低空智联无人机平台智慧巡田管理应用示范

　　推荐信息

　　推荐单位或推荐人：广西智都科技信息有限公司，南宁产投广控电气有限公司

　　推荐理由：为全面落实耕地保护措施，严守资源安全底线，实现“早发现、早制止”目标，避免“五个一票否决”。以第三次国土调查数据为本底的自然资源大数据体系为支撑，利用“空天地”一体化耕地保护技术体系，对田长制工作情况进行日常巡查，及时掌握耕地变化情况，结合“AI+遥感”非粮化智能监测算法模型，快速识别耕地变化图斑，及时发现“非粮化、非农化”行为。在田长制“人防”基础上，覆盖信息化“技防”，实现“天上实时排查、地上覆盖巡查、网上综合监管”的立体式综合监管体系，探索建立创新模式的田长制工作机制及技术路线。

　　典型场景描述：

　　(一)场景描述

　　①全域布设无人机场，远程操控获取作业实况

　　基于无人机机场“空天地”一体化模式，依托自然资源综合监测监管，建立覆盖某地全域范围的日常巡田监测技术服务模式。通过自组网技术实现多无人机之间的信息快速传递共享，以完成大范围实时、动态的耕地监测任务。

　　各级田长和网格员通过田长巡APP与无人机机场将日常巡查中发现违法违规问题并逐级上报，从而实现“天上看+地上巡”的监测手段，重点监督违法违规问题图斑，极大程度地简化了日常巡查工作流程，持续提升问题发现能力。

　　开发无人机管理平台，远程控制无人机机场，规划并下发各类型的任务航线，执行日常巡田任务，在云端查看获取的照片、视频及影像等数据，自动识别耕地占用、撂荒等问题图斑弹出预警提示，对存在问题的图斑规划自定义飞行路径，重点拍照取证，上报问题至田长巡APP，田长经核实后将违法违规图斑逐级上报，与检察机关协同配合，通过“田长+检察长”、“田长+警长”等“田长+”巡田，对违规占用耕地等情况进行巡查调解，打造纠纷化解“终点站”。

　　②AI算法助力图像处理，快速识别违法违规图斑

　　遥感图像数据具有海量性、多样性和复杂性等特点，对遥感图像检索的速度和精度有较高的要求。将无人机获取的照片、视频、影像等数据应用AI人工智能对遥感影像的解译、提取和分析，基于深度学习、神经网络等算法，通过训练建立图像底层特征和高层语义之间的映射关系，可以自动实现耕地图斑要素发现和提取等任务，对于突破监测对象变化复杂、类型多、地块破碎、智能监测干扰大等技术难点，加快优化提升遥感智能识别算法模型精度，很大程度上解放人力和物力，改变了传统调查工作的运动式“人海战术”模式。

　　(二)技术要求

　　1、关键技术

　　(1)采用多旋翼无人机与多样化的机载传感器配件，组成感知前端;无人机智能基站则是低空智联网的控制端，核心功能为控制无人机按既定航线执行任务、保持自动续航、保障数据传输、安全控制无人机返回;无人机低空智联网运营系统是无人机协同组网的大脑，是低空遥感数据管理与分析的后台系统，同时也是成果数据展示、输出、共享的中心。无人机智联网改变了无人机应用属性，使无人机从工具向系统平台转换。

　　(2)无人机与智能基站之间通过2.4000-2.4835 GHz / 5.725-5.850 GHz微波频段链路实现实时通讯，同时无人机装备支持搭载4G/5G传输模块，星链互联网通讯模块，实现更高效的数据与图传能力。智能基站具备多网络适配能力，支持以运营商无线网络、自组网融合网络以及专用网络链路实现与中心端或云端(云端智能指挥调度系统)的网络通讯。

　　(3)系统基于B/S架构，可依据权限设置访问浏览系统权限;系统支持标准接口协议，提供平台开发API，可为政务网、视频专网等专用网络环境提供实时视频、影像图片、地理位置信息等源数据。

