基于无人机自动巡检和人工智能分析的森林管理系统需求

基于无人机自动巡检和人工智能分析的森林管理系统需求1、项目背景林场森林巡护工作由于林区覆盖面积大、护林员巡视工作量大、观察距离或视角约束，加上野外工作环境复杂等干扰因素，导致林场巡检工作存在管理盲区，而且部分反馈存在主观偏差与滞后性，影响林场监管运维效率。现有森林资源监测中心系统的建设，提供了数据的统一接入平台，也提供视频等监测手段，在一定程度上提高了林场管理和运维的水平和效率，但是由于摄像头监测范围有限，林区供电、网络不便等问题，难以通过当前技术手段实现对林区真正的无人化管控。本项目计划采购巡护所需等专业级无人机与配套机场，为其设计合理的一键放飞集成管理模式与轻量级巡视任务，实现不同配置的各型号无人机基于自身功能差异搭配不同的机载设施参与定制化的森林巡护场景，实现无人机的高低搭配与功能互补，协作组网对森林进行自动智慧巡检，采用视频、红外感知等传感设备自动监测森林全域范围。为了降低无人机操控难度，计划部署基于互联网通信的无人机组网调度平台，通过无人机调度平台，完成林场巡视航线的优化组合及巡视计划的自动编制及执行；通过部署固定翼无人机的简易机场与多旋翼无人机的自动机场，实现对林场的实时巡视以及无人机的远程网联调度及数据实时回传，对各类监测信息进行多维度的展示、分析，自主完成巡视数据的整理、风险识别等功能，引导运维或值班人员实现远程管控与辅助调度等业务职能。2、项目目标基于林场情况特点，构建无人机自主巡检平台，解决当前林场范围大、管理人员少、巡视难度大的问题，充分利用无人机机动性强、数据采集精度高的特点，配合全自动无人机充电机场技术，实现对林场全域范围的远程巡视圈式覆盖，并全面提升巡视频率和巡视深度，及时发现巡视问题并处理，解放人力，提高工作效率。利用全景区三维实景模型与无人机自动巡检平台配合，结合人工智能识别技术、大数据技术，构建体系完善的林场自主巡视和监测云平台，实现生态破坏识别、自然灾害识别勘察、林木病虫害监测、林火监测预警、应急处理等处置，最终实现林场全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化、林场运维管理与生态保护的协同化、智能化，实现动态决策、快速响应和智能操控。3.采购项目需求一览表：编号项目名称数量1基于无人机自动巡视和人工智能分析的森林监测系统项目1项3.项目详细清单序号采购人采购内容子项内容数量项目完成期限/要求1林场购置无人机与机载载荷等硬件设备多旋翼无人机及机场设备2套合同签订后3个月内完成无人机及机场设备的交货验收及调试。2林场固定翼无人机1台合同签订后3个月内完成无人机的交货验收及调试。3林场固定翼无人机挂载镜头1台合同签订后3个月内完成设备的交货验收及调试。4林场固定翼无人机简易机场1台合同签订后3个月内完成无人机机场的交货验收。5林场机载智能边缘计算盒子1套合同签订后3个月内完成交货验收及调试。6林场高分贝定向喊话器2套合同签订后3个月内完成交货验收及调试。7林场应用和数据服务器1台合同签订后3个月内完成交货验收及调试。8林场AI计算工作站1台合同签订后3个月内完成交货验收及调试。9林场无人机机场安装及调试机场设备安装施工及调试服务1台合同签订后3个月内完成施工及调试。10林场固定翼无人机简易机场设备及安装施工1台合同签订后3个月内完成施工及调试。11林场应用软件和硬件运维费自动充电机场日常维护保养1年设备交付后1年内维护保养。12林场机场设备保险1年合同签订后3个月内完成交货验收。13林场固定翼无人机保险1年合同签订后3个月内完成交货验收。