云翼智航无人机巡线解决方案.docx

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云翼智航无人机巡线解决方案

西气东输管道公司

无人机巡线方案

新疆云翼智航智能科技有限公司

二〇一六年五月

一、公司简介

新疆云翼智航智能科技有限公司是注册于克拉玛依的一家高新技术企业，致力于无人机的技术研发和应用服务。

利用无人机技术广泛开展灾害监测、国土测绘、气象探测、农业植保、线路巡检等行业服务，提供空间信息数据采集、处理和应用全流程解决方案，包括测绘航空摄影及数据处理、摄影测量与遥感数据处理及应用、软件研发及行业信息化建设。

公司拥有专业的研发团队，针对油气管线巡检、电力巡线、灾害监测、道路桥梁巡检、国土测绘等推出了巡检和测绘系列无人机专业软件，满足专业巡检、测绘及数据处理的需求。

公司依托深圳迪奥普无人机公司，现已推出多款高安全度轻型无人机。

无人机以新型材质为机身，设计独特，具有安全、抗摔、易操作的特点，配合自研发无人机数据后处理软件，可满足各种专业项目的要求。

公司依托山西迪奥普公司基于云计算建设的空间信息大数据平台，可提供空间信息数据采集、处理和应用全流程解决方案，可开展空间信息大数据服务。

 二、项目概述

当前，管道保护以人工巡查为主，受人为和地理区域因素的影响，如复杂地理环境下的管线以及人力无法达到达区域的场所巡检困难。

同时，由于长输管道线路长，人工巡检投入人力大，巡检时效性和效率成为管道企业进一步提升管理水平的瓶颈。

调研发现，我国多家无人机单位正在积极探索无人机在长输管道巡护的研发与应用。

西气东输管道工程横贯我国东西，起点是新疆塔里木的轮南，终点是上海市西郊的白鹤镇。

管道干线自西向东途径新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏和上海等九个省区直辖市。

干线管道全场3900KM，支线管道总长2000KM，向我国东部四省一市供气。

西气东输管道的大型用户共有四十家，涉及工业、民用和发电，管道距离长、范围广、途经复杂地貌多。

许多埋设于险要地段的管道,由于受环境险要、交通不便、管道出现自然地质灾害以及其他事故人员无法及时赶赴现场等诸多不利因素影响,制约了抢险时机进行,给管道定期巡检带来困难,导致许多隐患不能及时发现。

无人机具备高空、远距离、快速、自行作业的能力，可以穿越高山、河流对输气线路进行快速巡线，对管道周边环境进行调查，查看管道材质是否遭到破坏，对架空油管等进行全光谱的快速摄像和故障监测。

基于无人机输油巡线采集数据的专业分析，为油网管理和维护提供数据支持。

在陕甘宁西气东输管道中,无人机遥感技术首次应用于管道巡线,补充了传统人工巡线方式,通过对获取的影像进行处理,能快速定位到管道位置,以及通过视频拍摄技术为管道保卫提供支持。

三、无人机巡线需求分析

GB32167《油气管道完整性管理规范》中指出危害管道安全的外部因素主要包括机械损伤和自然与地质灾害两大类。

日常巡护通常要求如下：

机械损伤防控：

对管道两侧100米范围内第三方各类作业行为，主要包括土地平整、修路、挖塘、清淤、建房、烧荒、钻孔、爆破，以及第三方施工设备占压管道，如铲车、推土机、打夯机等行为进行识别，并进行有效管理防止外力。

自然与地质灾害防控：

识别出地质灾害（如滑坡、山洪）迹象，做到提前预控，防止灾害进一步扩大。

基于上述管道巡护需求以及管道保护过程中基础数据收集的需求，提出了以下三类无人机巡护需求，一是管道周边环境调查；二是管道应急抢险支持；三是管道日常巡线。

1、管道周边环境调查

管道周边环境调查是指利用无人机搭载高清摄像机拍摄管道左右200m范围（管径大于762mm，压力大于6.9MPa，拍摄范围按照管道潜在影响半径确定）内的地形地貌、社会环境情况，形成影像资料，影像资料中标注出管道位置，帮助管道运行企业了解管道周边环境变化情况。

