东北大学秦皇岛分校大学生科技创新项目申请表多用途水陆两栖辅助救援型无人机飞行器.docx

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东北大学秦皇岛分校大学生科技创新项目申请表多用途水陆两栖辅助救援型无人机飞行器

编号：

第号

东北大学秦皇岛分校

大学生科技创新项目申请表

创新训练项目

项目名称：

多用途水陆两栖辅助救援型无人

机飞行器

项目负责人：

院年级专业：

控制工程学院2017级测控技术与

仪器

联系电话：

电子信箱：

指导教师：

指导教师所在院：

实验教育中心

指导教师联系电话：

填表日期：

　　年　　月　　日

填写说明

一、项目申请表要按照《东北大学秦皇岛分校大学生科技创新项目管理办法》和《东北大学秦皇岛分校关于申报2018年度大学生科技创新项目、创业项目的通知》，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。

空缺项填“无”。

二、格式要求：

表格中的正文字体为小四号宋体，22磅行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。

均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。

三、项目申请表由项目负责人填写，经学院评审汇总后统一上报大学生创新创业中心，大学生创新创业中心组织大学生创新创业工作专家委员会评审确定。

学生申请课题必须自行联系确定指导教师。

四、项目申请表填写内容应言简意赅，思路清晰，论证充分，字迹清楚，一律用计算机输入打印。

五、以学院为单位上交此申报表（电子档和纸质材料一式三份）。

六、如填表有不明事宜，请联系大学生创新创业中心。

联系电话：

项目名称

多用途水陆两栖辅助救援型无人机飞行器

项目来源

□自主选题□学科交叉项目

□竞赛前期研究□教师子课题

□示范性学生创新团队选题

申请经费

5000

起止时间

2017.10-2018.10

申请团队情况

成员

姓　名

学号

专业年级

联系电话

核心成员

测控技术与仪器15级

测控技术与仪器15级

预备成员

机械工程16级

自动化16级

电气工程及其自动化16级

指导教师情况

姓名

职　务

办公室主任

职　称

讲师

电话

E-MAIL

一、申请理由

【团队优势】

团队五位成员具有较强的项目经验和知识基础，部分成员也参与过相关项目负责和实习经历，有着相关无人机功能开发知识基础，且已有前期的无人机框架，已完成部分模块功能，水陆两栖辅助救援无人机相关专利正在申请中。

【成员特长】

丁雨楠：

测控技术与仪器专业2015级学生，学习成绩优异，热衷于程序设计，较熟悉java，C语言等编程语言，获C语言编程优秀证书，对人工智能领域学习有很大热情。

日语N2级别，BEC优秀成绩；有着积极的团队合作意识，为人团结互助，善于协助团队工作。

有中科遥感技术有限集团三个月实习经历，熟悉ARCGIS，ENVI等遥感相关软件处理后期无人机高分辨率图像（全色及多光谱）方法，多次参与大数据项目处理，掌握相关图像识别知识，了解无人机公司系统运营操作方式背景及现有市场需求。

苏龙飞，控制工程学院测控技术与仪器2015级学生，任31533班组织委员，曾任社团联合会新闻部副部长。

学习成绩良好，获得校三等奖学金。

有良好的创新意识，于2016年12月获得实用新型专利证书，项目为一种洗衣机用固定底座。

对智能控制感兴趣，大二期间加入机器人俱乐部，负责机械臂方面，最终实现功能。

能熟练运用PS、arduino软件，熟悉，C语言。

王政：

机械工程专业2016级学生，入党积极分子，成立东秦魔方协会并担任社长。

学习成绩良好，大一下半学期综合排名第五，获校综合二等奖学金。

为人和善，具有良好的团队合作能力。

擅长机械设计与制作，创意想法，熟悉CAD，solidworks等建模软件使用，掌握3D打印技术及打印机的操作，现为秦皇岛晟屹科技有限公司（校大学生3D打印创业团队）技术部成员。

大一时曾获大学生"互联网＋"创业创新大赛校二等奖，全国大学生节能减排大赛校三等奖。

闫若璇:

电气工程及其自动化专业2016级学生，学习成绩优异，在2016年至2017年获校综合一等、二等奖学金，任控制工程学院宣传部部长，对计算机编程和建模方面有极大的兴趣，擅长平面设计，掌握多种编程语言以及PS，PPT等软件操作。

