CN102749638A - 一种景区遇险游客搜寻系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种景区遇险游客搜寻系统，该搜寻系统包括无人驾驶机，照相机，探测器、游客携带信标和地面测控站，探测器主要由主控芯片、无线收发模块、SD存储卡、电压转换模块、锂电池以及天线组成, 游客携带信标主要由主控芯片、电压转换模块、无线收发模块、语音控制芯片、GPS模块、喇叭、天线和锂电池构成。本发明以无人驾驶机作为搜救平台，通过机载探测器和游客携带信标之间的无线通讯连接，并利用GPS技术来搜索和定位遇险游客，与现有技术相比，本发明结构简单、造价低、搜索信号基本不受限，因此不仅可显著提高搜索效率和救援成功率，还可大大降低搜寻作业成本和风险，有助于维护景区良好形象。

Description

一种景区遇险游客搜寻系统

技术领域

本发明涉及一种搜寻系统，特别是涉及一种根据游客携带信标发射的无线信号来进行搜索的搜寻系统，该系统尤其适用于山地、沙漠等地形条件复杂、面积较大的景区。

背景技术

随着国内外旅游业的蓬勃发展，人们对于旅游的需求，不再满足于一般的观光式旅游，户外探险式旅游日渐增多。同时，一些较原始的高山、沙漠、峡谷等地区，由于其神秘的自然风光和优美的生态环境，正被逐渐地开发为景区，吸引旅游者来观光和探险。这类景区普遍具有面积广阔、海拔高、地形复杂、气候条件较差、地质灾害易发、植被覆盖茂盛和通信信号不稳定等诸多特点，容易发生旅游者迷路、身体不适、跌坠等危险事件，近年来，此类事例层出不穷，如四川四姑娘山景区每年都有游客因违规登山或探险而失踪或遇难，每次救援行动都会耗费大量人力、物力和财力。

在国内外救援行动中，常见的目标搜索方式包括航空搜索和地面搜索，显然，航空搜索的效率远高于地面搜索。国际上，美国、澳大利亚等发达国家，航空工业和通用航空发达，加之政府资助，空中救援力量较强，往往使用有人驾驶航空器，如直升机对遇险游客进行搜索救援，其优势不言而喻。但该救援方式任务成本和风险较高，对于山地、沙漠等景区来说，由于其植被覆盖茂密、地形复杂、天气状况差等因素的影响，往往搜索视野受限，对飞行员的飞行技术要求很高。与发达国家相比，中国由于航空工业和通用航空欠发达，救援力量和技术水平也薄弱，因此多采用地面搜索方式对遇险游客进行救援，该救援方式人力和财力耗费高、搜索视野小、特殊地区进入困难，尤其是搜索效率极低。

近年来，随着民用无人驾驶机的迅速发展，尤其是空中航拍技术及应用的快速发展，一些景区已开始采用无人驾驶机搜寻遇险游客。目前一般是在飞行控制半径内，通过光学或红外设备对搜寻区域的地面进行高分辨率、高清拍摄，然后再采用图像处理技术分辨和确认搜索目标。这种搜索方式的普适性较好，但其技术有较大受限，如由于景区植被覆盖茂密遮挡住地面，就无法得到实际影像，也就无法确定搜索目标，而救援的关键是快速搜索、定位救援目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种景区遇险游客搜寻系统，该搜寻系统基本不受搜索环境和技术的限制，能大大提高搜索效率和救援成功率（游客生还率），并可显著降低搜寻作业成本和风险。

为达到上述目的，本发明提供的一种景区遇险游客搜寻系统包括无人驾驶机、地面测控站和带快门线的数码相机，无人驾驶机内设置有数传电台，数码相机也安装于无人驾驶机内，并与地面测控站无线通讯连接，由地面测控站控制其拍照，此外该搜寻系统还包括机测器和游客携带信标；

所述探测器安装于无人驾驶机上，包括主控芯片、无线收发模块、SD存储卡、电压转换模块和天线，其中天线挂于无人驾驶机的机腹处，主控芯片通过接口向无线收发模块发出激活游客携带信标的命令，无线收发模块将主控芯片发出的命令解调后通过天线向地面发射，另一方面无线收发模块将通过天线接收到的来自地面游客携带信标发射的应答信号解调后通过接口传输至主控芯片，主控制芯片将解码得到的游客ID信息和地理位置信息通过接口存储于SD存储卡内，同时主控芯片还通过接口接驳数传电台，将来自于信标的所有信息通过数传电台传送至地面测控站；