建立影像资料查阅索引，将影像资料保存在移动硬盘等存储介质中，便于后期使用及周边环境变化对比。

如有可能，可将影像资料纳入A4系统。

管道周边环境调查一般需要周边环境出现明显变化时才有意义。

因此，管道周边环境调查频次不宜过高，借鉴油气管道完整性管理规范对高后果区识别时间间隔的要求，并结合公司管道地处人类活动频繁地区的特点，建议周边环境调查以每年一次为宜。

    搭载设备相关技术指标如下：

1）地面物体分辨率：

50mm

2）静态图片的合成：

地面实景长度2公里；

3）摄像机拍摄时间及存储容量：

可高清像素录制并存储视频达6小时。

2、管道应急抢险支持

管道应急抢险支持是指当管道出现自然地质灾害以及其他事故，人员无法及时赶赴现场时，利用无人机抵达现场，传回实时画面，掌握现场情况，必要时可搭载高音喇叭，进行高空预警，为应急抢险提供支持。

鉴于应急抢险的特殊性，无人机应具备悬停功能，以便后方人员能够从不同角度通过调焦看清现场情况，更好的指导抢险工作。

管道应急抢险支持属于突发性需求，要求无人机及相关设备便于携带至现场周边。

搭载设备相关技术指标：

1）实时传输半径：

不低于15km

2）图像实时传输：

拍摄宽度为100米时，实时传输高清信号分辨率为60mm；拍摄宽度为200米时，实时传输高清信号分辨率为110mm

3）图像信息传输及处理响应时间：

小于5秒

4）高音喇叭工作时长：

30min

3、管道日常巡线

管道日常巡线是指利用无人机在管道上方巡逻，识别管道周边机械损伤和自然与地质灾害风险，及时制止威胁管道安全的施工行为，及时发现地形地貌变化，以便能够采取措施防止管道损坏。

日常巡护所需识别的两种风险，存在本质区别。

第三方施工具有临时性、偶发性，且许多施工周期短。

而大多数自然与地质灾害的形成，往往经历灾害应变产生、应变能累积、应变能释放到灾害平复的过程，历时时间相对较长。

因此，可将识别管道周边机械损伤和自然与地质灾害风险的任务进行分解执行。

1）管道周边机械损伤防控巡护

由于第三方施工具有临时性、偶发性，且许多施工周期短，单次飞行经过管道上方时间短，不容易发现管道周边第三方施工迹象。

针对这一情况，本方案设计了以下三种巡线方式。

① 每天巡线1次，优化巡线时间

管理经验表明，上午8:

00至11:

00，下午14:

00至17:

00管道周边第三方施工最频繁。

在上述时段开展无人机巡线，提高发现第三方施工的概率。

该种巡线方式的优点在于能够克服复杂条件下的管线以及人力无法达到达区域巡检，巡检费用相对较低；缺点在于仍然存在大量的巡检空白时间，存在不确定性风险。

由于站间距普遍较远，无法实现图像实时传输，需要巡检完成后，通过下载分析录像，识别管道周边是否存在第三方施工风险。

因此，无人机巡线时，需要提供能够快速识别第三方施工风险及其位置的手段。

另一方面，该种巡护方式下需增设信息员数量、提高宣传质量和效率，降低依靠巡线获取第三方施工信息的比率。

② 每天多次巡线，减少巡检空白

本巡线方式通过增加巡线频次，降低巡检空白时间，提高发现第三方施工风险的频率。

每天拟采取4次无人机巡线，即上午巡线2次，下午巡线2次，达到发现第三方施工信息的目的。

该种巡线方式的优点提高了第三方施工发现可能性，但该方法巡线费用较高，与现有巡线方式相比哪种更加经济需要进一步核算。

该种巡线方式同样存在由于站间距远，无法实现图像实时传输，需通过下载分析录像，识别管道周边是否存在第三方施工风险的问题。

由于巡检频率高，该种巡护方式可适当增设信息员数量、提高宣传质量和效率，降低依靠巡线获取第三方施工信息的比率。

③ 光纤预警系统辅助飞机巡线

  本巡线方式是针对已有光纤预警系统的管段，采取光纤预警系统辅助飞机巡线，即正常情况下以光纤预警系统实时监测管道周边的第三方施工风险，当光纤预警系统发出警报后，出动无人机进行现场核实信息。

