CN112468994B - 一种电力线路巡检无人机空中组网通信***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力线路巡检无人机空中组网通信***和方法。包括步骤：地面命令发布终端与若干信号选择终端，以及若干信号选择终端之间进行组网通信，且地面命令发布终端向各单机信号终端发送规划的无人机巡线路径和摄像机拍摄角度；信号选择终端选择通信优先级最高的其他信号选择终端与地面命令发布终端进行连接通信，若自身与地面命令发布终端的通信优先级最高，则直接与地面命令发布终端连接通信；地面命令发布终端接收通信优先级最高的信号选择终端实时上传的单机信号终端发送的无人机地理位置和摄像机拍摄画面。本发明解决了现有技术中无人机与地面站信号丢失后会自动切换到返航模式，导致巡检任务不能完成，巡检数据不完整、不可靠的问题。

Description

一种电力线路巡检无人机空中组网通信***和方法

技术领域

本发明属于通信涉及技术领域，特别涉及一种电力线路巡检无人机空中组网通信***和方法。

背景技术

电力线路巡检时保证输电线路以及设备安全是最基础的一项工作，电力线路巡检能够对线路实施有效的巡检，并根据上报的信息进行分析诊断、应急处理以及提出检修计划，及时对故障隐患进行消除，保证输电设备的安全供电，达到电力***安全、稳定、经济的运行目标。

现有技术中的无人机对电力线路巡检的方式为：操纵手操纵无人机围绕架空高压线进行巡检，在发现故障或险情后利用手持终端进行上报。而架空高压线无人机在野外巡检时，会因无人机与操纵手之间的物理阻隔而出现信号丢失导致无人机失联的情况，出现信号丢失之后，普通巡线无人机则会自动切换到返航模式，这样增加了返航过程中越障与净空场地的确定难度所带来的风险与经济成本。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中无人机与地面站信号丢失后会自动切换到返航模式，导致巡检任务不能完成，巡检数据不完整、不可靠的问题，提供一种电力线路巡检无人机空中组网通信***和方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电力线路巡检无人机空中组网通信***，包括：地面命令发布终端、若干信号选择终端、若干单机信号终端，每架无人机上均搭建一个信号选择终端和一个单机信号终端，其中：

所述地面命令发布终端搭建于地面站，用于根据接收的航点信息和任务信息规划无人机巡线路径和摄像机拍摄角度，并将规划的无人机巡检路径和摄像机拍摄角度存储在单机信号终端内；

若干个所述信号选择终端与所述地面命令发布终端，以及若干个信号选择终端之间组网通信，任一信号选择终端通过选择通信优先级最高的信号选择终端与地面命令发布终端连接通信；

所述单机信号终端用于将无人机地理位置和摄像机拍摄画面通过信号选择终端上传至所述地面命令发布终端。

在本发明一实施例中，首先确定各无人机中哪一个信号选择终端与地面命令发布终端的通信优先级最高，其余信号选择终端再以相互之间通信优先级最高的传输方式将单机信号终端的无人机地理位置和摄像机拍摄画面通过信号选择终端上传至地面命令发布终端。即使某个无人机因离地面命令发布终端的距离太远或之间有障碍物的影响，该无人机也不会自动返程，而是与通信优先级最高的无人机的信号选择终端连通传输数据，基于空中组网的方式延长了无人机巡检的巡线半径与巡线效率，有效地提高了巡检的效率，通过通信优先级的方式向地面命令发布终端上传数据，增加了***的多余度控制，避免因数据信号不完整、不可靠所导致的电力线路事故发生。

在本发明一实施例中，所述地面命令发布终端与若干所述信号选择终端进行组网通信，以及信号选择终端之间进行组网通信时，通过4G网络/5G网络或/和915MHz数传电台建立通信连接。

在本发明一实施例中，所述地面命令发布终端与若干所述信号选择终端进行组网通信时，若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级正常；若通过915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低。

在本发明一实施例中，所述信号选择终端之间进行组网通信时，若通过915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级正常；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低。

在本发明一实施例中，所述单机信号终端通过其他无人机的信号选择终端将无人机地理位置和摄像机拍摄画面上传至地面命令发布终端时，优先上传GPS信息和IMU卡尔曼滤波所得的经纬度信息和姿态信息，且其他无人机的信号选择终端优先存储该单机信号终端上传的经纬度信息和姿态信息。

