DB54T 0288-2023高原地區(qū) 無人機預(yù)警系統(tǒng)基本要求

ICS35.240CCSV0054IDB54/T0288—2023前言 42規(guī)范性引用文件 43術(shù)語和定義 44高原無人機預(yù)警系統(tǒng)功能和工作流程的一般要求 54.1工作目標(biāo) 54.2系統(tǒng)組成 54.3高原型旋翼無人機基本要求 64.4高原地區(qū)無人機預(yù)警系統(tǒng)功能要求 64.5高原無人機預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警流程要求 64.6高原無人機預(yù)警系統(tǒng)安全穩(wěn)定性要求 84.7高原無人機預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警規(guī)范 8參考文獻 9DB54/T0288—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由西藏大學(xué)提出，西藏自治區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化研究所歸口。本文件起草單位：西藏大學(xué)、電子科技大學(xué)。本文件主要起草人：董志誠、楊陽、謝寧、汪政、趙婧、杜鎮(zhèn)江、劉志韜。DB54/T0288—2023近年來，國家安全尤其是對于邊疆的守衛(wèi)越來越被人們重視，國土廣闊但人力資源缺乏的問題已顯得尤為突出。向科技要警力、向科技要戰(zhàn)斗力已經(jīng)成為業(yè)界內(nèi)部的一個共識。通過結(jié)合多種技術(shù)手段，實現(xiàn)對有針對性的異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的深層關(guān)系挖掘和利用，為邊防感知任務(wù)提供更精確的信息，確保對可疑目標(biāo)、恐怖事件及群體行為的準(zhǔn)確識別，實現(xiàn)精準(zhǔn)的反恐實戰(zhàn)化預(yù)警及處置。西藏地區(qū)地形復(fù)雜，高原山地氣候，垂直分布，一定高度內(nèi)濕度大、降水多、山地上部風(fēng)力大；另一方面，草原、荒漠無人區(qū)幅員遼闊，環(huán)境惡劣、晝夜溫差大，電力、通信支撐不足或部署成本過高。在復(fù)雜多樣的自然環(huán)境下，災(zāi)情易發(fā)、邊防治安難以管控。無人機系統(tǒng)以其機動性強、安全性高等特點，已廣泛應(yīng)用于警用、公安、消防、反恐、救援等領(lǐng)域；通過航拍監(jiān)控、高空喊話、定點拋投、人臉識別、通訊中繼、全景成像等手段，實現(xiàn)二維平面到三維立體的動態(tài)管控。無人機一般是指無人駕駛，自主推進，由無線電遙控或自身程序控制，利用空氣動力承載飛行并可回收重復(fù)使用的飛行器。高原地區(qū)環(huán)境條件復(fù)雜，存在海拔高、能見度低、地勢起伏變化大、物體目標(biāo)相對較小或隱蔽等問題，所以直接復(fù)用現(xiàn)有固定式攝像頭遠遠達不到在高原復(fù)雜環(huán)境對目標(biāo)的精準(zhǔn)定位、檢測與追蹤。因此在這個條件下，無人機將能提供更合適的解決方案。此外，無人機也會面臨高原惡劣的環(huán)境，如大風(fēng)，高寒等，這會極大的影響無人機的飛行。經(jīng)過調(diào)查研究，本文件針對以上提到的一些問題，制定了在高原環(huán)境下，無人機的預(yù)警處置規(guī)范。4DB54/T0288—2023高原地區(qū)無人機預(yù)警系統(tǒng)基本要求本文件規(guī)定了高原地區(qū)無人機預(yù)警系統(tǒng)的環(huán)境要求、功能要求、預(yù)警流程、預(yù)警規(guī)范等內(nèi)容。本文件適用于海拔2000m以上至5000m地形地貌多樣復(fù)雜的高原區(qū)域工作的、最大起飛重量在10kg以內(nèi)的旋翼式無人機預(yù)警系統(tǒng)與其處置規(guī)范設(shè)計、使用等過程。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T20626.1-2017特殊環(huán)境條件高原電工電子產(chǎn)品第1部分：通用技術(shù)要求GB/T38931民用輕小型無人機系統(tǒng)安全性通用要求CH/Z3001無人機航攝安全作業(yè)基本要求CH/Z3002無人機航攝系統(tǒng)技術(shù)要求GA/T1411.1警用無人駕駛航空器系統(tǒng)第1部分：通用技術(shù)要求3術(shù)語和定義GB/T20626.1-2017、GB/T38931、CH/Z3001、CH/Z3002和GA/T1411.