所述游客携带信标包括主控芯片、电压转换模块、无线收发模块、语音控制芯片、GPS模块、喇叭和天线，游客ID信息和录制的提示语音信息存储在主控芯片内，主控芯片根据信标是否处于探测器发射的激活信号覆盖范围内来设置无线收发模块为接收模式或发送模式，当信标处于激活信号覆盖范围外时，主控芯片通过接口设置无线收发模块为接收模式，并关闭GPS模块和语音控制芯片，当信标处于激活信号覆盖范围内时，主控芯片通过接口设置无线收发模块为发送模式，并启动GPS模块与语音控制芯片，GPS模块将获取的游客地理位置数据通过接口传输至主控芯片，主控芯片将其处理后通过无线收发模块调制后经天线向探测器辐射，同时启动语音控制芯片，播放预先录制的提示语音；

地面测控站主要由装有专用搜索飞行测控软件的笔记本电脑构成，当地面测控站接收到探测器传回的游客携带信标的ID、地理位置信息后，将其中的游客ID信息与景区管理机构提供的游客动态数据库进行对比，查找出对应的游客，并根据地理位置信息在飞行地图上标识信标的准确位置，然后调整无人驾驶机的飞行航线，控制飞机从信标上空飞过，同时发出指令并通过电子快门线控制照相机每隔一定的时间对地拍照一次。

本发明的工作模式是：游客进入景区前，先在景区管理机构注册身份信息，建立游客动态数据库，并租用或购买信标，游客在旅游活动中应一直随身携带信标。当获悉游客遇到险情后，开始启用本发明搜寻系统对目标进行搜索，其过程如下：

（1）首先充分搜集遇险游客的相关信息并勘察搜寻地区飞行作业条件，然后使用地面测控站现场规划飞行航迹，并上传至无人驾驶机，经充分准备后无人驾驶机起飞，待其空中姿态正常后将手动操控切换为自动驾驶，无人驾驶机按照预设航迹进行飞行搜寻作业；

（2）机载探测器从起飞时开始工作，每隔一定时间通过定向天线向地面发射一次信标激活信号。因探测器距地面约100米-500米，依据天线电磁辐射理论，该无线电信号呈圆锥形覆盖地面；

（3）游客携带信标平时处于低功耗的待机状态，当有无人驾驶机从遇险游客附近上空飞过，信标处于机载探测器激活信号覆盖范围内时，信标通过内置天线接收到激活信号，立即从待机状态转变为正常工作状态，返回信标的ID、GPS等信息，并发出语音提示，如“您已被找到，请原地等待救援”；

（4）机载探测器接收到信标返回的信息，将其处理后传送至地面测控站，地面测控站将收到的ID相信与景区提供的游客数据库比对，即可确定遇险游客身份，并在飞行地图上直观显示遇险游客的身份信息和地理位置信息，同时控制无人驾驶机调整飞行航线直飞被探测目标上空进行拍照，然后沿既定航线继续飞行至返航；

（5）无人机返回地面后，提取照片，救援队根据照片查看地面实景，进一步确认遇险游客和了解地面场景，以便开展更有效的地面救援工作。

本发明以无人驾驶机作为搜救平台，通过机载探测器和游客携带信标之间的无线通讯连接，并利用GPS技术来搜索和定位遇险游客，与现有技术相比，本发明结构简单、造价低、搜索信号基本不受限，因此不仅可显著提高搜索效率和救援成功率，还可大大降低搜寻作业成本和风险，有助于维护景区良好形象。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明实施例中所述机载探测器的模块构成图。

图3为本发明实施例中所述游客携带信标的模块构成图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括无人驾驶机，照相机，探测器、游客携带信标和地面测控站，无人驾驶机是装配了自动驾驶仪的油动型固定翼无人驾驶飞机，翼展3米，有效载荷3kg，最大飞行高度5500米，内置有数传电台。照相机采用带快门线的数码相机，本实施例中采用有效像素为2110万的佳能mark 5D II单反数码相机，地面测控站控制照相机拍照。

