1 倾转旋翼无人机关键指标
1.1 性能指标

  起飞重量根据倾转旋翼无人机的翼展大小来确定,目前市场上倾转旋翼无人机的一般起飞重量为5~10 kg,除去自身设备重量,最大载荷可达5 kg。最大飞行速度为160 km/h,巡航速度一般可达110 km/h,飞行时间可达90 min,巡航距离可达160 km,抗风能力可达6级,百公里刹车距离最小为20 m,便于在快速巡检中急停锁定并观察目标。

1.2 搭载巡检设备

  所搭载的巡检设备应安装在高精度的三轴陀螺稳定云台上,可以主动抵消飞行带来的抖动。巡检设备应包括:具有夜视功能的高速摄像机,可全天候对铁路进行巡检;GPS卫星定位系统,用于设定航线和标定障碍物地理坐标;高清无线图像传输系统,可以将图像传输到地面巡检人员处;语音系统,可以进行语音广播。

1.3 功能特性

  倾转旋翼无人机应实现地图规划航线、一键起飞、自动变体、自动识别障碍物、定点自动降落、低电压自动返航、故障导向安全等功能。

2 无线LoRa网络设备的关键指标 

  无线LoRa网络设备的关键指标:1)传输距离:高达157 dB的链路预算使其通信距离可达15 km;2)接收电流仅10 mA,睡眠电流200 nA,大大降低了能源的消耗;3)基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理,系统容量大;4)可解调低于20 dB的噪声,抗干扰能力强;5)LoRa网络设备各个节点既可以作为发射设备,也可以作为接收设备,易于建设和部署。

3 系统总体方案设计
3.1 轨道巡检方案设计

  系统总体方案设计如图1所示,系统包括搭载车载LoRa网络设备的列车、地面巡检人员及LoRa网络设备手持机、搭载LoRa网络设备和巡检设备的倾转旋翼无人机。

  系统工作流程:地面巡检人员对搭载LoRa网络设备和巡检设备的倾转旋翼无人机设定航线和起飞高度,倾转旋翼无人机垂直起飞,达到起飞高度后旋翼进行倾转,变为固定翼模式飞行。巡检设备将自动识别铁路上的障碍物,一旦发现障碍物,倾转旋翼无人机由固定翼模式变为旋翼模式,并在障碍物上空停留,对现场做细致观察分析。确认险情后,利用GPS卫星定位系统获取当前倾转旋翼无人机的地理坐标即障碍物的地理坐标,并将该地理坐标通过LoRa网络设备进行无线信号广播,提醒距离该无人机15 km范围内的列车和地面巡检人员注意险情。地面巡检人员收到广播信号后,可以通过无线图像传输,得到险情现场图像,进一步了解险情,做出应对措施。

3.2 抢险救灾方案设计

  当列车行驶过程中遇到灾情时,地面指挥人员可立即派出一架搭载LoRa网络设备和巡检设备的倾转旋翼无人机迅速飞到灾情现场,对现场情况进行快速侦测,并建立范围为15 km的无线LoRa网络。为了减小能量消耗,地面指挥人员可以根据倾转旋翼无人机发回的现场图像,选择合适的位置让倾转旋翼无人机降落。地面指挥人员利用无线LoRa网络指挥救援人员进行抢险救灾,有序的指挥可以极大提高救援效率。倾转旋翼无人机搭载的语音设备还可以提供语音广播。为了扩大网络覆盖范围,还可以多派出一些搭载LoRa网络设备和巡检设备的倾转旋翼无人机作为网络中继。抢险救灾方案如图2所示。

4 结语

  倾转旋翼无人机在无人机轨道巡检和抢险救灾中具有不可比拟的优势,可以实现垂直起降,不受场地限制,可以高速巡检,定点悬停。搭载有无线LoRa网络设备的倾转旋翼无人机可以实现无线自动组网,对LoRa网络范围内的列车和巡检员进行无线广播报警,可以对灾情现场进行快速侦测,并可以迅速搭建大范围的无线通讯网络,因此搭载有无线LoRa网络设备的倾转旋翼无人机在未来的应用前景巨大。

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