　　(4)采用无人机高精度实时动态导航定位技术，高精度定位与导航是无人机进行安全自主飞行的基本保障，提出基于卫星定位、激光雷达和计算机视觉定位技术的多模融合定位算法，突破干扰环境下厘米级的超高精度动态导航定位技术，解决在强干扰和复杂网络环境下的高精度实时动态定位技术难题，打造全自主无人化巡检模式，该技术处于国际领先水平。

　　(5)采用无人机三维航线规划与自动驾驶技术，利用高精度的三维激光点云数据，在综合考虑续航能力、作业特点、飞行安全、作业效率、起降条件、相机焦距、安全距离、云台角度等的基础上研发三维航线规划与自动驾驶系统，实现基于点云的三维场景快速重建与激光雷达自主避障，突破复杂环境下无人机三维航线动态规划与自动驾驶技术难题，提高了巡检的效率和精度，以及数据采集的规范性和智能化水平，与国内外同类产品相比较，具有明显优势。

　　(6)基于已有的海量缺陷样本库及智能识别算法库，提出支持边缘计算的无人机前端图像智能识别算法，解决无人机前端动态感知与智能识别技术难题，实现“云-端”协同的数据实时分析与应用，目标智能识别准确率能够达97%以上，优于国内外同类产品。

　　2、关键设备：

　　(1)硬件设备

　　无人机全自动巡检系统硬件主要由：无人机、无人机自动机巢、通信系统、气象系统组成。

　　适配DJI M300系列高性能专业无人机，提升无人机作业的自主性、灵活性和安全性，降低各领域的作业成本和人员操作风险，尤其在电力巡检、道路巡查、河道巡逻、城市安防等作业领域有广泛的应用价值，极大提升了无人机空中作业的生产力。依托于自动机巢的全自动化功能，无人机可以在无人干预的情况下自行起飞和降落、充/换电，有效替代人工现场操作无人机，提高作业效率，彻底实现无人机的全自动作业。

　　无人机自动机巢结构紧凑、布局合理，占地面积小、重量轻、设计美观，集成自动充/换电、控温除湿、不间断供电、远程通信、智能灯光和气象感知等功能。整机满足IP55标准，工业级可靠，无故障运行达到2000次/5000小时，可在户外-20℃~50℃环境下正常作业，具备高度可靠的复杂环境适应能力。

　　①中型换电式机巢

　　图 1智方A30E换电式无人机自动机巢

　　无人机自动机巢是实现无人机全自动作业的地面基础设施，是实现无人机自动起降、存放、自动充电、远程通信、数据存储、智能分析等功能的重要组成。依托于自动机巢的全自动化功能，无人机可以在无人干预的情况下自行起飞和降落、自动换电，有效替代人工现场操作无人机，提高作业效率，彻底实现无人机的全自动作业。

　　为了进一步提升无人机自动机巢的性能，采用性能更加强劲的无人机系统，本公司开发了的新一代自动换电无人机固定机巢，适配DJI M350 RTK高性能行业无人机，提升无人机作业的自主性、灵活性和安全性，降低各领域的作业成本和人员操作风险，尤其在电力巡检、道路巡查、河道巡逻、城市安防、石油管线等作业领域有广泛的应用价值，极大提升了无人机空中作业的生产力。

　　DJI M350 RTK无人机以其可靠耐用的机身设计、灵活丰富的扩展能力、高度智能的控制系统和极其卓越的飞行性能，广泛适用于各种严苛环境和应用领域。为DJI M350 RTK行业无人机量身打造的自动机巢，坚固耐用、可靠性高、运行稳定、环境适应能力强，满足各领域用户作业部署。

　　相比上一代无人机自动机巢，新一代机型集成自动换电、电池管理、控温除湿、不间断供电、远程通信、智能灯光和气象感知等功能。

　　②中型多旋翼无人机

　　图 2DJI M350无人机

　　以DJI M350无人机为基础打造的智能无人机，搭配自主研发的“睿灵”AI自动控制盒，可实现精准降落和多项AI飞行功能。同时我们还对无人机机体进行改造升级以适智能机库。支持禅思H20系列、30倍变焦云台、激光甲烷遥测仪、激光点云雷达、气体检测模块等多种模块挂载通用平台。可以快速进行定点巡检、大范围巡检、精细化巡检等任务。

