CN114185363B - 一种基于5g链路的电力巡检无人机多机综合管理*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，包括无人机、以及设置在无人机上的微控制器，还包括协同装置、采集装置、避障装置、传输装置、任务装置、服务器和处理器，协同装置装载在无人机上，并对多个无人机之间的状态数据进行传输；采集装置对多个无人机运行过程的图像或者视频信号进行采集；避障装置对多个无人机的运行前端的障碍物进行采集；传输装置对多个无人机的数据进行接收，并传输至服务器中；任务装置对多个无人机的任务进行管理。本发明通过采用通过各个无人机上的协同装置之间协同配合，使得无人机在巡检的过程中，彼此之间相互配合，从不同的角度对电力线路进行巡检，提升了巡检的效率和巡检的质量。
Description
技术领域
本发明涉及电网巡检技术领域，尤其涉及一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***。
背景技术
在集群信息共享的过程中，如何将感知到的目标、平台状态信息传递到其他个体，使得整个***既能满足可用带宽限制以减小被侦测到的概率，又能满足协同控制和决策的需要，是一个非常重要的问题。在多无人机协同探测***中，多架无人机可配备不同的传感器，通过相互协同工作，获得更大的范围、更高的精度及更强的鲁棒性。要实现态势的协同感知，需要进行协同目标探测、目标识别和融合估计、协同态势理解和共享，以获取完整、清晰、准确的信息，为决策提供支持。
如CN109523011B现有技术公开了一种面向多无人机协同探测的多传感器自适应管理方法，在多无人机协同探测网络中，不同种类、不同工作模式的传感器能够提供目标不同特征的描述，通过综合多个特征的信息，能够产生比***中任何一个传感器更有效、更准确的身份估计和判决。因此，在多无人机协同探测过程中，一方面可以通过融合多种不同探测特征信息，使目标识别概率最大；另一方面，考虑目标的独特性，不同的目标特征对目标身份识别的贡献度不一样，因此在多传感器管理过程中应该选择携带合适的传感器的无人机使探测目标特征最有利于识别。
另一种典型的如CN111741263B的现有技术公开的一种变电站巡检无人机的多目态势感知导航方法，由于变电站内存在大量电力设备，如电力变压器、电压电流互感器、高压断路器等电力设备，以及变电站扩建改造工程，导致变电站内接线情况复杂，设备间隔密集，存在无人机与变电站内带电设备碰撞的风险，且变电站的实际环境相较于输电线路而言，不同时间的巡检对象可能完全不同，无人机变电站巡检面对的目标也更为复杂多样，这导致现有的无人机按照固定航线飞行的导航定位方式不适用，且存在无人机导航定位的准确率低的问题。
为了解决本领域普遍存在多机位协同能力差、无法综合多机位的数据、多架次的无人机的智能性不佳、识别精度低、多机位的图像无法自适应分布、依赖人工复检和人工劳动强度高等等问题，作出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前电网巡检所存在的不足，提出了一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***。
为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，包括无人机、以及设置在所述无人机上的微控制器，还包括协同装置、采集装置、避障装置、传输装置、任务装置、服务器和处理器，所述处理器分别与协同装置、采集装置、避障装置、传输装置、任务装置和服务器控制连接，
所述协同装置装载在所述无人机上，并对多个无人机之间的状态数据进行传输；所述采集装置对多个无人机运行过程的图像或者视频信号进行采集；所述避障装置对多个无人机的运行前端的障碍物进行采集；所述传输装置对多个无人机的数据进行接收，并传输至所述服务器中；所述任务装置对多个无人机的任务进行管理；所述服务器与所述协同装置、所述采集装置、所述避障装置、所述传输装置连接，并对其检测到的数据进行收集和存储；
所述协同装置包括状态采集机构和跟随机构，所述状态采集机构对所述无人机的自身状态进行检测；所述跟随机构对临近的所述无人机的状态进行监控；其中，所述无人机的状态包括无人机的ID、位置、电量、型号和巡检图像或视频；
所述跟随机构就包括检测雷达和转向模块，所述检测构件设置在所述转向模块上，并在所述转向模块的调整下对相邻的所述无人机进行位置数据的采集；
获取所述检测雷达中对相邻无人机的初始位置S0和实时跟踪位置Si的数据，则根据下式对相邻无人机的搜索范围F进行计算：
其中，d为相邻两架无人机之间的安全距离；初始位置S0的坐标为(x0，y0)；实时跟踪位置Si的坐标为(xi，yi)；
根据上式、以及无人机与障碍物的位置D固(u，v)之间距离，则获得无人机的协同距离Gental，
其中，λ为权重系数，其值由λ＝1/d进行确定；D固为障碍物坐标与无人机的最大安全距离值；k为运行路径上的障碍物总数；Hi为第i个障碍物的威胁系数；ri为第i个障碍物与无人机的中心距离；
对于所述威胁系数还需要满足以下的条件：
其中，△β为障碍物与所述无人机的避障调整角度。
