 7.4kg（含电池，不含电源适配器） 操作系统 Win10，支持 win7 /linux 液晶显示器 双电容屏，亮度 1000nits，1920x1080 分辨率，带触屏功 能 摇杆及按键 ① 左边 8 个自定义键，串口通信，自定义； ② 右边为数字 0~9 按键，用于快速输入； ③ 三个两轴摇杆，用于飞机和吊舱的方向调节控制； 25 ④ 1 个旋钮，用于客供内置设备的控制 触控笔 双屏配套 内存 8G DDR4 硬盘 1TB SSD 处理器 英特尔处理器，规格 i7-7700T，4 核 8 线程，2.9