本发明还提供了一种电力线路巡检无人机空中组网通信方法，包括以下步骤：

地面命令发布终端与若干信号选择终端，以及若干信号选择终端之间进行组网通信，且地面命令发布终端向各单机信号终端发送规划的无人机巡线路径和摄像机拍摄角度；

信号选择终端选择通信优先级最高的其他信号选择终端与地面命令发布终端进行连接通信，若自身与地面命令发布终端的通信优先级最高，则直接与地面命令发布终端连接通信；

地面命令发布终端接收通信优先级最高的信号选择终端实时上传的单机信号终端发送的无人机地理位置和摄像机拍摄画面。

在本发明一实施例中，所述地面命令发布终端与若干信号选择终端，以及若干信号选择终端之间进行组网通信时，通过4G网络/5G网络或/和915MHz数传电台建立通信连接。

在本发明一实施例中，所述地面命令发布终端向各单机信号终端发送的无人机巡线路径和摄像机拍摄角度为地面命令发布终端根据接收的航点信息和任务信息规划的。

在本发明一实施例中，所述信号选择终端选择通信优先级最高的其他信号选择终端与地面命令发布终端进行连接通信的步骤，包括：

所述地面命令发布终端与若干所述信号选择终端进行组网通信时，若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级正常；若通过915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低；

所述若干信号选择终端之间进行组网通信时，若通过915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级正常；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低。

在本发明一实施例中，所述地面命令发布终端接收通信优先级最高的信号选择终端实时上传的单机信号终端发送的无人机地理位置和摄像机拍摄画面的步骤，包括：

所述单机信号终端通过其他无人机的信号选择终端将无人机地理位置和摄像机拍摄画面上传至地面命令发布终端时，优先上传GPS信息和IMU卡尔曼滤波所得的经纬度信息和姿态信息，且其他无人机的信号选择终端优先存储该单机信号终端上传的经纬度信息和姿态信息。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明中，即使某个无人机因离地面命令发布终端的距离太远或之间有障碍物的影响，该无人机也不会因信号丢失自动返程，而是与通信优先级最高的无人机的信号选择终端连通传输数据，基于空中组网的方式延长了无人机巡检的巡线半径与巡线效率，有效地提高了巡检的效率，通过通信优先级的方式向地面命令发布终端上传数据，增加了***的多余度控制，避免因数据信号不完整、不靠谱所导致的电力线路事故发生。

附图说明

图1为本发明***模块框图；

图2为本发明实施例具有三架无人机时的***模块框图；

图3为本发明实施例按照通信优先级传输数据的示意图；

图4为本发明实施例按照通信优先级传输数据的另一种示意图；

图5为本发明的组网方法示意图；

图6为本发明实施例无人机数据传输示意图；

图7为本发明实施例无人机数据传输另一种示意图；

图8为本发明实施例单机信号终端数据处理过程示意图。

实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“信号选择终端1”、“信号选择终端2”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本发明通过下述技术方案实现，一种电力线路巡检无人机空中组网通信方法，包括以下步骤：

步骤S1：地面命令发布终端与若干信号选择终端，以及若干信号选择终端之间进行组网通信，且地面命令发布终端向各单机信号终端发送规划的无人机巡线路径和摄像机拍摄角度。

将地面命令发布终端搭建于地面站，每架无人机上均搭建一个信号选择终端和与其连接的一个单机信号终端。在无人机巡检之前，首先要建立各终端之间的组网通信，以及向各无人机下达巡线任务。

建立各终端之间的组网通信时，要建立地面命令发布终端与若干信号选择终端，以及若干信号选择终端之间的组网通信，并且各终端在建立组网通信时，通过4G网络/5G网络或/和915MHz数传电台建立通信连接。请参见图1，假设有n架无人机，则有n个信号选择终端和与其一一相连的n个单机信号终端，信号选择终端之间相互组网（图1中仅示出部分依次组网），并且每个信号选择终端均与地面命令发布终端组网。

向各无人机下达巡线任务时，地面命令发布终端先接收航点信息和任务信息，根据航点信息和任务信息规划无人机巡线路径和摄像机拍摄角度，并将规划的无人机巡检路径和摄像机拍摄角度存储在单机信号终端内。各无人机的巡线任务可能不一样，因此地面命令发布终端在下达无人机巡检路径和摄像机拍摄角度时，发送至对应的无人机的单机信号终端即可。

单机信号终端实现对无人机的位置控制和任务控制，由地面命令发布终端分配规划的无人机巡线路径时，无人机的飞行任务的航点信息，航点信息在无人机起飞前就经由地面命令发布终端输入GIS信息进行保存，根据GIS信息的路径进行巡检，巡检过程中依据摄像机拍摄角度进行现场拍摄。

步骤S2：信号选择终端选择通信优先级最高的其他信号选择终端与地面命令发布终端进行连接通信，若自身与地面命令发布终端的通信优先级最高，则直接与地面命令发布终端连接通信。

所述地面命令发布终端与若干所述信号选择终端进行组网通信时，若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级正常；若通过915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低。地面命令发布终端与信号选择终端之间的信号强度也可视为相隔距离，相隔距离越近，信号强度越强，通信优先级越高，如表1所示：