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。為了便于使用,以下重復(fù)列出了GB/T20626.1-2017、GA/T1411.1中的某些術(shù)語和定義。3.1多旋翼無人機multi-axisunmannedaircraft具有3個及以上旋翼，能垂直起降、自由懸停的無人駕駛航空器。[來源：GA/T1411.1，定義3.5]3.2控制站controlstation用于實現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃、鏈路控制、飛行控制、載荷控制、航跡顯示、參數(shù)顯示、圖像顯示和載荷信息顯示以及記錄和分發(fā)等功能的設(shè)備。3.3常規(guī)型無人機unnamedaircraftforgeneral使用條件為海拔2000m以下的無人駕駛航空器。3.4高原型旋翼無人機multi-axisunmannedaircraftforplateau在常規(guī)無人機的基礎(chǔ)上，針對高原環(huán)境條件進行調(diào)整、改進或設(shè)計，使其適用于海拔2000m及以上的多旋翼無人機。5DB54/T0288—20233.5高原復(fù)雜環(huán)境三維(3D)可視化無人機預(yù)警系統(tǒng)three-dimensional(3D)visualizationUAVearlywarningsystemforplateaucomplexenvironment由高原型無人機與其相關(guān)的控制站(臺)、所需指揮與控制鏈路等組成的系統(tǒng)，可對存在的風(fēng)險或危險信息提前做出判決響應(yīng)動作，確保系統(tǒng)安全。3.6海拔分級altitudeclassificationforproductsofelectricandelectronic電子電工產(chǎn)品適應(yīng)海拔的能力，分為G2（1000m＜海拔≤2000m）、G3（2000m＜海拔≤3000m）、G4（3000m＜海拔≤4000m）、G5（4000m＜海拔≤5000m）共4級，如需按實際海拔標(biāo)注的，可按如下方法標(biāo)注，如G3.6表示海拔3600m；G4.5表示海拔4500m。[來源：GB/T20626.1-2017，定義3.3]4高原無人機預(yù)警系統(tǒng)功能和工作流程的一般要求4.1工作目標(biāo)高原復(fù)雜環(huán)境三維(3D)可視化無人機預(yù)警系統(tǒng)(簡稱：高原無人機預(yù)警系統(tǒng))宜針對無人值守的高原公共及重點區(qū)域進行危機預(yù)警，該系統(tǒng)通過高原型無人機獲取信息，利用空-地數(shù)據(jù)傳輸，將所獲取的情報信息傳輸?shù)降孛嬷笓]控制中心處理，并快速對可能即將發(fā)生的危險做出警告和決策，避免危險發(fā)生。4.2系統(tǒng)組成高原無人機預(yù)警系統(tǒng)由以下部分組成，見圖1：a)無人機：機體、動力裝置、航空電子電氣設(shè)備等。b)無線電測控與信息傳輸分系統(tǒng)：無線電遙控設(shè)備、無線電遙測設(shè)備、無線電定位設(shè)備、信息傳輸設(shè)中繼轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備等。c)任務(wù)設(shè)備：偵察設(shè)備及處置專用裝置等。d)地面指揮控制站：飛行操縱與管理設(shè)備、綜合顯示系統(tǒng)、地圖與飛行航跡顯示設(shè)備、任務(wù)規(guī)劃設(shè)備、記錄與回放設(shè)備、情報處理與通信設(shè)備等。e)發(fā)射與回收分系統(tǒng)：與起飛(發(fā)射)和著陸(回收)有關(guān)的設(shè)備或裝置。f)保障與維修分系統(tǒng)：保障維修設(shè)備等。g)3D可視化平臺：一款虛擬仿真平臺，可模擬高原環(huán)境不同地形地貌、不同天氣情況下無人機的飛行情況，從而對無人機實際任務(wù)的實施提供理論支撐。圖1高原無人機預(yù)警系統(tǒng)組成圖6DB54/T0288—20234.3高原型旋翼無人機基本要求高原型無人機預(yù)警系統(tǒng)種對應(yīng)的高原型旋翼無人機宜滿足以下要求：a)高海拔適應(yīng)性：高原型無人機對高海拔（G3及以上等級）宜具有一定魯棒性，保證預(yù)警流程中無人機的安全飛行。b)續(xù)航要求：高原型無人機電池宜支持高原無人機預(yù)警系統(tǒng)中涵蓋的自適應(yīng)能源管理功能。