基于5G的無人機智能組網的應急通信技術開發(fā)及應用

　　摘要:在成立國家應急管理部后，國家越來越重視災害事故后應急通信保障能力。為了使災后地面通信設備被損害，從而無法對正常通信進行保證的問題得到解決，根據(jù)無人機機載基站快速創(chuàng)建天地一體化網絡應急通信方案也備受重視。以此，本文就將5G技術作為基礎，開發(fā)無人機智能組網的應急通信方案。

　　關鍵詞:無人機;5G網絡;智能組網;應急通信技術

　　1應急通信系統(tǒng)的架構

　　1.1總體結構

　　主要包括非系留式和系留式。非系留式應急通信系統(tǒng)主要包括機載基站、高空平臺、核心網、大王宏站和回傳終端等。在高空平臺中創(chuàng)建回傳終端和機載基站，通過機載基站廣覆蓋應急通信網絡，回傳終端能夠使用戶數(shù)據(jù)和信息及時在大網宏站回傳。

　　無人機論文范例：無人機測繪數(shù)據(jù)處理關鍵技術及應用的相關分析

　　核心網能夠實現(xiàn)會話管理、接入管理與用戶數(shù)據(jù)管理和轉發(fā)等功能，整體應急通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒虨椋河脩艚K端和機載基站相互連接，機載基站處理數(shù)據(jù)后回傳終端使處理之后數(shù)據(jù)在核心網、宏站中傳輸，最后通過核心網網元在互聯(lián)網中轉發(fā)。系留式應急通信系統(tǒng)利用專用電纜和電源實現(xiàn)不間斷的數(shù)據(jù)傳輸和供電，基于一定荷載連續(xù)懸停在空中，遠距離長時間的通信覆蓋。系留式應急通信主要優(yōu)勢就是方便操作、機動性強、體積小等，使目前應急通信不同場景的需求得到滿足。

　　1.2高空平臺

　　基于高空平臺應急通信系統(tǒng)對于空中平臺特性要求比較高，比如長時間續(xù)航、運輸便捷、快速靈活部署、滯空穩(wěn)定、載荷大等。目前無人機、氦氣球、熱氣球等被廣泛應用到高空平臺中，系留式熱氣球的成本比較高是，升到1000m高空的時候覆蓋范圍為50km。但是熱氣球體積比較大，充放氣時間比較長無法及時升高空，滯留時間比較短，對于氣候條件具有較高的要求。氦氣艇的滯空時間比較長，但是體積比較大，成本高。

　　無人機主要包括專業(yè)級和民用級兩種類型，其中民用無人機的載荷與體積比較小，并且飛行時間比較短，所以無法在應急保障系統(tǒng)高空平臺中使用。專業(yè)無人機包括固定翼和旋翼兩種類型，固定翼無人機的尺寸比較大，起降具有場地限制，操控比較復雜。旋翼無人機的體積比較小，并且結構簡單，重量輕。并且專用電纜與電源能夠為旋翼無人機提供不間斷供電，實現(xiàn)連續(xù)不間斷懸停，使地形對于天線覆蓋影響得到解決。旋翼無人機具有攜帶方便、成本低、操作簡單的特點，被廣泛應用到應急通信領域。

　　1.3機載基站系統(tǒng)

　　機載基站系統(tǒng)主要包括光電復合纜、基站天線、輕量化基站等。輕量化基站一般使用超短波通信基站或者4G一體化通信基站，使用4G一體化站的時候，基站包括電源模塊、射頻拉遠單元、基帶控制單元，使用輕量化設計，在應急通信現(xiàn)場根據(jù)無人機升高后懸停，構成基于基站的大覆蓋范圍4G無線專網。光電復合纜使地面應急通信車電能到高空平臺機載基站系統(tǒng)進行傳輸，以此實現(xiàn)空地數(shù)據(jù)雙向光纖傳輸，光電復合纜基于應急通信車控制能夠釋放和收起。基站天線一般使用定向天線或者全向天線將接收與發(fā)射能力提供給基站，天線水平角度一般為360°，天線增益一般為7dBi-15dBi之間，垂直角度在15°-20°之間。

　　2應急通信組網規(guī)劃

　　全面考慮5G組網通信結構，對組網規(guī)劃進行全面研究。在進行規(guī)劃的過程中，要使網絡使用期望值得到提高，使用大數(shù)據(jù)具體分析和靜止細化的方式規(guī)劃設計。與場景網絡建設結合，使網絡組網規(guī)劃精準性得到提高，在傳統(tǒng)路測中尋找網絡規(guī)劃問題，并且設置網絡系統(tǒng)建設期望功能，使組網初始規(guī)劃操作步驟得到完善。實現(xiàn)規(guī)劃定位分析，精準掌握規(guī)劃方案的執(zhí)行進度，利用數(shù)據(jù)分析對規(guī)劃預留信息進行處理。使規(guī)劃操縱性能得到加強，提高規(guī)劃的執(zhí)行能力，降低研究空間內外信號的接收差異。