表1 通信优先级排序表

优先级	信号强度
		优先级最高	5G+915MHz
优先级正常	4G+915MHz
		优先级最低	915MHz

如表1所示的优先级判定原理为：

理想情况下（发射1w功率，无遮挡）915MHz数传电台的传输范围半径为10km左右，5G网络是点对点的传输方式，传输范围最小。因此信号选择终端与地面命令发布终端通过5G网络和915MHz数传电台的方式通信时，通信范围最小，信号强度最强，因此通信优先级最高。

所述若干信号选择终端之间进行组网通信时，若通过915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级正常；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低。如表2所示：

表2

优先级	信号强度
		优先级最高	915MHz
优先级正常	5G+915MHz
		优先级最低	4G+915MHz

如表2所示的优先级判定原理为：

理想情况下（1w功率，无遮挡）915MHz数传电台的传输范围为10km左右，5G网络是点对点的传输方式，传输范围最小。因此信号选择终端之间只通过915MHz数传电台通信时，通信优先级最高，即保证无人机之间的链路含有915MHz链路。

各无人机在巡检过程中，由于会不断的移动位置且各信号选择终端之间已经形成组网，因此各信号选择终端之间会共享其与地面命令发布终端的信号强度，以权衡哪一个信号选择终端与地面命令发布终端的通信优先级最高。请参见图2，假设现有三架无人机进行巡检，即信号选择终端1、信号选择终端2、信号选择终端3之间相互组网通信，且均与地面命令发布终端组网通信。

请参见图3，若在巡检过程的某一时刻或时段内，三架无人机中信号选择终端3与地面命令发布终端的通信优先级最高，信号选择终端1与地面命令发布终端的通信优先级最低，则最终由信号选择终端3将三架无人机的单机信号终端的数据上传至地面命令发布终端。那么单机信号终端在选择数据传输顺序时，信号选择终端1和信号选择终端2要权衡相互之间的优先级，请继续参见图3，比如信号选择终端1与信号选择终端2之间的优先级大于信号选择终端1与信号选择终端3，则信号选择终端1先将单机信号终端1的数据传输至信号选择终端2，信号选择终端2再将单机信号终端1和单机信号终端2的数据传输至信号选择终端3，最后由信号选择终端3将单机信号终端1、单机信号终端2、单机信号终端3的数据上传至地面命令发布终端。

再比如，请参见图4，在确定信号选择终端3与地面命令发布终端的通信优先级最高时，如果信号选择终端1与信号选择终端3之间的优先级大于信号选择终端1与信号选择终端2之间的优先级，且信号选择终端2与信号选择终端3之间的优先级也大于信号选择终端2与信号选择终端1之间的优先级，则信号选择终端1直接将单机信号终端1的数据传输至信号选择终端3，同样信号选择终端2也直接将单机信号终端2的数据传输至信号选择终端3。

综上所述，根据无人机与地面命令发布终端的通信优先级，先确定哪一个无人机的信号选择终端与地面命令选择终端的通信优先级最高，其他的信号选择终端再通过优先级最高的方式串连，将各自的单机信号终端的数据传输到与地面命令发布终端通信优先级最高的信号选择终端中。如果某一信号选择终端与地面命令发布终端的优先级最高，则该信号选择终端直接与地面命令发布终端传输数据，即如图5所示的组网方法。

再举例：

请参见图6，无人机A与地面命令发布终端（以下简称地面站）的距离小于无人机A与其他无人机的距离，同时无人机B、C、D中无人机D与地面站的距离最近，则无人机C与无人机D的距离小于无人机B与无人机D的距离，且无人机B与无人机C的距离小于无人机B与无人机D的距离，则最终数据传输方式为：

请参见图7，数据传输方式为：

容易理解的，无人机的信号选择终端会选择通信优先级最高，将单机信号终端的数据进行传输，解决的现有技术中无人机与地面命令发布终端由于障碍物的影响，使得无人机断开与地面命令发布终端的通信后会自动返程的弊端，同时也能实时、有效地传输无人机所采集的数据了。

步骤S3：

地面命令发布终端接收通信优先级最高的信号选择终端实时上传的单机信号终端发送的无人机地理位置和摄像机拍摄画面。

请参见图8，所述单机信号终端通过其他无人机的信号选择终端将无人机地理位置和摄像机拍摄画面上传至地面命令发布终端时，优先上传GPS信息和IMU卡尔曼滤波所得的经纬度信息和姿态信息，且其他无人机的信号选择终端优先存储该单机信号终端上传的经纬度信息和姿态信息。

基于上述方法，本方案还提出一种电力线路巡检无人机空中组网通信***，请参见图1，包括：地面命令发布终端、若干信号选择终端、若干单机信号终端，每架无人机上均搭建了一个信号选择终端和一个单机信号终端，其中：