c)抗風(fēng)能力：高原型無人機宜具有高原地區(qū)的最低安全抗風(fēng)能力或最低作業(yè)抗風(fēng)能力，保證預(yù)警流程中無人機的安全飛行。d)電磁兼容：電磁兼容性能宜符合常規(guī)型產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。e)抗寒、抗溫差：高原型無人機宜具有抗寒能力強，結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的特點，適合G3及以上等級海拔飛行。4.4高原地區(qū)無人機預(yù)警系統(tǒng)功能要求高原地區(qū)無人機預(yù)警系統(tǒng)在功能上宜滿足以下要求：a)總體要求：高原無人機預(yù)警系統(tǒng)集預(yù)警、指揮、控制、通信、能源管理等功能于一身，可起到活動雷達站和空中指揮中心的作用。宜具備可在高原復(fù)雜環(huán)境低時延高可靠通信功能、感知周邊環(huán)境實時路徑規(guī)劃功能、支持目標(biāo)跟蹤及檢測的邊緣計算及時預(yù)警功能、高海拔大溫差的自適應(yīng)能源管理功能以及可搭載不同處置設(shè)備功能。b)低時延高可靠通信功能：高原無人機預(yù)警系統(tǒng)對信息實時性的要求極高，要求對無人機回傳鏈路快速應(yīng)答響應(yīng)，以便做出處置決策。針對高原地區(qū)設(shè)施薄弱，能源受限的現(xiàn)狀，高原無人機通信模塊宜具備高低軌衛(wèi)星、公網(wǎng)以及無線自組網(wǎng)等多模融合通信技術(shù)，各種通信模式間可無縫靈活切換，保證數(shù)據(jù)鏈路的可靠性。c)復(fù)雜環(huán)境路徑規(guī)劃功能：高原地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，無人機執(zhí)行預(yù)警任務(wù)時，可實現(xiàn)自主感知周邊環(huán)境，實時路徑規(guī)劃，高效安全的完成飛行任務(wù)。針對高原山區(qū)、森林等多變復(fù)雜地形地貌，高原無人機飛控模塊宜具備自主感知避撞和智能路徑規(guī)劃技術(shù)，保證無人機執(zhí)行任務(wù)期間安全高效的飛行。d)目標(biāo)跟蹤及檢測功能：高原無人機預(yù)警系統(tǒng)需無人機支持目標(biāo)定位、跟蹤及初步檢測功能，實現(xiàn)危險態(tài)勢感知與預(yù)警。高原無人機預(yù)警系統(tǒng)需增加邊緣計算業(yè)務(wù)模塊，可在機載端進行計算，有效降低時延和負載，實現(xiàn)對目標(biāo)高精度、高可靠、低時延的感知與預(yù)警，建立適用于高原地區(qū)的預(yù)警處置信息化平臺。e)自適應(yīng)能源管理功能：無人機的能源管理模塊不僅要實現(xiàn)對動力系統(tǒng)的支撐，還要支持通信與邊緣計算等業(yè)務(wù)模塊，此外，高原無人機預(yù)警系統(tǒng)還可能搭載不同重量的預(yù)警處置設(shè)備。無人機能源管理模塊具備一定的自適應(yīng)分配特性，同時要求配置低功耗的信息采集、通信以及路徑規(guī)劃技術(shù)。4.5高原無人機預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警流程要求高原無人機預(yù)警系統(tǒng)通過雷達信號實時接收監(jiān)控區(qū)域傳感器模塊采集的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的相關(guān)信息，執(zhí)勤人員通過觀測到的數(shù)據(jù)控制無人機端的啟動從而實現(xiàn)對可疑或危險目標(biāo)的二次監(jiān)測，達到預(yù)警作用。無人機預(yù)警系統(tǒng)是集無人機預(yù)警評估、無人機任務(wù)執(zhí)行、信息反饋、無人機動態(tài)調(diào)整的閉環(huán)預(yù)警系統(tǒng)，直至無人機完成監(jiān)測任務(wù)或出現(xiàn)低電量警告自主返航，預(yù)警流程結(jié)束，如圖2所示。高原環(huán)境下，受海拔、氣溫、風(fēng)沙等環(huán)境因素的影響，對其通信鏈路可靠性、實時性、路徑規(guī)劃的自主性以及能量消耗的自適應(yīng)性都提出了更高要求。因此，在無人機執(zhí)行任務(wù)前，需評估無人機當(dāng)前性能是否滿足高原環(huán)7DB54/T0288—2023圖2高原無人機預(yù)警流程境需求，及時做出調(diào)整。此外，無人機續(xù)航時間也是影響無人機任務(wù)是否能夠順利完成的主要因素，為避免無人機未完成任務(wù)出現(xiàn)低電量警告自主返航現(xiàn)象，設(shè)計低能耗的飛行計劃是非常必要的。