前言
未来网联无人机包括六大部分:飞控系统,通信系统,导航系统、机载计算机系统、任务载荷系统以及安全飞行管理系统。如下图所示:
? 飞控系统,使网联无人机实现高可靠、稳定的飞行操作,并向智能化和微型化升级;
? 通信/导航系统,使得网联无人机具备低时延、大带宽超视距远程控制、路径规划、自主导航、集群飞行的能力;
? 安全飞行管理系统,具备认证、实时安全加密的能力;
? 任务载荷系统,载荷数据的实时联网传输、本地/云端系统的智能化分析能力;
? 机载计算机系统,使得网联无人机具备智能环境感知、智能识别以及能力开放的能力。网联无人机终端通信能力根据上述分析,未来的机载终端归纳为ABC 三类,以满足不同行业应用场景下需求: A类:保障安全飞行
B类:无人机远程超视距实时控制+保障安全飞行 C类:超大带宽,智能化分析 三类机载终端的主要功能规格如下:
三类机载终端主要功能规格表
5G应用案例
综述
5G具备的超高带宽、低时延高可靠、广覆盖大连接特性,与网络切片、边缘计算能力结合, 将进一步拓展无人机的应用场景,使能低空数字化经济。在国内,无人机结合5G的试点应用已经悄然起步。 VR直播
在过往五年中,VR业内公司一直在尝试VR 直播在综艺娱乐和体育直播的落地应用可行方案,但因4G网络环境的带宽限制无法满足高清VR视频的传输,即使用于内容采集的VR摄像机,拥有超清VR视频采集和直播能力的情况下,用户终端的观看体验仍然欠佳,导致VR直播应用发展缓慢。随着5G时代的来临,这一现状将彻底改变,5G网络可实现上行单用户体验速率100Mbps 以上,空口时延10ms,将使得VR直播更加流畅、更加清晰、用户体验更优。
无人机通过挂载在无人机机体上的360度全景相机进行视频拍摄,全景相机通过连入5G网络的CPE将4K全景视频通过上行链路传输到流媒体服务器中,用
户再通过VR眼镜、PC从该服务器拉流观看。
2018年5月,搭载5G通信技术模组的无人机在上海虹口北外滩,成功实现了一场基于5G网络传输叠加无人机全景4K高清视频的现场直播。同年5月, 5G之城用户在展厅戴上VR眼镜后可以实时----杭州也实现了基于5G的无人机全景直播,
看到无人机在浙大玉泉校区拍摄到的4K全景视频。上海与杭州的5G直播试验都验证了5G与4G 网络相比,5G图像更为清晰,画面播放也更加流畅。远端VR观看无晕眩感,能够更好地实现身临其境的效果。 城市、园区安防
在安防场景中,需要无人机实现高清视频实时传输、远程控制等功能,这些功能都需要通过网络连接来支撑。具体来说,无人机安防监控的典型网络需求包括:实时视频传输(多路)、飞行状态监控、远程操控以及网络定位在传输速率方面,当前安防业务通常使用1080P视频实时传输,随着安防业务对视频清晰度要求的逐渐提升,需要实现4K、8K高清视频的实时传输,对5G网络提出上行30-120Mbps的传输速率需求,时延方面,在未来远程操控时延要求100ms以下,对应的无线网络侧时延要求约为20ms,对未来网络建设能力提出更高要求。
5G网络的大带宽、低时延实时视频流回传至控制中心,融合AI深度学习能力,快速视频分析实现多手段的目标锁定及实时跟踪监控,控制中心能通过5G网络向无人机飞行控制系统发送控制指令,极大地提升传统无人机用于安防场景
的效率。 方案实现示意图如下:
无人机与5G结合实现多种功能,达到全方位无死角的安防布控: 一是控制中心人员通过VR眼镜的4K高清视频呈现实时观看和与地面安防设备的同步联动, 优势互补,最大化安防场景能力;
二是控制中心人员通过VR眼镜、PAD等地面控制终端经由5G网络远程控制无人机机载摄像头的转向、无人机的飞行状态及路线,进一步追踪锁定目标;
三是无人机对突发安防场景问题的预判以及自动识别的目标实现进行自动跟踪。
通过智能无人机飞行平台以及5G蜂窝网络能力的有效引入,促进了传统安防产业像天地一体化协同作战的方向转型以及多场景安防能力的智慧升级,必将作为一种新型的安防解决方案模式得到更加广泛的应用,从而促进传统安防服务商的智慧升级,从而带到整个产业的发展。 高清直播
在我国雄安新区第一栋地标性建筑“市民中心”的建设过程中,无人机的高清视频直播提供了从空中俯瞰的实时画面,为近距离观察市民中心建设情况提供了极大的便利。雄安新区的另外一个重要景观-白洋淀,无人机的高清直播可以把白洋淀的风景实时传到20km之外的市民中心临时指挥部。视频直播采用专业级航拍无人机,支持实时回传1080P30帧高清视频,通过与之相连的5G TUE,将高清视频信号通过5G网络传输,供远在市民中心的参观者观赏。
整套系统要求空对地通信带宽不低于50Mbps,屏到屏业务延时不超过60ms,每路地对空通信带宽不低于1Mbps,控制业务延时不超过20ms。借助于5G网络的低延时大带宽的eMBB 业务,和超低延时超高可靠性的URLLC业务,可以实现更优质的用户体验。
基于5G的无人机高清直播示意图
电力巡检
电力设备中输电线路一般位于崇山峻岭、无人区居多,人工巡视检查设备缺陷的效率较低, 因蛇、虫、蚁等小动物咬伤员工的事件也屡见不鲜;另外,输电铁塔、导线、绝缘子等设备位处高空,应用无人机巡查,既能避免高空爬塔作业的安全风险,亦可以360°全视角查看设备细节情况,提高巡视质量。而当前的4G网络只能支持1K的图传,对于某些细节检查,视频和图片的清晰度明显不足,而5G网络可实现上行单用户体验速率100Mbps以上,空口时延10ms,将使得实时视频更加流畅、更加清晰、巡查效果更优。
多旋翼无人机可分别或者组合搭载高清变焦相机、红外相机、夜视相机、激光雷达等多种传感器,传感器通过连入5G网络的CPE将视频流通过上行链路传输到流媒体服务器中,用户再通过PC从该服务器拉流观看巡查,实现电力线巡