14林场多旋翼无人机电池损耗替换3组为每台无人机提供3组电池供损耗替换。15林场多旋翼无人机桨翼与脚架配件3套为每台无人机提供3套配件。16林场固定翼主桨与桨叶配件1套为每台无人机配置1幅主桨、2副桨翼。17林场年流量1年合同签订后3个月内完成交货验收。18林场3套系统的软件终身授权使用无人机自主巡护作业系统1套合同签订后3个月内完成巡护作业系统。19林场巡护业务管理二三维可视化管理系统1套合同签订后3个月内完成巡护业务管理二三维可视化管理系统。20林场基于人工智能的巡护预防事件识别与应急处理系统1套合同签订后10个月内完成巡护预防事件识别与应急处理系统。21林场无人机操作技能培训取证费用以及后期技术咨询费培训取证10/22林场后期技术咨询3/多旋翼无人机及机场设备序号具体技术(参数)要求11、轴距对角线轴距：450±50毫米。左右轴距：350±50毫米。前后轴距：300±50毫米。2、最大上升速度6±2米/秒（普通挡）。8±2米/秒（运动挡）。3、最大下降速度6±2米/秒（普通挡）。6±2米/秒（运动挡）。4、最大水平飞行速度（海平面附近无风）普通挡，开启避障：前飞15±2米/秒，后飞12±2米/秒，侧飞10±2米/秒。运动挡：前飞21±2米/秒，后飞18±2米/秒，侧飞16±2米/秒。5、最大抗风速度作业阶段抗风能力：12±2米/秒。起降阶段抗风能力：8±2米/秒。6、最大起飞海拔高度4000米7、最长飞行时间不少于45分钟8、最长悬停时间不少于40分钟9、最大作业半径不少于8公里10、最大续航里程不少于40公里11、最大可倾斜角度：25°±5°（普通挡）、25°（运动挡）12、最大旋转角速度：250°±10°/秒13、GNSSGPS+Galileo+BeiDou+GLONASS（仅在RTK模块开启时支持GLONASS）。14、悬停精度（无风或微风环境）垂直：±0.1米（视觉定位正常工作时）。±0.5米（GNSS正常工作时）。±0.1米（RTK正常工作时）。水平：±0.3米（视觉定位正常工作时）。±0.5米（GNSS正常工作时）。±0.1米（RTK正常工作时）。15、工作环境温度：-20℃至45℃16、防护等级IP5417、RTK模块：飞行器集成18、夜航灯：飞行器集成固定翼无人机序号具体技术(参数)要求11.专用固定翼巡检无人机（含1套简易起降机场、1套中继基站，相机需加配）；固定翼无人机采用倾转翼尖设计和快拆设计，具备工业级飞控与导航系统，可搭载双光相机、多光谱相机等不同挂载，满足不同场景作业需求。最大续航时间（标准实验环境）：不少于120min；抗风等级：不少于6级；巡航速度：不少于17M/S；2.支持30KM双频高清图传，实现超远距离稳定无忧作业；3.集成先进的飞控技术，AI智能技术，强大的软硬件结合，高度智能化；4.含备用电池2组；固定翼无人机挂载镜头序号具体技术(参数)要求1搭载不少于4K20倍光学变焦相机，1200万像素广角相机，640×512红外热成像相机，激光测距雷达，三轴增稳云台。固定翼无人机简易机场序号具体技术(参数)要求1易于野外携带，支持人工快速折叠收纳，展开后平面面积约0.9mx0.9m，正面喷涂固定翼无人机自主视觉降落标志，具备防水、抗5级风的基本能力。机载智能边缘计算盒子序号具体技术(参数)要求11.无人机4G/5G入网。

2.1080P高清图传。