8DB54/T0288—2023其中，在預(yù)警流程中，無人機宜根據(jù)操作人員任務(wù)需要執(zhí)行以下兩項特定功能：a)定點目標(biāo)識別：對于靜態(tài)目標(biāo)，基于能耗最小原則規(guī)劃無人機路線，進行定點目標(biāo)拍攝及識別，并利用下行數(shù)據(jù)傳輸線，將獲得的數(shù)據(jù)信息傳回到地面指揮控制中心，中心對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行分析處理，判斷目標(biāo)當(dāng)前活動狀態(tài)是否滿足觸發(fā)預(yù)警條件，從而做出判決，實現(xiàn)預(yù)警提示。無人機完成任務(wù)后或者無人機處于低電量警告時，自主返航。b)動態(tài)目標(biāo)跟蹤：對于動態(tài)目標(biāo)，基于能耗最小原則實現(xiàn)對動態(tài)目標(biāo)的連續(xù)跟蹤，并將獲取的跟蹤信息傳回到地面指揮控制中心，中心對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行分析處理，判斷目標(biāo)當(dāng)前活動狀態(tài)是否滿足觸發(fā)預(yù)警條件，從而做出預(yù)警處置。無人機完成任務(wù)后或者無人機處于低電量警告時，自主返航。4.6高原無人機預(yù)警系統(tǒng)安全穩(wěn)定性要求為保證系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運行，系統(tǒng)間模塊通信及無人機飛行需滿足下述要求。4.6.1通信要求4.6.1.1網(wǎng)絡(luò)需求為了保證智能控制系統(tǒng)與無人機機載通訊單元的正常通訊，所在飛行區(qū)域需完全覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)。4.6.1.2通信速率a)下行速率：不低于5Mbps，滿足高清圖像和4K圖像的無線傳輸和控制要求。b)上行速率：不低于20Kbs，滿足地面對無人機和載荷的實時控制要求。4.6.2飛行要求極端天氣下執(zhí)行飛行任務(wù)，會影響飛行的穩(wěn)定性和無人機的飛行壽命，一些惡劣氣象條件下不建議飛行，表1列舉了惡劣氣象需滿足的條件。表1惡劣氣象條件氣象條件地面風(fēng)速≥14m/s>10mm(24小時內(nèi))極寒大雪或霜凍能見度(沙塵影響)＜1000m強對流天氣正在發(fā)生強對流，飛行區(qū)域有濃積云無人機執(zhí)行飛行任務(wù)時，受高原稀薄空氣影響，建議巡航高度如表2所示。表2巡航高度要求飛行任務(wù)高度普通飛行40m至120m安全巡航75m至85m低空拍攝>40m4.7高原無人機預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警規(guī)范9DB54/T0288—20234.7.1無人機狀態(tài)自檢當(dāng)執(zhí)勤人員觸發(fā)飛行指令后，無人機在收到指令短時間內(nèi)進行設(shè)備自檢，確認通信技術(shù)、檢測技術(shù)、自主規(guī)劃、電池狀態(tài)是否符合相應(yīng)指標(biāo)，同時判斷環(huán)境狀態(tài)是否符合相應(yīng)環(huán)境情況，從而確定無人機飛行任務(wù)。4.7.2飛行任務(wù)選擇與起飛當(dāng)無人機自檢各類功能指標(biāo)滿足飛行時，無人機根據(jù)當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)及地面執(zhí)勤人員操作指令，確認飛行任務(wù)。無人機完成起飛動作，起飛時延控制在秒級內(nèi)。飛行高度默認設(shè)置為80m，可根據(jù)實際需求進行飛行高度以及飛行速度的調(diào)整，飛行高度宜不低于40m且不高于120m。4.7.3定點目標(biāo)識別3D無人機虛擬可視化沙盤系統(tǒng)中包含了高原地區(qū)各種復(fù)雜地形的三維建模，如森林、湖泊、草原、荒漠、雪山等。在虛擬仿真平臺中，可模擬各種環(huán)境下的飛行狀態(tài)，并為實際飛行計劃做理論支撐。3D無人機虛擬可視化沙盤系統(tǒng)結(jié)合已有仿真數(shù)據(jù)，根據(jù)定點目標(biāo)區(qū)域經(jīng)緯度以及地形地貌信息，通過特定的算法分析，實現(xiàn)最優(yōu)自主路徑規(guī)劃。高原地區(qū)因為其海拔高、溫度低等特點，能耗較大，會影響無人機的續(xù)航時間，為保證無人機順利完成預(yù)警任務(wù)，在路徑規(guī)劃中要考慮能耗的影響。如