探测器搭载于无人驾驶机上，沿规划航线进行搜索，每隔一定时间发射无线信号，以激活地面的游客携带信标，同时连续接收信标的应答信号（包含游客携带信标的ID、GPS、和当前时间信息等），并通过无人驾驶机上的数传电台将获取的信息传输至地面测控站。探测器的主要技术指标如下表：

表1探测器主要技术指标

技术指标	数值
		垂直离地响应距离	500m
单次扫描时间	2s
		功耗	5W
连续工作时间	4h
		重量	0.5kg
存储(SD卡)	2G
		最大电流	1.5A
工作电压	12V

如图2所示，探测器主要由主控芯片、无线收发模块、SD存储卡（安全数码卡）、电压转换模块、锂电池以及天线组成。其工作原理是：在无人驾驶机巡航时，主控芯片每隔2-3秒通过SPI接口向无线收发模块发送激活游客携带信标的命令，无线收发模块将该命令解析、调制成433MHz的发射信号，经天线向地面辐射。另一方面，无线收发模块通过天线接收来自地面游客携带信标发射的应答信号，对其解调后，通过SPI接口传输至主控芯片，由主控芯片解码，得到ID和地理位置信息，然后通过SPI接口存储至SD卡内，同时通过RS232接口接驳机载数传电台，经数传电台将信标的所有信息传送至地面测控站。

本实施例中主控芯片采用TI公司生产的16位超低功耗微控制器MSP430F149IPM，该控制器具有16位RSIC结构、25ns指令周期、一种活动模式和五种省电模式，活动模式：280μA（1MHz，2.2V），待机模式1.1μA；工作电压为1.8～3.6V。同时，其内部带有12位A/D采样电路、串口USART0/1、欠电压检测器等。无线收发模块采用在nRF905电路的基础上增加了功率放大电路的RFC33A模块。nRF905是挪威Nordic公司推出的一款单片射频发射器芯片，采用32引脚5mm×5mm QFN封装，工作于433MHz、868 MHz、915 MHz等3个ISM频道，其中433MHz频道在中国大陆可以免费使用。nRF905具有低功耗模式，在以-10dBm发射功率时，电流只有11mA，而对应接收机的电流只有12.5mA。芯片可以设置为空闲模式、关机模式等。RFC33A模块由于在nRF905电路的基础上增加了功率放大电路，使得nRF905模块的最大输出功率提升到2W，从而使可视通信距离达到2km。电压转换模块包括电压转换模块1和电压转换模块2，分别采用DC-DC 1205和ASM1117模块。天线采用430MHz的平板天线D450W06，使用时挂载于无人驾驶机的机腹处。天线的主要技术指标如下：

表2平板天线主要技术指标

指标	数值
		频率	433MHz
驻波	≤2.0
		增益	6dBi
极化型式	Vertical
		最大功率	50W
输入阻抗	50Ω
		接口型式	N-K
天线尺寸	207×180×43mm
		重量	0.55kg

本发明中游客携带信标作为游客随身携带的电子设备，应具有性能稳定、体积小、重量轻、可靠耐用和便于携带等特点。游客携带信标是与探测器配合使用的。游客携带信标的主要技术指标如下表：

表3游客携带信标主要技术指标

参数	数值	单位
			低功耗模式电流	15.5	mA
激活后发射平均电流	65～70	mA
			激活一次平均发送次数	50	次
GPS定位有效数据所需时间	40～60	mA
			激活后发射频率间隔	1～1.5	秒
工作时间	>100	小时

如图3所示，游客携带信标主要由主控芯片、电压转换模块、无线收发模块、语音控制芯片、GPS模块、喇叭、天线和锂电池构成。其工作原理是：信标在上电初始化后，主控芯片通过SPI接口设置无线收发模块为接收模式，并对CD端口开放中断，然后关闭GPS模块和语音控制芯片，进入第3种低功耗模式，此时，信标处于待机监测模式。当信标处于探测器发射的激活信号覆盖范围内时，无线收发模块通过CD端口向主控芯片请求中断，主控芯片立即响应中断，进入正常工作模式，通过SPI接口设置无线收发模块为发送模式，同时启动GPS模块与语音控制芯片。主控芯片通过RS232接口接收GPS模块获取的地理位置数据，对其处理后通过无线收发模块调制后产生应答发射信号，经天线向探测器辐射。同时主控芯片启动语音控制芯片ISD1820，由喇叭播放预先录制的提示语音。当信标超出机载探测器发射的激活信号覆盖范围时，信标再次进入待机监测模式。

