Применение сетевой системы связи БПЛА в туннелях
Когда в автомобильных/железнодорожных туннелях возникают чрезвычайные ситуации, такие как пожары, использование пожарных дронов для входа в туннели для проведения пожарных обследований и операций по тушению пожара является очень эффективным средством. При работе пожарного дрона необходимо в режиме реального времени передавать снятое видео на станцию мониторинга за пределами тоннеля. Оператор станции мониторинга контролирует положение полета и маршрут движения дрона, одновременно выдавая управление. инструкции в подходящее время для управления. Дрон выполняет задание. Таким образом, установление эффективной и стабильной линии беспроводной связи от дрона до станции мониторинга за пределами туннеля является необходимым условием для выполнения операций по тушению пожара в туннеле с помощью дронов.
Разработанная нашей компанией сетевая система связи БПЛА устанавливается на определенную модель пожарного БПЛА. В начале декабря 2023 года на определенном туннельном испытательном полигоне были выполнены задачи по эксплуатации тоннеля. Во время работы видео модуля БПЛА и данные о бортовой нагрузке передаются на станцию мониторинга на входе в туннель через систему связи. Оператор управляет станцией мониторинга для отправки инструкций БПЛА через систему связи для завершения. Операционная задача . Во время выполнения оперативной задачи сетевая система связи БПЛА служит единственным средством связи для предоставления услуг на протяжении всей операции, обеспечивая надежные и стабильные условия гарантии связи для общей оперативной задачи.
Особенности и трудности связи в туннелях
Характеристики и трудности беспроводной связи в туннелях в основном включают следующие аспекты:
1. Затухание сигнала и помехи
Пространство внутри туннеля узкое и закрытое. Бетон, камни и другие материалы в туннеле будут препятствовать, поглощать и рассеивать передачу сигналов электромагнитных волн, вызывая затухание сигнала. Туннель не может быть прямой линией. В середине должно быть несколько поворотов. Каждый поворот серьезно повлияет на передачу сигнала.
2. Эффект многолучевого распространения
Внутри туннеля существует большое количество явлений отражения и преломления, которые вызывают многопутевое распространение сигналов, в результате чего принимающая сторона принимает несколько сигналов с разных путей, вызывая многолучевую интерференцию сигнала.
3. Несколько источников помех
В туннеле могут возникать электромагнитные помехи, вызванные большим количеством металлических конструкций, кабельных линий и т. д., такие как отражение и преломление электромагнитных волн, что еще больше мешает передаче сигнала.
4. Высокие требования к надежности
Когда в туннеле возникает пожар, беспроводная линия связи является единственной линией связи между пожарным дроном и станцией мониторинга. Если связь прерывается, дрон потеряет управление и станет причиной аварии. Поэтому надежность беспроводной связи должна выдержать испытание.
Как работает система
Сетевая система связи БПЛА включает в себя три компонента: станцию дистанционного управления за пределами туннеля, стационарное узловое оборудование внутри туннеля и бортовое оборудование связи БПЛА. Среди них на БПЛА установлена одна единица бортового оборудования связи БПЛА. В туннеле имеется несколько фиксированных узлов. Количество фиксированных узлов в туннеле должно разумно распределяться в зависимости от длины, высоты, угла поворота и т. д. туннеля. Учитывая особые сцены в туннеле, расстояние между узлами составляет около 1–1,5 км. За пределами туннеля имеется одна станция дистанционного управления. Если позволяют условия, по одной станции дистанционного управления можно разместить на каждой стороне туннеля, чтобы повысить надежность системы за счет резервного копирования.
Основные возможности системы
1. Сеть с фиксированной цепочкой узлов и функцией самовосстановления.
Технология одноранговой сети используется между различными узлами в туннеле. Технология цепных сетей может определять последовательность передачи узлов, позволяя данным течь по структуре цепочки, тем самым обеспечивая эффективную передачу данных.
Существует две формы цепной сети: одна — односторонняя цепная структура, другая — двусторонняя цепная структура. В односторонней структуре цепочки узлы могут передавать данные только в заднюю часть цепочки, тогда как узлы в двусторонней цепной структуре могут передавать данные как в заднюю, так и в переднюю часть цепочки.
