安正科技消防无人机技术方案-四旋翼

多旋翼无人机在消防应急系统中的应用

浙江安正科技股分有限公司

2022年06月

某消防无人机应用方案

目录

1.项目概述..........................................................2

11地理概况...................................错误!未定义书签。

1.2.需求背景.....................................................2

1.3.设计思路.....................................................3

1.4.系统触.....................................................4

2.设计方案..........................................................7

2.1.设计幅.....................................................7

2.2.系统框图.....................................................8

3.设备介绍..........................................................9

3.1.“焕影"KWT-X6M/X6L六旋翼无人机...........................9

3.1.1.主要特点.............................................10

3.1.2.系统触.............................................15

3.1.3.设备图片简介........................................15

3.1.4.连接外部接口.......................错误!未定义书签。

3.1.5.技术绒.............................................17

3.2.无人机图传地面接收终端...................错误!未定义书签。

3.2.1.产品功能及特点.....................错误!未定义书签。

3.2.2.连接外部接口.......................错误!未定义书签。

3.2.3.技术参数...........................错误!未定义书签。

3.2.4.接收终端天线典型安装..............错误!未定义书签。

4.系统酉己置........................................................24

4.1.无人机配置..................................................24

4.2.图传接收地面终端配置.....................错误!未定义书签。

第1页共25页

XX消防无人机应用方案

1.项目概述

1.1.需求背景

随着无人机技术的日益成熟和航空摄影技术的进一步拓展，我国民用无

人机应用领域日益广泛，包括：摄影测量、应急救灾、公共安全、资源勘探、

环境监测、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、林火病虫害防护与

监测等。当前，我国消防部队面临着日益复杂的灭火救援和社会救助形势，

对各类地震救援、抗洪抢险、山岳救助及大跨度或者高层火灾等情况，传统

现场侦查手段的局限性已日益凸显。如何有效实施消防预警和现场侦测，并

迅速、准确处置灾情显得尤其重要。我国无人机应用技术及系统解决方案的

成熟运用，使得无人机平台结合视频、无线图传等监控及传送设备，通过空

中对复杂地形和复杂结构建造进行火灾隐患巡查、现场救援指挥、火情侦测

及防控成为消防部队新的选择。

结合消防部队的实战需求，无人机的运用可以解决以下四方面的问题：

（一）灾情侦查。当灾害发生时，使用无人机进行灾情侦查，一是可以

无视地形和环境，做到机动灵便开展侦查，特殊是一些急难险重的灾害现场，

侦查小组无法开展侦查的情况下，无人机能够迅速展开侦查。二是通过无人

机侦查能够有效提升侦查的效率，第一时间查明灾害事故的关键因素，以便

指挥员作出正确决策。三是能够有效规避人员伤亡，既能避免人进入有毒、

易燃易爆等危（wei）险环境中，又能全面、细致掌握现场情况。

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XX消防无人机应用方案

（二）监控追踪。无人机的作用不仅仅局限在灾情侦查。消防部队所面

对的各类灾害事故现场往往瞬息万变，在灾害事故的处置过程中，利用无人

机进行实时监控追踪，能够提供精准的灾情变化情况，便于各级指挥部及时

掌握动态灾害情况，从而作出快速、准确的对策，最大限度地减少灾害损失。

（三）辅助救援。利用无人机集成或者灵便携带关键器材装备，能够为

多种情况下的救援提供匡助。一是为救援开辟救援途径。例如水上、山岳救

援中，现有的抛投器使用环境和范围均有很大的局限性，并且精准度差，利

用无人机辅助抛绳或者是携带关键器材（如呼吸器、救援绳等），能够为救

援创造新的途径，开辟救生通道，并且准确、高效率。二是集成通信设备,

利用无人机担当通信中继。例如在地震、山岳等有通信阻断的环境下，利

用无人机集成转信模块，充当暂时转信台，从而使得极端环境下建立起无

线通信的链路。三是利用无人机进行应急测绘。利用无人机集成航拍测绘

模块，将灾害事故现场的情况全部收录并传至现场指挥部，对灾害现场的

地形等进行应急测绘，为救援的开展提供有力支撑。

（四）辅助监督。利用航拍对高层及超高层建造实现全面实时的监测、

及时发现火情隐患、消防现场火情实时控制、建造消防检查或者现场火情图

象存储、可将空中监控视频实时接入其他安防或者消防监控系统等。

1.2.■Kti■思路

以某地消防支队建设为例，为了较好的利用无人机的优势，提高消防工

作效率，设计思路如下:

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XX消防无人机应用方案

(1)在某消防支队管辖范围内浮现火情的地区，应急指挥车赶赴现场

附近，无人机起飞侦查火情，图象实时传输至操控手监视器、指

挥车及指挥中心

(2)为方便控制操作无人机及远距离接收实时航拍画面，在辖区内制

高点架设无线遥控天线及图传接收天线，大大提高无人机的操控

距离及无线图传距离

(3)无人机拍摄的画面无线传输至辖区内制高点，然后通过光缆等专

网传输至指挥中心

1.3.系统组成

无人机：包括无人机机体、摄像云台组件、无线图传发射套件、手动控

制设备、地面站等

应急通信车：无线图传接收终端

1.4.技术优势

由于采用了技术先进的飞控平台及先后台视频监控传输系统，配合完善

的飞行及地勤保障系统，无人机可对地面实施完备的长期空中监控，从而

实现较低的综合成本对传统手段无法涉足的区域进行实时监控和辅助救援，

其智能化和先进性突出体现在巡查路径规划、智能分析、定点持续监控、火

情报警等，并且在制定应急预案、建立快速响应机制、现场火情存档与取证

等方面充分发挥技术防范手段的重要作用。其技术优势有:

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XX消防无人机应用方案

（一）机动灵便。小型无人机分量轻，依托飞行控件就可以对其进行操

控，只需要1-2人就可以完成此类操作任务。在道路不畅，交通中断的情况

下，徒步就可以携带至灾害事故现场，且起飞条件很简单，对地形无要求，

加之无人机携带方便，所以具有很强的灵便性。止匕外，无人机的飞行速度易

于控制，转弯半径小，机动性好，可以灵便机动控制飞行方向，机载摄像头

也可以跟踪拍摄对象；无人机还能快速到达指定地点，反应能力快捷，对环

境温和候条件也有很强适应能力，在2022年西藏塔尔钦“神山”保障测试

中，无人机在6级风力下完成飞行任务，受阴雨天气等条件限制比大型载人

飞机要小的多；其起飞条件只需要几平米空地，周围无突出障碍物即可，在

低空作业时，受气候条件限制非常小，获取影像的速度非常快，可在10公

里范围内稳定可靠发挥侦查作用。

（二）视野全面。无人机通过无线技术可以实现超视距控制，从而具有

很全面的视野，依据现场需求，可以从不同角度、不同的距离在不同的光线

条件下进行作业。既可以实现在高空对目标进行全局性拍摄，也可以调整距

离和角度，按需抓拍对现场决策有重要匡助的关键因素。通过远程控制无人

机和摄像头，可以根据实际需求实时采集并传输图象，特别是在低空飞行时，

无人机跟踪拍摄能力极强，使用机载摄像头获取的图象分辨率很高，如果配

备热视等夜视功能摄像，其收录的视频将更加全面。这样的方式为实现灾害

事故现场实时空中监控提供了有力保证，能有效提升消防部队抢险救援的侦

查能力。

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XX消防无人机应用方案

（三）操作简单。从技术层面上看，无人机的远程视频传输与控制系统

通过网络和接口接入地面站，通过光纤接入指挥中心，因此，只需通过遥控

摄像机及其辅助设备（镜头、云台等），就能直接观看无人机的摄像头实时

视频。通常，用户只需通过遥控器来实现无人机的所有动作，通过远程视频

传输与控制系统对现场情况一目了然，以实现远程、方便的全方位监控；当

客户端（包括PC和手机）在接入公网后，用户可以通过PC、平板电脑或者

是手机等多种形式的载体实现对无人机的控制。从应用层面上看，无人机的

实际操作也并不复杂，只要掌握好飞行、音视频控制和其他兼容模块的操作，

便能发挥效能。

（四）安全可靠。无论面对暴雨、高温、台风、泥石流等恶劣的天气环

境；或者易燃易爆、塌陷、有毒等严重事故灾害现场；抑或者山岳、峡谷、

沟壑等极端地理环境，无人机技术能有效规避传统灭火救援行动中存在的

短板，可确保消防官兵的自身安全。并能通过对现场情况的跟拍、追踪，

为事故处置的指挥决策提供安全可靠的依据，能够最大限度地控制灾情发

展，减少灾情的损失，减少人员伤亡。

（五）实时图传。无人机在对灾害现场拍摄的同时，利用COFDM无线图

传技术，实时传输高清图象至地面接收终端，传输视频高达1080p画质。由

于COFDM技术具备广播式传输的特点，无人机视频可同时被指挥车、指挥中

心、操控手微型便携终端等多终端接收。

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XX消防无人机应用方案

2.设计方案

2.1.设计概述

主要实现功能如下:

•灾害现场空中拍摄及录相

・现场图象实时传输至地面应急指挥车

功能实现框图如下所示:

指挥中心/

无人机航拍

视频

视㈱/向线

火灾・故无人拍，初通府

制高点修站

0场

功能示意图

如上图所示，执行任务时，应急车抵达事件现场附近，无人机起飞抵达

现场，航拍画面通过无线图传传输至应急车及制高点基站，基站接收图象接

入光缆等有线网络链路向上传输至上级指挥中心。

制高点基站安装有图传接收天线的同时，安装有无线遥控天线，用以在

指挥中心对无人机的远距离手动操控。

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XX消防无人机应用方案

2.2.系统框图

无人机典型应用系统框图

2.3.系统特点

•制高点基站安装无线图传接收天线及无线遥控天线，提高无线图传接收范

围及遥控范围

•无人机可悬停拍摄，续航可达40分钟以上

・无人机高清无线图传，广播式传输，包括操控手持接收端、基站接收端、

应急车接收端等多终端同步接收

•无人机摄像云台，选用高清摄像机

・防雨云台及机体设计，可全天候飞行

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XX消防无人机应用方案

3.设备介绍

3.1.“焕影”四旋翼无人机

“焕影”无人机系统是一套基于先进的四旋翼无人机平台搭载机载型高

清无线图象传输系统的无线挪移视频采集系统及紧急救援系统。

通过“焕影”无人机系统针对地面固定监控点位无法监控到的区域进行

有效扩展，形成一个空中、地面全方位立体式的监控系统。同时，该无人机

还可进行紧急小型救援物品投送，为救援行动提供辅助性匡助，使得该无人

机成为一个综合性小型救援平台。

KWT-X6L大型、KWT-X6M中型无人机外观（白色）

KWT-X6L大型、KWT-X6M中型无人机外观（黑色）

无人机视频空中采集系统采用全球最先进的无线控制技术、无线视频传

输技术，将无线控制技术与无线视频传输技术无缝结合，实现了实时将空中

视频图象传输到地面接收端，无人机在空中巡航、航拍的画面通过接收端接

入地面固定光缆接入点，进而实现向上级指挥中心的实时画面传送。

无人机视频采集系统其组成份为两大部份，即：飞行控制部份和视频采

集传输部份。

飞行控制部份主要包括：空中飞行体、飞行控制接收模块、飞行动力模

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XX消防无人机应用方案

块、控制接收天线。

视频采集传输部份主要包括：防雨吊舱、航拍摄像机、无线视频传输模

块、发射天线、地面接收部份。

由于该机载型图传系统采用了先进的COFDM多载波调制技术，内置了基

于H.264Highlevel编码格式的编码模块，和无线应急布控系统及高清无线

单兵视频采集系统采用了想用的原理和技术，故该多套系统的终端可以互相

兼容使用，安装调试方法也基本一致。

3.11主觥点

系统特性：

今四旋翼设计，机臂上翘，保障飞行平稳性

今全碳纤维机身，刚性好，分量轻

今模块化及机臂快拆结构设计，方便携带运输，展开迅速，组装时间不超过

1分钟

今超长的续航时间及飞行距离

今上翘机臂设计提供优秀的抗风能力，增加飞行平稳性

今卓越的动力冗余，可在高海拔处正常工作

今FullHD全高清数字图传系统，支持1080p图象实时传输

今高度集成防雨云台套件设计，可雨中飞行

今智能飞控系统，支持手动精准操控及自主飞行模式

飞行特性:

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XX消防无人机应用方案

A垂直起降，不受场地限制

A传统遥控器手动精准控制

A一键起飞，一键降落，自动返航

A航线规划，自主飞行

A即点即到，指点飞行

A飞行数据实时监测

环境适应性：

»合用高海拔5000米以上地区使用

A环境温度低于-30°下可正常使用

A抗风能力不低于10m/s

A平均无故障时间350小时

A常温下飞行续航时间长，不少于40分钟

视频传输特性：

A空中实时高清视频传输至地面

A全高清1080p/i视频传输，分辨率1920*1080

A采用广播级H.264Highlevel视频编解码方式

»无线传输采用先进的COFDM调制方式，具有卓越的绕射性能

A兼容MV2025TBME-AG/1080i>MV2025TJ20E/1080i等高清单兵、车载图传

系统

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XX消防无人机应用方案

手持式接收机：

»手持式接收机专门为无人机图传系统设计，可安装在遥控器上，使得飞控

手在操控飞行器的同时可以实时查看镜头视角，更加准确的追踪拍摄目标

多类型防雨云台套件：

A昼光防雨自稳云台，专业卡扣式设计，无需工具轻松拆装，具有专业自稳

装置，可安装多种GoPro型号运动摄像机，可拍摄4K高清视频，画面清

晰稳定

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XX消防无人机应用方案

地面站软件功能特点

SPELLGCS地面站软件基于Windows平台，可运行在便携式笔记本或者专用手持

式控制器上，主要用途是对无人机进行航点规划以及飞行控制，也可用于几

乎所有无人平台中，如地面机器人等。

•实时视频显示，同时查看Googleearth地图，定位无人机位置

•Googleearth全屏显示，精确设置航点任务并支持实时修改航点

•支持一键起飞、一键返航、一键降落、紧急降落等快捷键，操作界面

友好

•飞行轨迹/关键事件SD卡存储以及信息回放再现无人机飞行过程

•支持参数配置，如语音报警配置、设置录相文件路径等

•支持Joystick手柄控制

软件实时显示特性

XX消防无人机应用方案

图象，方便飞手实时了解现场情况，指挥控制飞机，实时视频界面有以下功

能：

•地图显示

•仪表动态显示无人机飞行姿态

・视频录相，视频抓拍

•OSD显示无人机的飞行速度、高度及飞行时间等信息

地面站航线规划

航点任务规划界面为用户提供Googleearth地图，可提前预设航点到飞控，

实现超视距远程飞行。航点任务可实时编辑修改。航点规划主要提供以下功

能：

・单航点规划和多航点规划两种模式

•实时跟踪无人机位置

・定位飞手位置，地图切换到以飞手为中心的视图

•飞行任务暂停，实时修改任务

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XX消防无人机应用方案

3.1.2.系统组成

无人机系统包括：飞行体、飞行控制接收模块、飞行动力模块、控制接

收天线、空中视频采集摄像机、无线视频传输模块、无线视频传输发射天线。

接收终端：便携式多功能手提箱高清接收机、地面站管理平台

3.1.3.设备图片简介

前端飞行机体如下图

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XX消防无人机应用方案

•微型图传接收机如下图

遮图板

•空中无线视频发射前端主机如下图

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XX消防无人机应用方案

碳纤维材质高清机载型图传发射机

发射机尺寸图

314.技术领

3.1.5.1.KWT-SPELL-Z4M四轴旋翼无人机技术参数

机架参数

机架结构材质高强度碳纤维，机体防雨设计

展开及拆收方式折叠式展开设计

机电轴距840mm

飞行参数

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XX消防无人机应用方案

标准起飞分量6.OKg

最大起飞分量8.OKg

负载分量0-2.5Kg

悬停(续航)时间40min(@6.OKg)

最大抗风能力10m/s

最大平飞速度15m/s

最大飞行高度1000m(平原)

最大工作海拔5000m

垂直方向士0.5m

GPS悬停精度

水平方向±2.0m

云台参数

稳态电流：〈0.3A(@12V)

工作电流

动态电流：〈0.6A(@12V)

输入电压3S~6s(12V~26V)

角度控制精度±0.1°

横滚方向(ROLL)：±30°/s

最大可控转速

俯仰方向(TILT)：±130°/s

横滚方向(ROLL)：±39°

可控转动范围

俯仰方向(TILT)：-130°~+50°

昼光摄像机参数

传感器1/2.5英寸，CMOS

像素500万

视频输出格式1920X1080p30

光圈Fl.8~F2.2

焦距4.5mnT45mm

可视角度5°~50°(水平)

最小照度6Lux(Fl.8/1920X1080)