有着积极的团队合作意识。

李正邦，控制工程学院自动化专业2016级学生。

大一时获校综合二，三等奖学金，被选拔进ican创新创业实验班学习。

在部门和社团有过工作经历。

平时专心学习和提高技术，数学类科目成绩突出。

自学C语言和51单片机。

并且担任队长组队参加校节能减排比赛，所提出的创意获得资材创意大赛二等奖和控院机械设计创新大赛二等奖，在任队长期间逐步学会开展会议，布置任务，策划活动等能力。

暑假期间继续学习技术，基本掌握51单片机，继续自学其他单片机和软件工具。

会使用软件进行电路仿真以及CAD三维建模，正在学习matlab。

大二上学期进电设班，被推为队长，队伍排名第二，对科创有浓厚兴趣。

二、立项背景

1.【国内外相关研究现状分析】

无人机（GAV：

Unmanned Aerial Vehicle）是无人驾驶飞机的简称，是由无线电遥控设备程序控制操控的不载人飞机，应用全球卫星导航系统（GNSS:

Global Navigation Satellite System），差分系统（DGPS:

Differential Global Positioning System）等一系列系统，以第一人称主视角（FPV:

First Person View）展现获得的信息。

当前世界无人机的发展现状：

无人机因其隐蔽性好，生命力强；成本低，伤亡率低；操作简单，起降灵活以及作业环境要求低等优势特点，广泛应用于城市管理、农业监测、环境保护、救援救灾及影视拍摄等民用方面和军事侦察、监测、通信电子对抗及定位校射和毁伤评估等军事领域。

当前无人机技术的主要研究方向在飞行控制技术、隐身技术、通信技术、动力技术、发射、同收技术等技术。

目前我国无人机发展迅猛，已成为备受关注的新兴行业。

据统计，2015年，我国无人机销量约9万架，消费级无人机产品销售规模达到23.3亿元。

据预测，到2018年，我国民用无人机市场规模将达到110.9亿元，到2020年，年销量预计达到65万架，呈现井喷式增长。

IDC（互联网数据中心：

InternetDataCenter）认为，未来几年，全球无人机市场将进入2.0时代，开启第二次腾飞。

预计，随着无人机市场从兴起到普及阶段，预计未来5年复合增长率将达到68%。

近几年，美国、以色列等无人机大国，都已将通讯、导航、VR、AI等概念和技术集合在无人机之上。

无人机规模化应用，将是机器人率先出现在我们生活中的一个案例。

截至16年10月，中国注册的无人机相关企业达到6000多家。

如今无人机的市场规模日益增大，但是无人机在救援方面仍比较欠缺，当今有国内展商就是UVS（优伟斯智能系统）的U650大型水路两栖无人机，其翼展12.4米“鹰击长空”般昂首在优伟斯大半个展台。

由于各种政策约束小，市场空间大，目前迷你无人机市场火爆，背后的另一个重要原因还在于高通、英特尔等上游厂商的推波助澜，很多相关无人机产业形成，但是由于技术有局限性，造成飞控系统故障的原因有很多，信号的干扰、系统的BUG、质量不过关的产品，炸机等事故也频频出现，所以，助力于稳定性高，清晰性好，续航性强等方向研究将具有有市场潜力和竞争力。

而其他的发展商仍是没有太大的进展。

本项目所要研究的高精度、高稳定性、高续航性无人机就是在对当前市场形势详尽的分析下，利用更先进的技术，提出的更具竞争力的一款无人机，有效地节约了人力物力财力，很大程度上提高了作业效率，减少了作业失误率。

同时，项目成功后，可以很好地扩展到其他领域，具有很强的现实意义。

2.【现阶段市场产品分析】

已实现模块：

1）由于飞行在云层下，受云层干扰少；2）对跑道要求不高，可以方便选取起降跑道；3）航摄周期短，出成果快。

不足模块：

1）续航能力差，一次性覆盖面少，不适合大范围的航摄；2）无人机的载重有限，很多无人机搭载的相机都不是专业测绘相机，航摄精度有待验证；3）航高不够，风大时影响飞行质量。

3.【本项目研究的作用及意义】

高精度、高稳定性、高续航性无人机的引入，可以给予很多行业提供了更大的便利，以航拍的新型视觉角度能够给各行各业带来更直观更立体的实况展示，例如新闻行业、电力巡检行业等，利用无人机能够避免工作人员在危险的环境下工作，保障了从业者的人身安全。

另外，无人机以其独特的属性，大幅提高了工作效率，伴随着无人机行业的不断发展，给社会带来了很好的经济效益的同时，在安防救灾等领域的应用拓展，也不断为社会所服务。

三、项目的特色与创新之处

该项目率先将无人机应用于水上搜寻、救援以及交通测速等领域，开创了无人机领域的又一应用，填补市场空白。

（一）水上搜救：

飞行器基于APM飞控装置可预先设定搜寻轨迹，实现自动巡航，将图像识别，GPS定位，自动控制，视频无线传送等现代技术与水上救援结合，既可以应用在海上，也可以应用于陆地，适用范围广；