3.数传支持超视距网联测控。高分贝定向喊话器序号具体技术(参数)要求1广播距离大于80米。应用和数据服务器序号具体技术(参数)要求1CPU：主频≥2.9GHz；CPU内核数≥6；内存配置DDR4以上，内存总数≥32GB，最大可配置≥128G，最大内存插槽总数≥4；当前配置阵列卡1块，支持RAID0、RAID1、RAID5、RAID10等；硬盘：容量总数≥32TB；1U或以上标准机架；双口千兆网卡；带外管理口；≥2个PCI-Express插槽；硬盘最大支持数：4块。AI计算工作站序号具体技术(参数)要求1CPU:InterCoreI714700K同等或以上性能处理器；主频>=5.0GHz；内存配置:DDR4以上,内存总数>=16GB,最大可配置>=64GB；硬盘:1TBSSD硬盘以上；网卡:>=1口千兆或以上以太网卡；GPU:RTX4070S12G及以上；机场设备安装施工及调试服务序号具体技术(参数)要求1多旋翼机场施工调试及年度运维。固定翼无人机简易机场设备及安装施工序号具体技术(参数)要求1易于野外携带，支持人工快速折叠收纳，展开后平面面积约0.9mx0.9m，正面喷涂固定翼无人机自主视觉降落标志，具备防水、抗5级风的基本能力；固定翼机场施工调试及年度运维。自动充电机场日常维护保养序号具体技术(参数)要求1设备交付后1年内提供4次维护保养服务。机场设备保险序号具体技术(参数)要求11.多旋翼无人机及荷载损失8000/年，100万三责2000/年，2套。固定翼无人机保险序号具体技术(参数)要求11.固定翼无人机及荷载损失40000/年，100万三责2000/年，1套。多旋翼无人机电池损耗替换序号具体技术(参数)要求1为无人机提供续航与充电蓄能能力，支持与配套机场充换电，单台无人机需备3组电池。多旋翼无人机桨翼与脚架配件序号具体技术(参数)要求1无人机电池桨翼与脚架，年均更换3套，每套含1副桨翼/一副脚架。固定翼主桨与桨叶配件序号具体技术(参数)要求1为固定翼无人机提供起飞动力，每套含2副主桨、2副桨翼。年流量序号具体技术(参数)要求1每月200GB的定向流量套餐可满足单个机场1280X720高清视频回传数据的使用，1台多旋翼无人机+2套多旋翼无人机机场+1台固定翼无人机，共需4张。无人机自主巡护作业系统序号具体技术(参数)要求1支持组网部署；提供巡检航路网建设、航线规划、无人机调度等网联控制支撑；无人机自动驾驶App。2无人机自主巡护作业系统1.1无人机全自动机场和组网方案无人机场具有无人机续航支持、数据回传、无人机调度三大功能，是解决无人机续航能力瓶颈的关键技术之一。1.1.1无人机选型林场的远程监管与自动运维体系需要采购具备一定载荷能力的专业级无人机实现多用途空中作业平台。本项目计划采用固定翼无人机道通龙鱼Standard进行林场日常巡逻任务，安置于管理处，单架次作业时间超过100min，巡检半径近50km，可覆盖林场所有范围；另外，搭配多旋翼无人机及机场设备套装，用于辅助日常巡视处置，采用定点直线飞行模式，到达指定位置开展工作。1.1.2无人机机场无人机机场体系由气象监测、定制化地面无人机场、北斗联合定位基站、数据链与固定天线模块、通信系统、供电系统、控制系统等组成。无人机机场支持移动式的简易部署与固定式的安装部署。无人机机场通过光纤或移动网络连接后台数据库，可实现无人机自主接收航线规划系统下发的航线信息并上传至无人机自动执行飞行任务、无人机飞行参数采集、巡检媒体（视频、照片）数据回传等功能。此无人机简易机场需要自动给无人机电池充电，并方便人工给无人机更换电池、更换无人机负载以及提供日常检修保障。目前常见的无人机机场按使用场景和建设成本可分为三类：简易机场、自动充电机场和全自动换电机场。