所述地面命令发布终端搭建于地面站，用于根据接收的航点信息和任务信息规划无人机巡线路径和摄像机拍摄角度，并将规划的无人机巡检路径和摄像机拍摄角度存储在单机信号终端内；

若干个所述信号选择终端与所述地面命令发布终端，以及若干个信号选择终端之间组网通信，任一信号选择终端通过选择通信优先级最高的信号选择终端与地面命令发布终端连接通信；

所述单机信号终端用于将无人机地理位置和摄像机拍摄画面通过信号选择终端上传至所述地面命令发布终端。

所述地面命令发布终端与若干所述信号选择终端进行组网通信，以及信号选择终端之间进行组网通信时，通过4G网络/5G网络或/和915MHz数传电台建立通信连接。

所述地面命令发布终端与若干所述信号选择终端进行组网通信时，若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级正常；若通过915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低。

所述信号选择终端之间进行组网通信时，若通过915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级正常；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低。

所述单机信号终端通过其他无人机的信号选择终端将无人机地理位置和摄像机拍摄画面上传至地面命令发布终端时，优先上传GPS信息和IMU卡尔曼滤波所得的经纬度信息和姿态信息，且其他无人机的信号选择终端优先存储该单机信号终端上传的经纬度信息和姿态信息。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种电力线路巡检无人机空中组网通信***，其特征在于，包括：地面命令发布终端、若干信号选择终端、若干单机信号终端，每架无人机上均搭建一个信号选择终端和一个单机信号终端，其中：

所述地面命令发布终端搭建于地面站，用于根据接收的航点信息和任务信息规划无人机巡线路径和摄像机拍摄角度，并将规划的无人机巡检路径和摄像机拍摄角度存储在单机信号终端内；

若干个所述信号选择终端与所述地面命令发布终端，以及若干个信号选择终端之间组网通信，任一信号选择终端通过选择通信优先级最高的信号选择终端与地面命令发布终端连接通信；

所述单机信号终端用于将无人机地理位置和摄像机拍摄画面通过信号选择终端上传至所述地面命令发布终端；

所述地面命令发布终端与若干所述信号选择终端进行组网通信，以及信号选择终端之间进行组网通信时，通过4G网络/5G网络或/和915MHz数传电台建立通信连接；

所述地面命令发布终端与若干所述信号选择终端进行组网通信时，若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级正常；若通过915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低；

所述信号选择终端之间进行组网通信时，若通过915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级正常；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述单机信号终端通过其他无人机的信号选择终端将无人机地理位置和摄像机拍摄画面上传至地面命令发布终端时，优先上传GPS信息和IMU卡尔曼滤波所得的经纬度信息和姿态信息，且其他无人机的信号选择终端优先存储该单机信号终端上传的经纬度信息和姿态信息。

3.一种电力线路巡检无人机空中组网通信方法，其特征在于：包括以下步骤：

地面命令发布终端与若干信号选择终端，以及若干信号选择终端之间进行组网通信，且地面命令发布终端向各单机信号终端发送规划的无人机巡线路径和摄像机拍摄角度；

信号选择终端选择通信优先级最高的其他信号选择终端与地面命令发布终端进行连接通信，若自身与地面命令发布终端的通信优先级最高，则直接与地面命令发布终端连接通信；

地面命令发布终端接收通信优先级最高的信号选择终端实时上传的单机信号终端发送的无人机地理位置和摄像机拍摄画面；

所述地面命令发布终端与若干信号选择终端，以及若干信号选择终端之间进行组网通信时，通过4G网络/5G网络或/和915MHz数传电台建立通信连接；

所述信号选择终端选择通信优先级最高的其他信号选择终端与地面命令发布终端进行连接通信的步骤，包括：

所述地面命令发布终端与若干所述信号选择终端进行组网通信时，若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级正常；若通过915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低；

所述若干信号选择终端之间进行组网通信时，若通过915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级最高；若通过5G网络和915MHz数传电台建立通信连接，则通信优先级正常；若通过4G网络和915MHz数传电台建立通信连接时，则通信优先级最低。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述地面命令发布终端向各单机信号终端发送的无人机巡线路径和摄像机拍摄角度为地面命令发布终端根据接收的航点信息和任务信息规划的。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述地面命令发布终端接收通信优先级最高的信号选择终端实时上传的单机信号终端发送的无人机地理位置和摄像机拍摄画面的步骤，包括：

所述单机信号终端通过其他无人机的信号选择终端将无人机地理位置和摄像机拍摄画面上传至地面命令发布终端时，优先上传GPS信息和IMU卡尔曼滤波所得的经纬度信息和姿态信息，且其他无人机的信号选择终端优先存储该单机信号终端上传的经纬度信息和姿态信息。