　　③任务传感器

　　搭载可变焦及广角相机，可在高倍率画面与广角画面之间快速切换，方便客户在广角画面中搜寻到目标物体后，快速切换至高倍率变焦画面进行细节观察。该相机云台还搭载长波红外非制冷热成像相机机芯，可同时拍摄热成像与可见光影像，提供细节更丰富的影像。

　　高清可见光传感器能够清晰地将发电厂的实时画面传输到监控大屏上，实时定位突发情况、可疑人员。热红外传感器可快速准备进行人物识别与定位，为高效的人员管理提供有效帮助。此外，热红外传感器可准确获取目标物体的表面温度，有效监测现场，及时发现隐患。

　　MP130S数字语音广播系统利用大疆无人机的数据链路进行数字内容的上传及功能控制，可以实现将文字自动转成标准的电脑语音立即开始广播，同时背景音和广播内容能同时播放。可以进行有威慑力的劝阻和引导。

　　③轻量型充电式机巢

　　大疆机场2采用全新一体化、轻量化设计，配备专有的DJI Martice 3D/3TD系列无人机，支持高精度测绘及安防、巡检作业;适配大疆司空2云平台可实现云端建模、指点飞行等多种智能功能，为行业用户带来更加智能化、自动化、规模化的无人值守解决方案。采用高防护、轻量化设计，整机防尘防水能力达到 IP55 级别，整机仅约34kg，两人即可搬运。整体部署时长短至30分钟内，大大提高部署效率。双RTK天线保证机场快速进入作业状态，飞行器无需等待自身RTK收敛即可获取准确的返航位置信息，最快约45秒内完成桨叶检测并起飞。机场2可为飞行器快速充电，从20%电量充至90%仅需约32分钟，实现高效率连续作业。即便发生意外断电，仍可借助内置蓄电池独立工作超5小时，为飞行器预留充足的返航降落时间。

　　④轻量型多旋翼无人机

　　多旋翼无人机飞行平台选择DJI Martice 3D/3TD系列无人机。该飞行平台拥有55分钟长续航、10公里图传距离、IP54 防护等级、六向定位避障等诸多优势。支持4G\5G\微波等多种数据图传通道，保证飞行期间实时图传信号的稳定，获取的数据均有时间信息和位置信息标识。可同时搭载第三方载荷，包括可见光、广角相机、大倍率变焦相机、红外热成像传感器、气体传感器、激光测距、喊话器等。具备正射影像数据采集能力。搭载边缘计算模块，实现AI算法的前端识别。

　　(2)软件系统

　　软件系统由机巢及无人机管理系统支持无人机自动机巢、固定基站及配套无人机、气象杆等设备接入，支持通过有线宽带、4G/5G无线网络方式进行数据传输，支持无人机数据实时传输至机巢及无人机管理平台，视频数据流实时回传，控制数据流延迟小于500ms，其他信息传输延迟小于1000ms。系统平台支持本地化部署及公有云部署方案，部署方式简单便捷。平台基于B/S架构，提供丰富的API接口，方便接入第三方业务平台或与其他成熟软件产品做兼容。

　　(三)经济效益与市场前景

　　1、经济效益：在当代社会环境下的无人机场组网应用，不但迅速提高了社会生产力，而且拉动了各级部门间的通力协作。通过无人机空天地一体化平台，可接入多类型多品牌的无人机(有远程管理功能)、物流运载无人机和无人机自动基站，也可接入多类型物联网监测系统，实现“一机多用、一站多用”，统一指挥调度，为多个行业、多个领域提供高密度、高频次的低空巡飞等专业化运营服务。提供多元化场景的应用，实现经济效益的提升。

　　2、潜在收益：通过无人机的高空视角与高效监测技术，无人机能够迅速覆盖广阔农田，精准定位并报告非法占地行为，有效遏制耕地流失，为耕地资源的严格保护提供坚实支撑。此举不仅保障了国家粮食安全的根基，还促进了农业监管的现代化进程，降低了人力成本，提升了管理效率，为农业可持续发展与粮食安全战略的实施贡献了重要力量。