本项目根据使用现状及监管业务规模自动机场部署情况给如下：（1）固定翼机场部署本项目拟在管理处部署1台固定翼长续航无人机及配套简易起降机场，以支持无人机满电状态下单次飞行任务巡飞，覆盖周边50KM范围内的林场里程区间。（2）多旋翼机场部署在林场重点防护区域内署2台全自动无人值守无人机及配套全天候户外驻守机库，以支持无人机满电状态下单次飞行任务巡飞半径覆盖机库周边8——10KM范围内的林场里程区间。1.1.3无人机机场位置初步规划为减轻对林场生态的干扰，一般在管护站或生活区附近部署无人机固定机场，各固定机场选址应能覆盖尽可能大的巡检区域，且重叠区域尽可能小。在超出无人机固定机场巡检预定巡检范围的区域通过不同的选型，补充布点，实现林场重点区域的无人机巡检全覆盖。机场主要分布在相邻机场的巡检边界处，可根据机场使用率确定机场部署数量。整体选址应考虑其覆盖范围并在后期建设中可通过多机库联动实现对整个林场范围巡视全覆盖的目的；同时，机场选址还应充分考虑有无供电线路，有无通信网络等情况，应尽量选址已有管护站的位置进行布置。项目建设1个固定翼无人机简易机场和2个多旋翼无人机自动充电机场，后续再逐步完善无人机巡护网络。1.2无人机控制子系统1.2.1巡检航路网建设结合地理环境数据三维可视化、机场选点、林场范围、林场历史巡护数据、重点巡视目标、人文信息等各类数据，规划多条巡检航线，建设林场巡检航路网。主要内容包括无人机巡检航路规划与仿真验证与航路构建关键技术。无人机巡检航路规划与仿真验证包括：1）基于基础地理环境数据构建规划环境；2）长距离巡检航路构建（林内湖泊、巡检路面、道路边坡、森林）；3）定点巡检航路构建（指定的道路卡口、建筑等）；4）仿真飞行测试：多机型多载荷仿真飞行；5）现场考察：低空通信覆盖、时延；RTK点位勘探；地表信息核验；6）实际飞行验证优化。航路构建关键技术包括：基础地理环境精准三维表达；约束要素数据库建立；高效路径搜索算法。1.2.2航线规划模块（1）固定航线规划固定航线规划功能基于林场三维可视化场景，提供航线辅助设计工具，通过点选的方式设置无人机的固定巡视路线，航线设计过程中将自动考虑最小离地高度、障碍物避让距离等因素。（2）自动航线规划自动航线规划功能基于目标位置，利用三维实景模型数据，自主规划飞行航线，实现相对于地面海拔高度的一致飞行，巡检飞行效果与质量保持准确一致。在巡检过程中，可飞行至指定目标附近定位找到合适悬停位置，继而自动沿目标区域飞行并拍摄。1.2.3无人机调度模块无人机调度由可视化调度管理平台直接规划，根据巡视任务规模进行分解，收集可用于巡视任务的无人机资源，根据飞行半径与续航时间为参与任务的每台无人机分配任务。无人机调度将根据巡视任务进行下发与分解，一般从附近机场调度适合任务的无人机机型进行编组配合，并配置任务方案；如有必要可以根据紧急程度，临时变更空中无人机的任务目标。1.3无人机自动驾驶App针对无固定机场规划的小型无人机，可由护林员巡逻时随车携带，在需要无人机执行单独或联合巡查作业时，可通过护林员手机端安装的“无人机自动驾驶App”移动指挥平台现场规划航线并控制无人机自动飞行，从而形成对基于无人机机场的无人机管控网络的有效补充。无人机自动驾驶App可接收后台推送的航线数据，实现现场操作人员脱离遥控器，基于手机或平板电脑实现一键放飞和自动巡视。同时App还具备飞行记录统计、飞行数据管理、飞行模式切换、现场飞行任务规划等功能。巡护业务管理二三维可视化管理系统序号具体技术(参数)要求1二三维一体可视化；可视化巡检调度管理；无人机采集视频/图片可视化。