本实施例中游客携带信标所采用的主控芯片、无线收发模块、电压转换模块与探测器所采用的一样。GPS模块采用GS-15C芯片，其主要参数如下：

表4 GS-15C芯片主要技术指标

数据格式	WGS-84 NMEA 0183
		有效数据格式	GGA, GSA, GSV, RMC,GLL,VTG
通信数率	波特率:9600
		通信数据格式	数据位：8位，停止位：1位，不校验位
数据刷新率	1秒
		输出电平类型	TTL
工作电流	32～36mA

语音控制芯片采用具有低功耗、高音质等优点的ISD1820芯片，ISD1820芯片具有单芯片录音和放音功能，信息保存时间可达100年。

本发明中地面测控站主要由装有专用搜索飞行控制软件的笔记本电脑构成，所述专用搜索飞行控制软件是在现有飞行控制软件的基础上进行改进的，不仅具有现有飞行控制软件的系统参数设置、飞行姿态监测、地图导入、航线规划等功能，还增加了如下与遇险游客搜索相关的功能，即：

（1）实时接收机载探测器传回的游客携带信标的ID、地理位置等信息，将ID信息与救援前景区管理机构提供的游客动态数据库进行比对，查找出对应的游客，并弹出显示框，直观显示该游客的注册信息，如姓名、性别、身份证号、照片等。同时，根据地理位置数据在飞行地图上标识信标的准确位置；

（2）自动调整航线，将该信标的地理坐标设置为新航点，通过数传电台向无人驾驶机上传新航线，控制无人机从信标上空飞过，同时，发出命令通过电子快门线控制照相机每隔4秒对地拍照一次，直至飞机飞至下一航点才结束拍照。

Claims (1)

1.一种景区遇险游客搜寻系统，包括无人驾驶机、地面测控站和带快门线的数码相机，无人驾驶机内设置有数传电台，数码相机也安装于无人驾驶机内，并与地面测控站无线通迅连接，由地面测控站控制其拍照，其特征在于：该搜寻系统还包括探测器和游客携带信标，

所述探测器安装于无人驾驶机上，包括主控芯片、无线收发模块、SD存储卡、电压转换模块和天线，其中天线挂于无人驾驶机的机腹处，主控芯片通过接口向无线收发模块发出激活游客携带信标的命令，无线收发模块将主控芯片发出的命令解调后通过天线向地面发射，另一方面无线收发模块将通过天线接收到的来自地面游客携带信标发射的应答信号解调后通过接口传输至主控芯片，主控制芯片将解码得到的游客ID信息和地理位置信息通过接口存储于SD存储卡内，同时主控芯片还通过接口接驳数传电台，将来自于信标的所有信息通过数传电台传送至地面测控站；

所述游客携带信标包括主控芯片、电压转换模块、无线收发模块、语音控制芯片、GPS模块、喇叭和天线，游客ID信息和录制的提示语音信息存储在主控芯片内，主控芯片根据信标是否处于探测器发射的激活信号覆盖范围内来设置无线收发模块为接收模式或发送模式，当信标处于激活信号覆盖范围外时，主控芯片通过接口设置无线收发模块为接收模式，并关闭GPS模块和语音控制芯片，当信标处于激活信号覆盖范围内时，主控芯片通过接口设置无线收发模块为发送模式，并启动GPS模块与语音控制芯片，GPS模块将获取的游客地理位置数据通过接口传输至主控芯片，主控芯片将其处理后通过无线收发模块调制后经天线向探测器辐射，同时启动语音控制芯片，播放预先录制的提示语音；

地面测控站主要由装有专用搜索飞行测控软件的笔记本电脑构成，当地面测控站接收到探测器传回的游客携带信标的ID、地理位置信息后，将其中的游客ID信息与景区管理机构提供的游客动态数据库进行对比，查找出对应的游客，并根据地理位置信息在飞行地图上标识信标的准确位置，然后调整无人驾驶机的飞行航线，控制飞机从信标上空飞过，同时发出指令并通过电子快门线控制照相机每隔一定的时间对地拍照一次。

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