将传回的图像数据在PC机上进行识别比对，识别到疑似落水人员直接传回实时图像并提醒搜救人员查看，当搜救人员通过传回的数据确定落水人员后，无人机自动在附近勘测地形并传回数据。

对于复杂水域地形，通过软件在PC端上重建3D模型，为救援人员提供详细资料，提高救援效率。

（二）解决图像识别速率问题:

目前30-50平方米的数据成图时间为一个月，加上不可控因素如航飞天气等外业因素，后期的图像加工期为10-15天，效率较低，加速图像识别的效率可大大减小外业工期，减少人力物力资源浪费。

（三）机身设计与材料改进

机身采用木质与复合材料，具有密度低和价格低的优点，塑料蒙皮则可以有效地防水，对重要器件进行保护，可以在雨水天气进行作业，摒除四旋翼飞机对天气条件要求严苛的缺点本产品在已有的技术上，根据创新性想法，对材料及设计进行革新，充分发挥了各模块的特点。

产品具有价格低，灵活性强，续航时间长的优点，在水上搜救、交通管理中起到了极大的辅助作用，并且本产品具有很强的可扩展性，适应性强，具有很大的潜在市场价值，前景广阔。

四、实施内容与方案

1.【项目初期】

系统规划方案，确定研究计划，设计硬件系统，各个模块，电路设计与功能实现，保证计划的顺利进行。

2.【项目中期】

完成无人机进一步组建：

至少包括机身、水平尾翼、垂直尾翼、还包括可拆卸主翼；所述机身为船形壳体，所述机身左右两侧分别设有一对带孔卡扣；所述水平尾翼设有一对；所述垂直尾翼设在所述机身后方；所述可拆卸主翼设有一对，一对可拆卸主翼对称式设在所述机身中段上方，所述可拆卸主翼为空心壳体，所述可拆卸主翼至少包括插条、插孔、螺孔、滑孔、锁止滑杆、限位螺栓、保险螺栓。

可以实现水陆等大范围多领域广策监控。

着重解决图像识别问题：

搭建的实验系统，采集实时视频图像回放的实验结果，通过阈值分割，边缘检测，图像旋转，骨架平均值算法等图像处理以及识别算法实现图像处理功能。

CCD摄像头的作用是采集实时图像信号。

～D转换芯片的作用是将采集到的模拟视频信号转换为DSP芯片可操作的数字化（或称为量化）图像，即把CCD图像传感器获得的模拟信号，经过取样、量化，变为离散的数字图像信号，最后以二维矩阵的形式送入至UDSP芯片中。

DSP芯片为整个系统的图像处理单元，它担负着接收输入设备传送来的图像，并对其进行加工、处理，然后把计算结果（图像和数据）送到D／A转换器中去的任务。

D／A转换单元将DSP输出的数字化图像经过DA转换，使之成为可显示的模拟视频信号，然后送到显示单元进行显示。

系统中的CPLD／FPGA模块主要完成系统中各种逻辑控制。

核心流程框图如下:

实时图像采集流程图如下：

设计优点：

（1）图像处理系统的最大特点是就是运算数据量大，数据量往往大于片内存储器容量。

用DMA（DirectMemoryAccess）在片内高速存储区与片外低速存储区之间进行数据交换，可以提高数据处理速度

（2）同步存储器SDRAM的最大长处是高速和低功耗。

对于图像处理系统来说选择SDRAM不仅能提供大容量的存储空间同时也得到了很高的性价比。

TMS320DM643的EMIF提供了对SDRAM的直接支持接口，无需组合逻辑能实现无缝连接。

（3）TVP5150可将标准的NTSC或PAL模拟视频信号转换成BT．656格式的标准数字信号

（ⅥⅣ4：

2：

2，不仅如此，TVP5150还具备了封装小，功耗小，价格低的特点，因此，非常适合于便携、高质量和高性能的视频处理系统开发。

2.【项目后期】

完成算法优化，进行图像数据精确度和处理速度不断提高的要求，系统主处理器可以采用速度更快的DSP芯片，并进行抗干扰性测试，保证无人机数据处理效率和机体稳定性。

（1）航飞方案：

A确定航飞范围-空域申请-航线设计及风险规划-航飞拍摄—提交图像成果（给定坐标范围）

B进行海陆搜寻-图像识别反馈-坐标结果数据传输-完成搜寻等任务（无坐标范围）

（2）具体要求：

A产品需求（dom、dem、dlg）

B测区范围

C分辨率（比例尺）

D坐标系高程系统

E精度控制

F是否外业控制、谁提供外业控制点

G是否无控制自由网（同时是否后期参考数据校正）

H工期

I成果（分幅、整幅）