2巡护业务管理二三维可视化管理系统二三维可视化管理平台旨在实现林场的全覆盖式巡检流程的可视化展现与人机交互接口，并结合AI技术实现对各类违建、生态破坏、非法入侵、自然灾害等违法行为或自然活动的自动识别，实时分析林木生态特征，极大地提升巡视效率和智能化水平。包含二三维一体可视化、可视化巡检调度管理、无人机采集视频/图片可视化等模块。2.1二三维一体可视化提供林场及周边环境的二三维展示，通过二维地图展示区划、道路、设施等信息，在三维高清地图的基础上实现对实景三维模型的可视化展示。2.2全覆盖式可视化巡检调度管理2.2.1日常巡检管理模块无人机通过搭载高清数字化摄像头，对林区实时情况进行清晰地拍摄和录像，非常适用于在空中进行日常巡逻和路况采集任务。设计航迹将无人机运行在自动巡航模式下，无需人工干预，每天自动地往返于已经规划好的巡视路线上。这样无人机就像一个飞行的千里眼、将源源不断的视频信息通过移动互联网发送给指挥中心。结合数据智能分析识别模块，对违法行为进行及时发现和处理。2.2.2定点查勘和搜索模块在特定情况或有特殊需求时，可自由设定目标位置和查勘终点，无人机将第一时间起飞并达到指定位置，实时定点查勘。2.2.3喊话模块在违法行为被发现或突发事件发生后，旋翼无人机则可以搭载喊话器、警报器等不同任务模块，在管理人员到达现场之前更快地到达现场，远端管理人员可以通过旋翼无人机搭载的喊话设备直接对现场喊话劝阻和指导。2.2.4巡检过程可视化在巡检过程中，在具有网络信号的情况下可实时查看无人机位置，观看无人机传输回来的视频数据。无人机视频补充了传统视频监控摄像头的不足，给林场巡护管理带来了开阔的视野，提升了应对突发事件的响应速度。可视化平台中接入无人机系统，对无人机系统有良好的功能性扩展的特点，具体特点如下：（1）良好的扩展性，能方便的添加监控点及告警功能；（2）可追溯性强，对无人机回传的信息进行集中的存储；（3）监控能力强，通过网络可以同时监控在不同地域的无人机信号；（4）综合指挥能力高，通过在中心对整体情况的分析与判断可以整体把控林场情况。2.3视频监控数据可视化无通过接入视频监控系统并在地图上标注视频监控位置，实现在地图中点选查看当前视频监控画面。2.4气象环境信息可视化通过接入公开气象数据或气象部门提供的气象数据，在二维地图上通过不同的图标和图斑颜色、三维地图上通过粒子效果模拟气象特效。2.5预警/告警事件可视化通过接口衔接各类数据监控系统、无人机识别事件与数据智能分析分析平台，当数据监测值达到阈值或触发告警时，系统自动显示告警并高亮标注告警设备的空间位置，支持声音告警等功能，实现及时提醒用户处置告警情況，减少不可预知事故发生的目的。2.6态势分析可视化按照时间和空间维度进行四维同步呈现监测数据，实现时空态势监控，完成信息时序分析，全面掌控数据变化态势。支持空间数据的实时监控、历史回放、模拟推演等功能，让数据规律清晰可见，让决策有数可依、更加高效。同时支持用户对地图进行标绘。基于人工智能的巡护预防事件识别与应急处理系统序号具体技术(参数)要求1林区安全隐患识别准确率>85%；发现隐患的告警时间<10秒；无人机实时直播延迟（有信号情况下）<10秒。2基于人工智能的巡护预防事件识别与应急处理系统对于无人机巡检数据采用边缘+云端结合的方式进行AI识别计算并自动识别对应的事件/隐患等，一般包括以下流程：1）智能识别实现对无人机巡检采集的红外影像、可见光图像数据、安全缓冲区计算等智能分析，建设无人机数据智能化应用。云端处理器具备实现自动化的任务队列管理、任务分块调度和K8S技术实现算力管理及横向扩展等功能。2）识别结果人工审核采用友好的交互方式对智能识别结果进行人工双次审核，并且内置标准缺陷库，指导巡视进行最终的缺陷判定和定级。