小型无人机高速公路监控系统应用研究.doc

小型无人机高速公路监控系统应用研究.doc小型无人机高速公路监控系统应用研究
第一章绪论

在高速公路行驶的车辆车速高,公路全封闭设计,一旦出现突发状况往往会出现人员严重受伤甚至死亡,在车流量较大路段,极有可能引发二次事故,并伴有较长路段的拥堵。因此地面车辆难以快速通过拥堵路段到达事故点。尤其在山区路段如遇地址灾害引发的事故更是如此。高速公路通行能力大,相比较于其它等级道路的燃料消耗少,车辆损耗低,运行时间短,事故率低。但由于路况较好,因此车速高,发生交通事故后造成的损失也较为严重。目前中国的高速公路发展正处于高速建设时期,相较于发达国家的高速公路,国内高速公路的事故率与事故严重程度都比较高,当前私人汽车保有量急剧增加,高速公路通车里程也逐渐递增。根据上述两个事实可预见,国内的高速公路安全形势也将变的更加严峻。由此引发了一个观点:在世界范围内普遍被认为安全性最高的高速公路在国内反而被认为是最危险的道路。高速公路在带来高效、便捷的同时,也带来了诸如交通事故增加的负面影响。国内高速公路事故起数、事故伤亡人数也逐年递增。据相关调研显示,以我国高速公路里程所占公路的总里程的比例来讲,高速公路的事故总数、受伤人数、死亡人数和造成经济损失的比例远远高于其他等级道路。中国发改委基础产业司在《国家公路网规划(2013-2030 年)》新闻发布会中披露,我国的高速公路里程目前已将近十万公里,其中国家高速公路约七万公里,在全球范围内位居前列。然而,随着汽车保有量的逐年激增,相应的高速公路交通拥挤、交通安全等问题也逐渐表现出来。
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无人机的诞生可以追溯到 1914 年的第一次世界大战期间,英国军事航空学会建议研制一种不需要人员驾驶,使用无线电操纵的小型飞机,由地面人员操纵飞到敌方某一目标区上空投掷炸弹,但该项目最终以失败告终。从此无人机长期以靶机的身份活跃在军用领域。直到近四十年期间才有了长足的发展,其中主要为人们所熟知都是军用无人机,包括美国高空长航时无人机全球鹰、捕食者。以及以班为级别的单兵无人机,例如美国的沙漠鹰,以色列的云雀等。在民用领域无人机市场也有显著的增长。民用和商用无人机市场已经长期存在,例如,无人机在澳大利亚和日本等国被大量用于播撒农药等工作。而现在,民用无人机用已经拓展到更为宽广的领域。目前,美国正把无人机用于国土安全任务和科学实验,此外还试图把无人机综合到民用机场的日常运营中。这些行动将帮助创造一个真正意义上的民用和商用无人机市场。美国国土安全部海关和边境保卫局(CBP)已经在亚利桑那州和田纳西州进行了试用捕食者-B和赫尔墨斯-450监视美国与墨西哥之间的边界和海岸线。洛杉矶治安局也已经采购了天空观察者无人机系统装备其下属的 S 为标准,在进行高速公路服务区规划时一般采取成对设置的方法,即道路两侧各设一处服务区。按中国 2011 年高速公路运营里程为 万公里统计,全国正在营运的服务区已超过了一千五百家。预计在 2015 年全估算,未来仅高速公路服务区每年将有两千多亿元的消费需求,可见其市场潜力巨大。
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第三章无人机系统功能分析与设计........9
无人机系统功能分析.........9
自动驾驶模块.....13
姿态微分方程和姿态解算算