　　對操作精準度進行保證，針對操作層面用戶的需求創(chuàng)建區(qū)域信息數(shù)據(jù)庫，并且對規(guī)劃信息精準查找，得到最終定位信息。通過仿真精密系統(tǒng)拷貝數(shù)據(jù)，提供給無網絡覆蓋相應的動態(tài)測試，得到動態(tài)結果，和具體網絡情況與業(yè)務需求對以下情況進行考慮：其一，精準部署低功率網絡基站，使無線延時傳感性能得到加強加強，要求和超高頻率信號譜與大規(guī)模天線結合;其二，根據(jù)網絡情境拓撲構造部署干擾區(qū)域，對干擾協(xié)同管理功能進行協(xié)調，方便組網規(guī)劃。考慮部署計劃，提供給網絡良好多連接情況，實現(xiàn)組網最終規(guī)劃。

　　將收集信息作為主要目標，因為災區(qū)環(huán)境比較惡劣，缺乏穩(wěn)定電力供應，智能手機網絡在時間推移過程中具有多變、不穩(wěn)定、通信中斷與節(jié)點消失等問題，為了對信息完整性進行保證，本文提出兩種方案：其一，使用分布式存儲技術。使每個5G節(jié)點作為災情存儲設備。在某節(jié)點被破壞的時候，并不會對網絡存儲信息總量造成影響，但是會導致存儲壓力，如果存儲能力比較弱的時候無法將全部災情信息都存儲;其二，災情信息簡化技術。使用原本應急系統(tǒng)的基礎為有網絡，不管是文字或者圖片都能夠通過網絡在監(jiān)控中心傳輸，在網絡異常的時候無法收發(fā)圖片和文字。本文使用文字描述方式替代圖片手機災情信息，通過簡單文字描述對受災嚴重程度進行判斷。通過以上兩種技術，各網絡通過一個節(jié)點就能夠對全部災情信息進行傳輸，對網絡信息傳輸完整性進行保證。

　　之后，使信息到外部應急指揮中心傳輸，通過無人機方法收集地區(qū)信息，并且使收集的災情信息到應急響應中心傳輸。為了能夠收集全部網絡災情信息，要求無人機進行地毯式搜索，并且在搜索到信號的時候傳輸數(shù)據(jù)，完成傳輸之后繼續(xù)搜索，直到完成任務或者燃料即將耗盡。震后受災群體利用手機wifi創(chuàng)建三個災區(qū)內部通信網，利用信息共享實現(xiàn)部分互救與自救行動，但是還有部分被困人員需要外部專業(yè)救援人員救助。將已經編輯過的生活必需品、失蹤與受傷的情況，在內部通信網絡共享，對災區(qū)外部發(fā)送災情信息。

　　因為災區(qū)被毀壞，救援人員無法開車到此地區(qū)，在道路損毀邊緣地帶利用無人機收集災情信息，對災區(qū)內部創(chuàng)建無線通信網絡搜集，使此網絡中所存儲的災情信息在應急指揮中心傳輸進行分析。無人機搜索范圍將無人機作為球心，半徑設置為70m的球形內部。假如飛行高度垂直地面10m，此無人機映射地面搜索半徑為69.3m。在對內部網絡信號檢測過程中，懸停在此處，并且對網絡共享災情信息進行搜索，使災情信息在應急指揮中心傳輸，搜索完成后根據(jù)原計劃路線進行搜尋，直到搜索全部災區(qū)。

　　3結束語

　　無人機通信系統(tǒng)在無人機技術不斷發(fā)展的過程中逐漸興起，使人們對應對自然災害能力得到提高，降低災害導致的損失。在自然災害，比如泥石流、地震、洪水爆發(fā)、大風沙、雪災等，如果有線通信網絡受到破壞，通過無人機通信系統(tǒng)迅速創(chuàng)建全新通信系統(tǒng)，從而快速和災區(qū)聯(lián)系，使救災工作能夠順利的開展。另外，基于5G的無人機應急通信系統(tǒng)不僅僅能夠應用到應急通信、搶險救災中，未來還能夠積極應用到其他各領域中。

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　　作者：羅瑤，羅進

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