3）缺陷报告一键生成为了满足道路检修作业和运维管理需求，自动生成设备缺陷报告。4）模型管理随着机巡作业开展，样本数据也会越来越多，为模型迭代训练提供了更多的训练素材。需要对不同缺陷种类模型及版本开展管理，包含：添加、删除、启动及禁用等功能。3.1巡视数据自动归类机巡数据自动归类功能可以将当前巡视图像的地理位置信息与平台储存的林区地点要素信息和相关历史图像位置信息相比对，自动判别图像拍摄的设备并归类到相应位置的文件夹中，实现巡视数据的自动整理。3.2生态破坏识别利用AI图像识别技术和图像控制算法精确识别，识别乱砍乱伐，地质破坏等违法行为。通过无人机识别到砍伐、建设事件与合法报批砍伐/建设项目对比，筛选识别出盗伐毁林的违法事件。3.3自然灾害识别和勘察通过影像变化检测和AI智能识别算法，自动识别山体塌陷、滑坡、泥石流等自然灾害，同时基于无人机实现对灾害情况的勘察。3.4林木病虫害监测通过建立病虫害影像特征库，借助无人机影像比对分析工具，实现对松材线虫病等林场绿植病虫害的监测与辅助识别机制。无人机在约0.7平方公里范围内进行可见光拍摄，生成1：500可见光正射影像图。3.5林火监测预警在基础空间数据库、林业基础数据库和防火数据库的支持，综合应用无人机、红外相机、遥感、GIS、GPS、网络与决策支持系统等技术，及时发布高森林火险警报和预警信号，及时、准确掌握森林火情，实现森林防火动态管理，对扑火指挥和火灾损失评估等各环节实行全过程管理，建成智能化防火体系。无人机挂载可见光相机+红外热成像仪，分别进行可见光与热感数据采集，通过影像分析提取火灾事件。3.6应急处理预警/告警事件发生后，支持将预案的相关要素及指挥过程进行多种方式的可视化呈现与部署，支持对应急管理资源部署、资源分布、行动路线、重点目标等进行展现，提高指挥效率、人员对预案的熟悉程度、增强处置突发事件的能力和水平；支持接入应急管理部门预警数据，基于栅格、热图、活动规律等多种可视化分析手段进行可视化分析研判；支持与应急细分领域的专业分析算法和数据模型相结合，助力用户挖掘数据价值，提高应急管理指挥决策的能力和效率。培训取证序号具体技术(参数)要求1选取10名人员进行无人机驾驶资质培训并通过考试，直至考取由民航局飞行标准司颁发的民用无人机驾驶员云执照（AOPA）。取证培训时间26天，其中培训时间25天，考试1天。2（1）无人机操作技能培训及取证1.1培训目的及工作内容为保证管护人员巡控无人机作业规范化、标准化，根据国家民用航空相关法律规范，选取10名人员进行无人机驾驶资质培训并通过考试，直至考取由民航局飞行标准司颁发的民用无人机驾驶员云执照。取证培训受托方主要工作内容如下:1.1.1培训服务（1）培训师资：提供具有签发的民用无人机驾驶员教员等级资质教师做为无人机培训师资，并根据林场人员、学时安排，进行包含地面理论、实践飞行在内的无人机培训工作，培训期间教师食宿由培训方负责；（2）培训设备：培训受托方提供满足航空器拥有者及驾驶员协会关于无人机驾驶员取证培训和考试标准的无人机及必要设备用于飞行训练；（3）培训教材：培训受托方负责购买用于学员培训的教材和飞行记录本，教材包含「《多旋翼无人飞行器概论》、《无人机驾驶员航空知识手册》、《轻小无人机运行规定（试行）》、《民用航空器驾员和地面师资合格审定规则》、《民用无人机驾驶员管理》」。1.1.2考试服务（1）培训受托方向林场提供由航空器拥有者及驾驶员协会组织的无人机考试服务，包含：地面理论和实践飞行科目的首考考试报名及补考考试报名、考试杂费及考试期间的食宿费用（首考