无人机抵达现场后，需具备悬停和高空喊话功能，要求施工方及时停止施工，并及时派员赶赴现场处理。

无人机图像实时传输距离无法超过一定距离，一旦第三方施工与站场之间的距离超过该距离，只能待无人机返航下载分析录像识别管道周边是否存在第三方施工风险，巡检效率较低。

2）管道自然与地质灾害防控巡护

洪水、滑坡、泥石流等自然与地质灾害往往与降水有着密切的关系。

因此，管道自然与地质灾害防控无人机巡护可采取每月1次，汛期每半月1次的巡检频率。

暴雨过后，可及时启动无人机巡线，对山区、丘陵、黄土塬等地段查看，以便及时发现管道周边的地质灾害风险。

管道日常巡线搭载设备相关技术指标如下：

1）地面物体分辨率：

50mm

2）摄像机拍摄时间及存储容量：

可高清像素录制并存储视频达6小时。

3）实时传输半径：

不低于15km

4）图像实时传输：

拍摄宽度为100米时，实时传输高清信号分辨率为60mm；拍摄宽度为200米时，实时传输高清信号分辨率为110mm

5）图像信息传输及处理响应时间：

小于5秒

6）高音喇叭工作时长：

30min

四、无人机巡检系统作业模式

SV360无人机通讯半径为30公里，巡检系统作业模式分为四种：

固定翼单独工作模式、任务机加空中中继机模式、任务机加地面固定中继模式、任务机加多点地面固定中继模式。

巡检系统主要由SV360无人机、高清图传收发设备、地面中继塔架、高清图传中继设备、天线、馈线、天线自动跟踪器（可选）、信息终端组成。

石管线巡查结构图

1、SV360固定翼单独工作模式

在本方案中，无人机投放后直接与车载地面终端进行相关数据及控制指令的实时互传。

同时，地面端相关人员可以视情况进行机动，保证信息传输的可靠性。

但由于地面端交通工具的限制，人员及设备数量有限，对回传信息的分析效率较低，可能存在误判或者漏判。

本方案适用于对整段管线中的部分管段进行重点巡查且对人员及设备要求较低同时又需要对所发现的问题快速反应时时采用。

2、任务机+空中中继机模式

该方案采用多架无人机协同作业的方式，使用最低两架无人机，其中一架为任务载机，其余载机则主要承担空中信号中继的任务，从而增大固定式地面站的有效巡视范围。

该方案结构紧凑，任务多样，但是无人机的投放和回收工作繁琐复杂。

适合对偏远地区或者地形复杂区域等车辆不易到达的环境进行巡视。

3、任务机+地面固定中继模式

此方案可在有限范围内增加无人机的控制距离，同时地面端的移动范围不再受制于无人机的相对距离，而是取决于地面端和中继天线之间的相对位置。

地面端可在其与中继天线的有效传输范围内随时机动，实现对所发现问题的及时快速的处理。

不过该方案同样受限于地面交通工具可搭载人员及设备的数量，不适合全区域巡视。

4、任务机+多点地面站固定中继模式

此方案在不考虑航时时，可以实现对整个区域的全面覆盖。

由于地面控制端及信息终端位于室内，设备和人员可以按任务类型灵活配备，适合短时间内对大量数据的综合处理与分析。

五、SV360无人机系统软件介绍

SV360无人机巡检系统主要由航拍无人机系统、任务设备系统、数据处理系统等组成。

能在气候条件较差、测区面积较小的情况下，采用低空无人飞行器进行航拍、快速获取测区大比例尺4D产品。

公司研发的以无人飞行器为平台的低空无人巡检系统，用于石油管线的实时监测，为国土资源调查与管理工作提供及时、准确、直观的数据和资料，更好地服务于国民经济建设。

该软件系统包含Pips空三云软件、Pips测图云软件、Pips正射影像图云软件、Pips并行云管理器软件等，组成了一整套功能强大的数据处理系统，满足各种项目的数据成果展现。

无人机航测技术已经成为油气管网运行、监控、维护、地理图实时成像更新的有力工具，是一项体现石油管网运营单位自主创新能力的高科技项目，也是一次油气管网监控手段的重大革新。

