★天津华鼎科技有限公司高凡

★北京科技大学天津学院王建亮

1 目标和概述

目前无人机行业的通讯链路方式采用点对点链路通讯，这种通讯方式受多种环境及距离因素影响，在飞行中如果通讯距离过远，飞行路线周边环境复杂有高楼等障碍物，可能造成通讯断开连接的情况发生，对飞行安全造成极大的影响，而且通讯距离越远，通讯链路机载终端的重量及体积越大，影响了无人机的挂载能力，而且通讯链路的购买成本也越高。

针对传统的通讯链路通讯距离有限，抗干扰能力差等劣势，采用5G信号作为通讯链路信号可替代原有的点对点通讯链路，使有限的通讯距离变为无限的通讯距离，并且在城市这种复杂的飞行环境中也能保证稳定的链路通讯，大大提高了飞行的安全性。

天津华鼎科技有限公司自主研发“云鼎物联5G模组”并成功应用到工业无人机领域，现已实现不受空间地域的限制、高速度、低能耗、低时延及空中中继功能，可达数百公里以上，工作效率数以几何型提升，实现了5G万物互联。

图1 云鼎物联5G模组

“云鼎物联5G模组”与无人机的联调成功，超越了市面上现有无人机所用的图数传链路，从几公里到几十公里有限的通信距离实现为全国覆盖式通信，使数传和图传的传输稳定性大大增强，成为了无人机真正可依靠的链路系统。

图2 “5G+无人机”系统架构

图3 无人机物流管理系统平台工作模式示意图

2 方案介绍

2.1 “5G+无人机”系统架构

“5G+无人机”系统架构由飞行服务、无人机机库、无人机系统、数据链及无人机巡检可视化指挥中心的监管模块五个部分共同组成。飞行服务包括根据无人机系统类型配置持有相应AOPA证的专业飞手，全天候响应巡检飞行服务需求；无人机机库用于无人机的作业起降、存储、充电和维护保养场所等；无人机系统是信息采集前端设备，通过搭载视频监控、5G模组、北斗卫星模组等载荷执行巡航、侦查、数据采集、视频采集、AI识别追踪等巡检任务；数据链是通信运营商搭建一张覆盖巡检涉及的主要监管区域的5G网络，满足无人机联网控制和监测数据回传需求，满足垂直固定翼等款式无人机的数据联网需求。

图4 “5G+无人机”系统架构图

2.2 数据通信

有了5G通信，则可帮助无人机实现数据的实时传输,随时随地地将大文件上传至云端,无需经过本地存储,直接在云端对数据进行处理,极大地提升了无人机数据采集效率。

随着未来5G技术的发展，5G移动通信系统将与无人机深度融合。无人机可以利用5G的高速度、低功耗、低时延等特性，解决远程控制和远程监控受限、图像和视频流回传延迟等问题，实现无人机的全新升级。

2.3 安全措施

在安全措施上，如果5G信号断开，并无法重新连接，无人机可自动返航至起飞点并保证飞机安全，或就近降落在航线附近的无人机机库。

未来移动网络中无人机设备的集成度可能会使无人机存在潜在的攻击风险。具有蜂窝连接的无人机可能会体验到可能与地面用户体验到的不同的无线电传播特性。一旦无人机飞到基站上方，可能产生干扰甚至流氓应用程序，比如未经授权将手机连接到无人机上。

图5 无人机管理监控平台场景模式

3 代表性及推广价值

新冠疫情期间，华鼎科技通过进行无人机与5G联合作战，为疫情防控做出了突出的贡献。其中，在2022年初天津市第三次全市核酸大筛中，华鼎科技的5G多旋翼无人机于6时起飞，直至下午15时完成最后点位巡查后降落，对河东区12个街道，40平方公里，360个点位的核酸检测工作进行空中巡查，并且在巡查的过程中向各防疫点位运送所需的防疫物资，为核酸筛查工作提供极大帮助。

在滨海中关村协同创新示范基地，无人机在广场前缓缓起飞，将防疫物资，送往核酸采样点顶益食品检测点位，保证无人机精准降落并把物资分发给医护人员，原本需要开车15分钟路程，使用轴距1.6米“天马”5G无人机运送仅2.5分钟就可配送到点位，帮助医护人员快速开展核酸采样工作。然后在滨海中关村协同创新示范基地运输到汉沽体育场的诊断样本接收区，地面路程近三十公里，所需时间四十分钟左右，空中直线距离18分钟到达指定地点，极大加快了核酸筛查进度，为抗疫节省了宝贵时间。

在此次天津全市大筛中5G链路的成功应用不仅解决了物资运送效率的难题，更是印证了5G链路在工业级无人机上的实际应用效果，不仅仅是针对于飞行无人机上的控制，在地面机器人以及其他控制终端上均可使用，通过5G信号的通讯以及系统间的协同，组成一套完善的工业无人系统，在各个领域均可以得到广泛的应用。

5G信号的应用可以使分散在各地域的设备通过接收5G信号发出的指令，上传至各终端设备并做出对应的操作，由指挥系统统一控制各分设备的操作，时延性小，通讯距离长，满足工业无人系统的使用要求。

摘自《自动化博览》2023年3月刊