Эта система использует двустороннюю цепную структуру. В цепной структуре каждый узел напрямую взаимодействует только с несколькими соседними узлами до и после него. Таким образом, вся сеть делится на упорядоченные единицы передачи. Когда узлу необходимо передать данные другому узлу, ему нужно только инициировать данные из переднего конца цепочки, пройти через несколько промежуточных узлов в цепочке и, наконец, передать их целевому узлу. И когда один из узлов не может работать, предыдущий узел все равно может взаимодействовать со следующим узлом :
На рисунке 9 узлов, и мы настроили режим двусторонней цепочки. Узел 3 может взаимодействовать с соседними узлами 1, узлом 2, узлом 4 и узлом 5. В нормальных условиях сигнал от узла 1 передается узлу 5 через узлы 2, 3 и 4. Если узел 3 работает неправильно, сигнал от узла 1 также может передаваться на узел 5 через узлы 2 и 4.
Этот метод передачи также может значительно уменьшить конфликты данных в сети. Например, на рисунке выше узел 1 и узел 6 не находятся в одной и той же сети цепочки связи. Ресурсы частоты и полосы пропускания узла 1 и узла 6 могут использоваться повторно, что повышает эффективность передачи данных.
2. Автоматическая маршрутизация бортового оборудования связи.
Технология автоматической маршрутизации в одноранговой сети используется между бортовым оборудованием связи и фиксированными узлами на земле. Каждый фиксированный узел обнаруживает соседние узлы вокруг себя посредством широковещательной рассылки или запроса соседей и устанавливает отношения соседства. Каждый узел обменивается информацией о маршрутизации, включая состояние узла, качество связи, топологию сети и другую информацию, чтобы все узлы могли понять ситуацию во всей сети.
Система использует алгоритм автоматической маршрутизации, который сочетает в себе кратчайший путь и балансировку нагрузки. На основе текущей информации о топологии сети, качества канала и состояния каждого фиксированного узла бортовое оборудование связи автоматически выбирает путь маршрутизации для доступа к определенной сети на основе кратчайшего пути к наземному узлу и загрузки полосы пропускания узла. Стационарные узлы на земле обеспечивают доступность, надежность, задержку и качество сетевой связи линий связи.
3. Высокая скорость связи и небольшая задержка.
Скорость передачи данных от коммуникационного оборудования дронов на станцию мониторинга за пределами туннеля может достигать более 6 Мбит/с, а задержка связи между узлами составляет менее 35 мс, что полностью соответствует требованиям для работы в тоннеле пожарных дронов.
Основные технические параметры системы
1) Иметь коммуникационные возможности передачи изображений и цифровой передачи;
2) Скорость передачи данных БПЛА в режиме реального времени: ≥6 Мбит/с;
3) Данные дистанционного управления по восходящей линии связи станции дистанционного управления: ≥115200 бит/с;
4) Задержка связи между узлами: ≤35 мс;
5) Видеоинтерфейс: поддерживает 2 сетевых интерфейса, 1 видимый свет, 1 инфракрасный;
6) Интерфейс данных: 1 интерфейс RS422;
7 ) Узловое оборудование в тоннеле: Обычно питается от сети 220В, в аварийных условиях источник питания 220В отключается и питается от собственного аккумулятора;
9) Способность узлов в туннеле к самовосстановлению: при повреждении оборудования отдельных узлов в туннеле система все равно может работать нормально и осуществлять связь между дроном и станцией дистанционного управления;
Тестирование и проверка системы
В начале декабря 2023 года на определенном туннельном испытательном полигоне мы сотрудничали с определенным принимающим институтом для выполнения задачи беспилотной эксплуатации в туннеле, предоставив БПЛА двустороннюю линию передачи данных между БПЛА в туннеле и входом в туннель. станция мониторинга. Общая схема системы выглядит следующим образом:
На БПЛА установлено бортовое устройство связи, в тоннеле расположены 2 наземных узла, на входе в тоннель — 1 наземный узел. Одно бортовое устройство и три наземных узла образуют сеть связи. Дрон взлетел от входа в тоннель и влетел в тоннель под управлением оператора станции мониторинга. Когда дрон приближается к зоне проведения операций, оператор дает инструкции по выполнению оперативной задачи.
Сетевая система связи БПЛА работает стабильно и надежно.Он получил единодушную похвалу со стороны всего персонала основной группы по испытаниям двигателей.