四旋翼在警用安防领域的应用研究

西北民族大学电气工程学院 任鹏东 谢 义 郭峥嵘 吴国福 梁美娇 王叶南

四旋翼在警用安防领域的应用研究

西北民族大学电气工程学院 任鹏东 谢 义 郭峥嵘 吴国福 梁美娇 王叶南

近几年来，无人机行业迅速的发展，越来越多的人将无人机作为自己的业余爱好。市面上现在大部分的无人机为四旋翼无人机，而四旋翼无人机主要是用来航拍，所以经常能在视频网站上看到无人机拍出祖国的大好河山，秀美的景色令人心旷神怡。但四旋翼真的就只限于航拍这一种功能吗，为此我有了我自己的想法。本文研究了四旋翼在警用安防领域如何实现，具体的设计方法，大致的设计方向，以及可现性等作了分析。

无人机；四旋翼；警用；安防

0 引言

经常能在电视上看到警察抓捕贩毒集团等拥有很大危险的犯罪分子时候，场面经常是惊心动魄。在抓捕前这些都要进行严密的布控，但是狡猾的嫌疑人利用他们对地形的熟悉，有时候能迅速地摆脱抓捕人员，对抓捕带来很大的不利。如果在此时天空中有一架无人机对这一切都有着监控，有专人提供随时的动态，这就对嫌疑人动态有清晰地了解，抓捕就会顺利许多。

去年夏天我所生活的地方一条河流上游泄洪，泄洪后有一位老人没有及时撤离出河床，被困在河水中央。河水湍急，消防人员无法游到老人身边，又因为河的两岸较宽，没有设备把绳子抛到对岸固定，因此不能让消防员顺着绳子过去救人。时间流逝，最后没有来得及将老人救走，就被河水吞噬。要是能有一架无人机能将绳子的一端牵引到河对岸放下，让两岸的人拉紧绳子，这样消防员就能游到老人身边，将老人救起。

有很多的驴友喜欢到一些深山老林中感受无人的宁静，但是这些地方往往充满着未知和危险。手机没有信号，环境的恶劣，很多人因此迷失方向。一旦危险发生，救援人员很难快速的找到他们，只能是自己也深入其中。而像直升机这样的设备并不是随时都有，这样无人机就体现了它的作用。可以进山搜索，夜晚时配备一个具有夜视功能的摄像头，再加一个强光手电筒就可以帮助人们搜索。无人机的速度快，搜索范围广等都会加快寻找。需要做的就是多带几块电池即可。

1 四旋翼飞行器的现状

现阶段的四旋翼飞行器主要用来航拍，像大疆这样的厂商，他们的四旋翼拥有着很高的运动性能以及清晰的拍摄能力。并且现在四旋翼越来越智能化，能够逐渐减少人们的操作负担。但是现在的无人机行业所做的四旋翼产品都比较单一，仅仅是只做到了航拍这一方面。当然现在也有向农业植保机方面研究的，也都取得了一些成就。最近，我有个想法，四旋翼能否向安防领域发展。

2 四旋翼应用在安防领域的改造方法

要做成警用安防四旋翼，市面所见的四旋翼无法胜任，所以必须对无人机进行定向改造。目前本研究对四旋翼改造有三个方面，分别应对引言中提到的三个事件。首先对无人机的摄像头进行升级，其次安装一个牵引装置类似于汽车的拖车钩，最后加装增光装置。以下分别详述改进方法。

2.1 四旋翼的摄像头升级

目前市面所见的四旋翼大多都为高清摄像机，像一些大厂商都会自主设计摄像机，但大多数航模爱好者都是用450机架等携带Gopro等运动相机，如图1所示。这些相机的优势是拍摄的画质高清并且小巧，能够带来很好的视觉体验，但是对于光线较暗的环境根本无法看清。既然是警用安防，我认为应该将摄像头改为具有夜视能力的类型，可以牺牲一部分的清晰度只要能够看清地面环境即可。这样在空中执行任务时，若是在白天，能够看到嫌疑人的具体方位，在夜晚能够看到人体的方位以便为抓捕人员提供嫌疑人的方位。这样的摄像头在购物网站能够买到并且价格均在300元左右。夜视摄像头如图2所示，显示效果如图3所示。这样对四旋翼的初步改造完成，能够应对引言中对一个案例，当然如果在无光环境下依旧难以应对，例如引言中第三个案例，此时需要进一步改进。

图1 某运动相机

图2 某夜视摄像头

图3 夜视摄像头白天与夜间图像

2.2 对四旋翼增加补光装置

在无光环境下要使用四旋翼寻找目标，像是在丛林中寻找失踪人员，即使有夜视摄像头，但也不足够看清一切事物。热成像设备一般较大，且价格较贵，无法带上四旋翼。此时可以加入一个强光手电筒，强光手电筒重量不大，续航时间长，手电如图4所示。此类型手电筒可照射距离为300米，并且可以调整焦距。这样可以向地面补光以便观察地面情况。当然这样的手电筒还有一个缺点，就是开关需要人工操作，会带来操作不便。但是也不是不能改变，可以把电筒的开关改为电脉冲的触发方式，这样可以利用四旋翼遥控器的接收机直接完成。但在实际使用中手动方式也并不会太过麻烦，做够应对很多问题。

图4 强光手电筒

2.3 给四旋翼增加牵引装置

牵引装置在本研究中指的是一个可以由操作人员控制，能够控制它的打开与关闭，如图5所示。工作方式为：当舵机接收到信号时，舵机转动带动蓝色金属杆，蓝色的金属杆又带动中间横着的金属杆，这样就可以关闭凹口。安装在飞机上时，将凹口朝下，将所需的东西如安全绳的一端挂在凹口出并闭合凹口，这样就可以携带安全绳到指定位置。到达指定位置再将凹口打开放下安全绳，这样就完成了引言中第二个案例的任务，为老人的生还带来更大的几率。

图5 投放器

3 研究总结

通过上述的三个改造方面，对于四旋翼在警用安防领域有了一定的适用性。当然安防领域是一个很大的领域，只要是能够帮助人们，救助人们，保护人们都是安防的一方面。本文中也只是我们研究团队能够做到的一些方面，本文中也没有将我们具体的研究成果体现，一方面是我们的实体产品正在制作，完成本文时实品并未完成；另一方面是想不限定读者的思维，能让感兴趣的人充分发挥自己的想象，做出自己能够做出的东西，并且能够更加完善无人机在安防领域的研究，做出更好地产品。

最后希望无人机能够向安防领域发展，将无人机能力最大化，无人机能够为我们开拓眼界的同时能服务于大众，帮助人们解决更多的事情，让人们感受到科技为人类做出的贡献。

[1]庞庆霈．四旋翼飞行器设计与稳定控制研究[D]．中国科学技术大学,2011．

[2]聂博文,马宏绪,王剑,王建文．微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术[J]．电光与控制,2007,14(6):113-117．

西北民族大学国家大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号：201610742089）。