　　3、市场需求：

　　无人机巡田在乱占耕地的监测与管理方面，市场需求日益凸显。随着土地资源的日益紧张和国家对耕地保护的重视，利用无人机进行高效、精准的巡田成为遏制乱占耕地行为的重要手段。无人机巡田能够快速覆盖大面积农田，实时捕捉并反馈耕地使用情况，为监管部门提供及时、准确的数据支持。这一技术的应用，不仅提高了监管效率，还降低了人力成本，有效满足了政府、农业部门以及社会公众对于耕地保护、粮食安全等方面的迫切需求。因此，无人机巡田在乱占耕地的市场需求呈现出持续增长的趋势。

　　(四)应用案例

　　1、贵港市覃塘区全域范围的日常巡田监测

　　基于无人机机场“空天地”一体化模式，依托自然资源综合监测监管，建立覆盖某地全域范围的日常巡田监测技术服务模式。针对某地境内以平原、山丘为主，城区及郊区主要是郁江冲积平原，地势广阔平坦，拟部署无人机机场17部，实现对耕地范围全方位覆盖，通过自组网技术实现多无人机之间的信息快速传递共享，以完成大范围实时、动态的耕地监测任务。

　　通过远程控制无人机机场，规划并下发各类型的任务航线，执行日常巡田任务，在云端查看获取的照片、视频及影像等数据，自动识别耕地占用、撂荒等问题图斑弹出预警提示，对存在问题的图斑规划自定义飞行路径，重点拍照取证，上报问题至田长巡APP，田长经核实后将违法违规图斑逐级上报，与检察机关协同配合，通过“田长+检察长”、“田长+警长”等“田长+”巡田，对违规占用耕地等情况进行巡查调解，打造纠纷化解“终点站”。

　　(五)安全性

　　1、安全风险

　　(1)无人机使用的电池容量有限，如果无人机在飞行过程中电池耗尽或出现故障，可能会导致无人机坠落并造成意外。此外，电池在存放和使用过程中也可能存在安全隐患，如短路、过热等。此外，无人机在坠落过程中可能砸伤人员、损坏财产或引发火灾等安全隐患。这种风险尤其在高空飞行、人群密集区域或建筑物附近更为显著。

　　(2)大风、雨雪、雷电等恶劣天气条件会严重影响无人机的飞行稳定性,在城市等复杂环境中飞行时，无人机可能受到建筑物、电线、树木等障碍物的干扰。在这些条件下飞行可能导致无人机失控或坠毁。

　　(3)无人机在飞行中采集的敏感数据若未妥善保护，易遭黑客攻击导致泄露，威胁个人隐私及国家安全。同时，无人机的控制系统若存在漏洞，可能被非法访问并操控，造成不可预测的后果。此外，数据传输过程中若未加密，数据可能被篡改，影响数据的真实性和可靠性。对于跨境飞行的无人机，还需面临不同国家和地区的数据保护法规差异带来的合规挑战。

　　2、管理措施

　　(1)天气管理

　　实时展示各区域的天气数据，包括详细的气象信息和未来两周的天气预报，为无人机作业提供精准的天气信息支持。以帮助无人机操作员根据天气状况调整飞行计划，确保飞行安全，并优化作业效率。同时，平台还能在地图上展示禁飞区和限飞区，结合天气数据进一步规避飞行风险，保障飞行安全。

　　(2)数据安全及备份

　　系统24小时不间断运行需要对存储以及数据进行有效的保护，要求通过数据权限管理、数据复制、备份、容灾等技术确保存储数据的安全。另外，录像媒体数据由于码流巨大，不建议在传输和存储过程中采用加密手段，否则投资过于巨大，对于系统各环节都带来很大的性能压力。数据是大多数网络罪犯在攻击公司、企业或组织时所追求的东西。数据可能是勒索软件攻击者的利用目标，也可能由于硬件故障或人为失误而丢失。无论如何，最好保持重要数据的定期备份。