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XX消防无人机应用方案

功耗<0.3W

自驾仪参数

支持遥控器PCM/2.4GHz

控制模式手动模式、姿态模式、GPS模式

遥控器控制距离0-3公里

安全锁模式掰杆启动

垂直方向：±0.5m

GPS悬停精度

水平方向：土L5ni

失控保护保护自动返航降落

一级保护：面指示灯报警；

低电压保护模式

二级保护：LED报警并自动返航降落

地面站参数

支持平台WindowsXP、Windows7、Android

数传电台频率900MHz

最大通讯距离5-10Km

控制模式点击模式、航线规划、自主飞行

3D地图视角支持

一键起飞/降落支持

GPS坐标指示

电量消耗

当前电流

飞行高度

飞行状态

实时信息显示GPS星数

姿态角

震动系数

晃动系数

飞行时间

动力电压

物理特性

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XX消防无人机应用方案

工作环境温度-20℃^60℃

工作环境湿度20~80%

存储环境温度-10℃~50℃

存储环境湿度20~70%

分量（双镜头）<280g

尺寸（双镜头）138mmX119mmX82mm

防护等级IP65

3.1.5.2.高清无人机图传发射机参数

电源部份

工作电压DC7V~DC16.8V

工作电流WO.6A@DC12V

图象发射部份

输出频率范围300MHz~450MHz,560~760MHz,或者根据客户要求定

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前向纠错码率1/Q2Z33/4,B/fi7/Rm诜

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侔护间隔17301/161/R1/AFT诜

功率平整席

“川1-iJt.）乂仝撕肉<1dR8MFh内VQ5dR

PS939棒制榕口j标ZJ«1注I1-RS=221由[_JI平7.JQU6U0U0，OR71N17._1L

RS2R2新据熔口标准RS2R2由平.主持120。~115200

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XX消防无人机应用方案

CVBS

视频白条幅度(mV)p-p700

视频同步幅度(mV)p-p300

信噪比(不加权)dB60

斜场信噪比(不加权)dB56

摹拟音频

平衡音频输入幅度Vmax=±15V

非平衡音频输入幅度Vmax=3Vpp

SDI

标准SMPTE425M(LevelAandLevelB),SMPTE424M,SMPTE

292,SMPTE259M-CSMPTE272MSMPTE299M

输入幅度mV800±80

HDMI

版本HDMI1.3

HDCP协议支持

编码支持

64,96,112,128,160,192,224,256,320,384Kbps

音视频速率

可调

音频编码模式MPEG1Layer2

最低720X480/601(720X576/501)

视频分辨率

最高1920X1080/60P自适应

视频编码方式H.264

视频速率500kbps-16.68Mbps自适应

格式YCbCr4:2:0

环境

工作温度-25℃~55℃

存储温度-40℃~70℃

3.1.5.3.高清全功能便携式接收机参数

电源部份

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XX消防无人机应用方案

工作电压AC220V±20V；DC12V

工作电流W

图象接收部份

输入频率范围170MHz~~860MHz

射频带宽1.5/2/4/6/7/8MHz

接收灵敏度-96dBm~-20dBm@8M,T06dBm~-20dBm@2M

解调方式COFDM

解密方式ABS/ALLTECHBasicScrambling

输出视频制式PAL/NTSC

视频解码标准兼容H.264/MPEG2,双解码自适应接收

音频解码标准IS0/IEC11172-3MPEG-1、IS0/IEC13818-3MPEG-2

(LayerI&II)

视频输出接口CVBSX2.HDMI/DVIX1,色差分量X1,SDIX1(定制)，

ASIX1(定制)

视频图象（MAX）1920X1080X60i/50i

输出视频幅度Pl.2Vp-p@75Q

视频白条幅度650~720mV

CVBS标清视频输出mV

视频同步幅度260~275mV

mV

0~4.8MHz-0.5~1.5

摹拟视频幅频特性dB

5.5MHz-4.0~l.5

摹拟音频输出摆布声道，立体声

标准SMPTE425M(LevelAandLevelB),

SMPTE424M,SMPTE292,SMPTE259M-C

HD-SDI高清视频输出

SMPTE272MSMPTE299M

输入幅度mV800±80

版本HDMI1.3

HDMI高清视频输出

HDCP协议支持

色差分量输出YPbPr@720P,YCbCr@1080i

RS232控制接口标准RS232电平，9600,8,N,1

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XX消防无人机应用方案

RS232数据接口标准RS232电平，支持1200^115200

录相部份

视频制式PAL

2CIF/4CIF