六、SV360无人机操作流程

1、查看天气情况

无人机航测，气象条件的好坏是前提。

出发航拍之前，要掌握当日天气情况，并观察云层厚度、光照和空气能见度。

2、到达起飞场地

确定天气状况、云层分布情况适合航拍后，携带无人机、弹射架、数传、电脑等相关设备赶赴航拍起飞点。

通常需要提前对起飞点进行考察，要求现场比较平坦，无电线，高层建筑等，并提前确定好航拍架次及顺序。

3、测定风速以及风向

到达现场后，测定风速及风向。

迪奥普SV360测绘无人机可抗5级风速，零下20°C～60°C低温。

4、架设弹射架

 为保证飞机起飞平稳，弹射架一般逆风架设。

迪奥普SV360采用采用一体弹射架的配置，对场地要求小，对地形适应性强，相较于其他产品的弹射绳设计更符合方便快捷的理念，同时最大程度的保证了操作人员的安全性。

同时本款无人机还可以手抛起飞，提高了对地形的适应性。

5、链接数传及天线

数传用于地面站和无人机之间的通讯。

现阶段大多数测绘无人机都使用数传的方式进行无人机与地面站的数据交换，迪奥普SV360的高频电台可进行长达30公里的超长距离监控，保证飞机安全高效运作。

6、当天的飞行日志

记录当天的天气、起降架次、以及航拍情况，留作日后的数据参考和分析总结。

7、姿态角度调整

对于距离上一次起飞地点超过200km的起飞地点，需对飞机姿态、角度进行调整，以确保飞机准确通讯。

无人机机体内都配备有电子磁罗盘，磁校准等设备来确保飞机在飞行过程中的自我姿态控制，由于各地地磁情况不一，迪奥普SV360自带校准系统用来应对各地不同地磁情况对无人机的干扰以及安全隐患。

8、手动遥控测试

将飞行模式调至手动飞行状态，测试副翼、升降、方向等舵面是否能按指令操作。

手动遥控模式主要用于无人机起飞和降落时遇到特殊情况的应急处理。

（PS：

高手可用手动模式滑降）

9、起飞前的准备

起飞前要检查自动模式下，各舵面是否能按照飞控系统的指令完成操作；检查航拍相机是否和飞控系统链接正常；降落伞舱是否能正常打开；最重要的一点飞行计划是否上传到飞控系统。

10、无人机起飞

各项准备工作完成后，就可以起飞了，起飞尽量选择逆风起飞，这时，操作手应持手动操作杆待命，观察现场状况，根据需要随时切换手动调整飞机姿态及飞行高度。

11、飞行监测

这个过程主要做四个方面的工作：

对航高、航速、飞行轨迹的监控；

对发动机转速和空速、地速进行监控；

对电压、电量进行监测；

对拍摄航片的数量进行检查；

12、无人机降落

无人机按照规划的航线飞行航拍完毕后，降落在指定地点。

手动遥控操作手到指定地点待命，在降落现场出现突发大风、人员走动等情况时及时调整降落地点。

13、数据导出

降落后，下载POS数据以及照片数据，并对照片数据及飞机整体进行检查评估，结合压线率和姿态角判断是否需要复飞，继续完成附近区域的航拍任务或转场。

七、售后服务

服务支持

提供服务

具体内容

针对提供

软件升级

无限期免费升级更新。

每半年至少升级一次。

基本版、专业版、豪华版

巡检服务

定期的电话、邮件、远程协助回访支持服务。

基本版、专业版、豪华版

技术支持

不定期的邮寄操作知识集锦，无限期每周5*8小时非现场免费技术支持服务。

专业版、豪华版

紧急服务

紧急的严重操作故障，如产品的可用性受到严重损害，乙方提供24小时紧急支持服务，以及必要时的现场技术服务。

通过努力将尽量使甲方的业务中断时间减到最小。

专业版、豪华版（各享受一次）

现场支持

同甲方协商一致的故障现场修复、现场巡检、现场咨询服务。

豪华版（享受一次）

有偿服务：

超出服务次数差旅食宿甲方承担

1、交货、验收

1）交货时间、地点

乙方将移交货物准备好后的两日内通知甲方培训，乙方根据甲方提供的时间、地点及收货人要求将SV360无人机产品及付款发票物流方式到甲方指定地点（或派专人送达）。

2）免费更换

甲方收到乙方SV360无人机产品时，应检查外包装是否破损，确认外包装完好后再签收。

否则，甲方可拒收乙方产品及组件，要求物流人员或乙方工作人员原样退回，乙方将免费更换该产品。

由此产生的任何费用由乙方承担。

2、售后服务

1）初期培训服务（专业版、豪华版享有一次此项服务）

为保证甲方熟练使用乙方的SV360无人机产品，自甲方购买之日起，乙方保证为甲方提供购买SV360无人机产品的使用培训，培训期为三个连续工作日（培训地点由乙方来指定）。