　　①能够对重要信息进行备份和恢复。

　　②提供关键网络设备、通信线路和数据处理系统的硬件冗余，保证系统的可用性。

　　③采用冗余技术设计网络拓扑结构，避免关键节点存在单点故障。

　　④建立容灾备份中心，配备灾难恢复所需的通信线路、网路设备和数据处理设备，提供业务应用的实时无缝切换。

　　(3)起飞自检

　　执行46步起飞流程，确保迅速起飞的基础上，全方位确认安全后起飞，保障任务稳定执行。

　　(4)设备管理

　　全面监控机巢、无人机、挂载的健康状态，确保设备安全可靠。

　　(5)网络安全管理

　　安全体系的建立和维护需要有良好的管理制度和很高的安全意识来保障。安全意识可以通过安全常识培训来提高,行为的约束只能通过严格的管理体制,并利用法律手段来实现。因此必须在管理部门系统内根据自身的应用与安全需求,制定安全管理制度并严格执行,通过安全知识及法律常识的培训,加强整体员工的自身安全意识及防范外部入侵的安全技术。对于计算机网络的安全管理,要从管理和技术两个方面入手,管理和技术合二为一,才能达到网络安全目的。

　　(6)空域管理

　　无人机操作者根据飞行目的和需求，向相关航空管理部门申请飞行许可，并接受飞行计划的审批与实时监管。这一过程确保了无人机飞行活动的安全性、合规性，以及空中交通秩序的有效维护。

　　3、应急预案和事故处理机制

　　(1)信息报告：发现无人机出现异常情况时，立即向监管平台报告。监管平台接到报告后，迅速核实情况，启动应急预案。根据无人机异常情况，初步判断事故原因和影响范围，并采取相应的应急处置措施。

　　(2)应急处置

　　①飞行故障：立即采取紧急措施，如迫降、返航等，确保无人机安全降落。

　　②失控：立即采取措施控制无人机，防止其碰撞、坠毁等事故发生。

　　③碰撞、起火、坠毁：立即启动应急预案，开展现场救援和事故调查。同时，确保人员安全，防止火势蔓延

　　(3)后续处理

　　对事故原因进行彻底调查，查明事故原因。

　　对受损无人机进行修复或报废处理。

　　对事故责任进行追究，对相关人员进行处理。

　　对应急处置工作进行总结和评估，完善应急预案。

　　(六)社会效益

　　通过高效、精准的空中巡查，无人机能够迅速发现并报告非法占用耕地的行为，有效遏制了耕地资源的流失，保障了国家粮食安全和农业可持续发展。同时，这一技术的应用也促进了农业管理的现代化进程，提升了监管效率，降低了人力成本，并增强了公众对耕地保护的意识，形成了政府、企业与公众共同参与的社会共治格局，共同守护宝贵的土地资源。

　　(七)潜在挑战

　　1、无人机的操作大多依赖于无线通信技术，但在繁忙的空域内，无线通信频道容易受到干扰，可能导致无人机失控或偏离预定航线。此外，无人机的卫星定位精度也受到建筑物遮挡、电磁干扰等因素的影响，可能影响其导航精度和安全性。

　　2、目前市面上的中小型无人机和消费级无人机暂无主动广播识别系统，无法感知周围航空器及高压线等影响飞行安全的因素存在。当其无人机数量的增加使得其与有人驾驶的飞机以及其他无人机相撞的风险也在增加，这种碰撞不仅会造成无人机损坏，还可能对商业航班、供电等民生场景造成严重威胁，甚至引发事故。

　　3、无人机在执行航拍、监视等任务时，可能会无意中侵犯个人隐私，收集无关人员的信息，甚至相关涉密信息，这些信息会引起公众和相关部门对于数据安全的担忧。

　　4、无人机的操作大多依赖于网络通信技术，这使得其容易受到黑客攻击和数据泄露等网络安全威胁。一旦无人机系统被黑客入侵，可能导致敏感信息泄露或无人机被非法控制。

　　5、随着无人机技术的快速发展，现有的法律框架往往难以覆盖所有新出现的使用场景和技术挑战。这导致在无人机运营、隐私保护、空域管理等方面出现法律空白或不明确的地带，限制了无人机技术的合理应用，也为无人机的安全运营带来障碍。