乙方提供培训工程师，培训场地及必要的培训设施。

甲方应在培训前五个工作日向乙方提出培训申请。

乙方在收到甲方的培训申请之后，应及时做好准备，按照甲方要求的日期和地点为甲方提供产品使用培训。

2）初期现场服务（豪华版享有一次此项服务）

为保证甲方有效使用购买的乙方SV360无人机产品，自甲方购买之日起，乙方保证至少派驻壹名技术人员在甲方指定的时间到甲方指定场所进行现场安装调试，包括甲方运行环境的搭建、文档数据的初始化指导、使用指导及使用中疑难的解答，周期为壹个工作日，完成时提供详细的服务内容记录给甲方。

初期现场服务结束之后，如果甲方仍需要同类服务，乙方按有偿方式提供服务，届时双方协商服务费用标准及支付办法。

3）硬件半年期质保服务（基本版、专业版、豪华版享受此项服务）

半年质保期的免费服务是指甲方自购买SV360无人机产品起半年内，针对甲方使用中出现的硬件质量及故障（非人为因素导致），甲方通过电话咨询后，仍没有解决可将其故障部件进行返厂保修，（返厂寄回快递物流费由乙方承担，质保期届满后由甲方承担），乙方负责为甲方维修后的原因向甲方做详细书面说明。

质量保证期届满后，若甲方发生上述维修服务情况，乙方将按有偿服务收取相应工时费用。

如有提出上门要求甲方需承担往返路费及食宿费。

维修中涉及更换硬件可参照【SV360无人机组成价格目录】。

4）软件一年免费升级服务（基本版、专业版、豪华版享受此项服务）

甲方购买的所有组件无限期享受免费软件升级更新服务，以完善产品功能、提升产品性能。

升级方式为：

甲方使用SV360无人机组件软件产品中的在线升级功能链接到乙方官方网站进行在线升级，也可以到乙方官方网站上下载独立升级包手动安装升级。

乙方承诺每半年至少升级一次，在升级发生前通知甲方升级的义务

八、服务方式

当前无人机巡线服务方式大致可以分为两种，一是购买第三方服务；二是购买无人机由公司自身员工开展无人机巡线。

以上两种服务方式我公司都将为其做到专业，高效，细致的服务。

九、无人机技术参数

1、DOP-SV360固定翼无人机

采用SV360型无人机，该机型巡航速度为65~75km/h，巡航时间可达2h，可完成150km以内的航线巡视要求。

起飞可采用手抛或弹射（需配弹射架），降落可采用伞降或跑道滑行降落的方式，操作维护简便。

固定翼SV360型无人机主要参数表

项目1

参数1

项目2

参数2

翼展

2000mm

降落方式

伞降、滑降

机身长度

1300mm

飞行海拔高度限

5000m

机身高度

400mm

通讯半径

30km

翼面积

53.2dm

巡航速度

60-75km/h

机体材质

进口EPO材料

巡航时间

2h

最大起飞重量

5.5kg

正常允许风力等级

4级

任务载荷

1kg

搭载相机

RX1R、a7R

起飞方式

手抛、弹射、滑跑

成图精度

1:

5001:

10001:

2000

搭载设备：

1.搭载SONYRX1型照相机，完成指定区域的拍照任务，获取高清正摄影响，全面反映区域内地面元素相关信息。

2.搭载Gopro型运动相机，实现整个区域的全过程高清摄像，实现整个巡视区域的动态信息搜集。

3.采用DOP与纵横自动化联合为360型无人机定制的飞行控制系统，实现常规的巡视作业、拍照控制及飞行过程中飞行器各项指标的实时回传和人机交互，并实现每个架次的飞行数据保存。

4.加装DOP定制的GPS追踪器，实时上报飞行器的飞行位置信息，实现无人机的实时追踪。

作业步骤：

1.根据巡视区域的具体位置要求和拍照要求，测试出最理想的飞行高度，规划测试航线。

确定数据后存储飞行任务，每次的例行飞行只需导入之前规划好的飞行任务，即可完成巡视任务。

2.培训操作人员，使其掌握基本的地面站软件操作技能，能够实现常规任务操作，对指定区域任务实现航线规划和拍照设置，了解基本飞行原理，掌握基本飞行器及机载设备维护和故障辨识技能。

3.训练操作人员进行实际作业操作，确保能够实现整个作业过程。

4.定期返厂进行设备检验维护、定期进行操作技能及操作安全培训。

2、侦察型四旋翼

采用DOP-X4型无人机，该机型飞行速度最快达36km/h，正常作业时间可达40min，可完成10km以内的紧急情况侦查需求。

可满足管道应急抢险支持以及管道出现自然地质灾害以及其他事故，人员无法及时赶赴现场时，利用无人机抵达现场，传回实时画面，掌握现场情况，必要时可搭载高音喇叭，进行高空预警，为应急抢险提供支持。

鉴于应急抢险的特殊性，DOP-X4无人机具备悬停功能，便后方人员能够从不同角度通过10倍调焦看清现场情况，更好的指导抢险工作。

管道应急抢险支持属于突发性需求，而DOP-X4侦察型四旋翼无人机设备轻便，携带方便，具备短时间内紧急侦查。

起降均无场地限制，可实现全自主垂直起降或手动起降。

四旋翼DOP-X4型无人机主要参数表

项目1

参数1

项目2

参数2

轴距

1000mm

起降方式

垂直起降

机身高度

400mm

飞行海拔高度限

4000m

桨叶直径

29英寸

通讯半径

10km

最大起飞重量

8kg

飞行速度范围

≤36km/h

标准起飞重量

7kg

飞行时间

40min

机体材质

碳纤维玻璃钢复合材料

正常允许风力等级

5级

任务载荷

1.2kg

搭载相机

10变焦传感器

搭载设备：

1.搭载10倍变焦传感器，完成特定区域的手动变焦拍照任务，获取清晰的现场信息图像。

2.可挂载高音喇叭

3.采用专用飞控系统，可接收手机或PC端的地面站指令或遥控器指令，实现手动或自动控制，满足对特定区域的侦察任务。

4.加装DOP定制的GPS追踪器，实时上报飞行器的飞行位置信息，实现无人机的实时追踪。

5.任务平台也可更换为SONYA7R微单相机及配套云台系统，结合相应的后处理软件，可完成管道周边机械损伤防控巡护、管道自然与地质灾害防控巡护和管道应急抢险支持

作业步骤：

1.培训操作人员，使其掌握基本的地面站软件操作技能，能够实现常规任务操作，对指定区域任务实现航线规划和拍照设置，了解基本飞行原理，掌握基本飞行器及机载设备维护和故障辨识技能。

2.训练操作人员进行实际作业操作，确保能够实现整个作业过程。

3.定期返厂进行设备检验维护、定期进行操作技能及操作安全培训。

3、物资投放型四旋翼：

采用DOP5000型无人机，该机型飞行速度最快达36km/h，满载飞行时间可达30min，可完成10km以内的紧急物资投放需求。

起降均无场地限制，可实现全自主垂直起降或手动起降。

四旋翼DOP5000型无人机主要参数表

项目1

参数1

项目2

参数2

轴距

1170mm

起降方式

垂直起降

机身高度

460mm

飞行海拔高度限

4000m

桨叶直径

30英寸

通讯半径

10km

最大起飞重量

20kg

飞行速度范围

≤36km/h

标准起飞重量

16kg

飞行时间

30min

机体材质

碳纤维玻璃钢复合材料

正常允许风力等级

4级

任务载荷

5kg

搭载相机

GoProHERO4

搭载设备：

1.搭载GoProHERO4运动相机，配合远距离高清图传以及2轴自稳云台，实时回传飞行视频，实现第一视角飞行，达到指定飞行区域实现紧急物资运送。

2.采用专用飞控系统，可接收手机或PC端的地面站指令或遥控器指令，实现手动或自动控制，满足对指定区域的物资投放任务。

3.加装DOP定制的GPS追踪器，实时上报飞行器的飞