可选的，所述采集装置与所述无人机可拆卸连接，其中，所述采集装置包括采集机构和转向机构，所述转向机构对所述采集机构的检测角度进行调整；所述采集机构对电力线路的图像或视频数据进行采集；所述采集机构包括检测相机和数据存储单元，所述数据存储单元对所述检测相机的图像或视频数据进行存储；所述检测相机通过所述转向机构调整采集的角度：
所述转向机构包括转向腔、转向驱动机构、角度标记件、角度检测件、指示杆、固定座和连接杆，所述转向驱动机构与所述连接杆驱动连接形成驱动部，所述驱动部设置在所述转向腔中；所述固定座与所述连接杆的杆体嵌套，并跟随所述连接杆的转动而转动；所述指示杆的一端与所述固定座的外壁连接，另一端与所述角度检测件；所述角度标记件设置在所述转向腔的内壁上，并沿着所述转向腔的内壁等间距的分布，并与所述角度检测件相向设置。
可选的，所述避障装置基于所述跟随机构或检测装置的数据执行避障操作；所述避障装置包括若干个避障阵列和姿态调整单元，各个所述避障阵列设置在各个螺旋桨的下方并与所述螺旋桨的下端面可拆卸卡接；所述姿态调整单元获取所述无人机当前的姿态和与所述障碍物的位置数据，并触发姿势的调整；其中，所述姿态调整单元的调整量Fly(T)依据下式进行计算，
Fly(T)＝Fly(t)-Fly(t-1)
Fly(t)＝(Kp+Ki)×Transx×cosα+Kd×(Stationy-Station0)×sinα+Δω
Fly(t-1)＝Kp(Gyroz-Gyro0)×tanα+Δω
其中，Fly(t)为初始位置调整量；Fly(t-1)为转移调整量；Kp为x轴角度微分参数；Ki为y轴平衡角度比例参数；Kd为z轴稳定辅助参数；Trans为无人机沿x轴调整的距离值；Stationy为无人机沿y轴调整的距离值；α为无人机的运行方向角；
Gyroz为无人机沿z轴调整的距离值
△ω为调整量偏差辅助系数，满足：
式中，E1为当前环境的温度；E2为当前环境的风向；E3为无人机的转向距离；E4为无人机的总重量。
可选的，所述传输装置设置在巡检范围的地面或者引导位置上，用于对多架次的无人机采集的数据进行辅助传输；其中，所述传输装置包括传输机构和支撑机构，所述传输机构设置在所述支撑机构上；所述支撑机构支撑所述传输机构并与地面接触；所述传输机构包括传输雷达、自转构件和配对模块，所述自转构件对所述传输雷达以设定的自转速度进行转动；所述配对模块与多架无人机建立配对关系，以建立多个连接节点；其中，各个所述连接节点通过传输雷达与所述无人机进行通信和数据的传输；
所述支撑机构包括支撑座和若干个支撑杆，所述传输机构设置在所述支撑座的上端面，各个所述支撑杆设置在所述支撑座远离所述传输机构的一侧，并与所述支撑座的外壁铰接，且沿着所述支撑座的外周等间距的分布。
可选的，所述任务装置包括反馈模块和任务模块，所述任务模块对无人机检测的任务进行上传，以实现对所述无人机的执行该任务；所述反馈模块对所述无人机的执行状况进行采集，并反馈至服务器或者云平台中；
所述任务模块包括任务管理器和权限管理单元，所述任务管理器配对连接的所述无人机进行任务的分配；所述权限管理单元与所述无人机建立任务传输通信链路，以对任务优先级和安全进行管理；
所述任务模块访问数据库并将任务记录与无人机的当前执行任务记录进行比较，并创建一组根据优先权管理单元的调度顺序排列优先级的分配任务，并根据相应的调度优先级将任务分配给无人机；其中，当前执行任务记录的状态由所述反馈模块进行反馈或记录；若当前的执行任务未执行完毕，则通过所述反馈模块提示服务器或者云平台拒绝该任务的分配。
可选的，所述反馈模块包括状态监控单元和反馈单元，所述状态监控单元对无人机的自身的状态参数进行监控；所述反馈单元基于所述状态监控单元的数据向着所述服务器和所述云平台进行反馈；
其中，无人机的状态包括无人机的连接状态、无人机的ID、位置、电量、型号和巡检图像或视频。
可选的，所述转向模块设置在所述无人机的机身本体的上顶部，并与所述无人机可拆卸卡接；其中，所述转向模块包括转动构件和存储腔，所述转动构件设置在所述存储腔中，并与所述转动构件进行可拆卸卡接，所述转动构件包括转动座和转动驱动机构，所述跟随构件设置在所述转动座上顶部，所述转动座的下底部与所述转动驱动机构驱动连接。
本发明所取得的有益效果是：
1.通过各个所述无人机上的协同装置之间协同配合，使得无人机在巡检的过程中，彼此之间相互配合，从不同的角度对电力线路进行巡检，提升了巡检的效率和巡检的质量；
2.通过所述避障装置可以单独对无人机的运行前端的障碍物的位置和大小及进行采集；也可以与所述采集装置配合使用以实现对所述无人机的运行前端的障碍物进行采集，并触发避障操作；
3.通过所述传输装置与所述无人机的配合，使得无人机与所述传输装置能进行大载量的数据传输；
4.通过所述检测雷达与所述转向模块相互配合，使得对相邻近的无人机进行跟随，还兼顾对运行前端障碍物的避障；
5.通过采用权限管理单元与所述无人机建立任务传输通信链路，以对任务优先级和无人机的飞行安全进行管理，同时还对多架次的无人机进行协同管理，提升巡检的高效性和可靠性。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为本发明的所述无人机和跟随机构的结构示意图。
图2为图1中A处的细节放大示意图。
图3为本发明的所述卡接构件的结构示意图。
图4为本发明的所述跟随机构的结构示意图。
图5为本发明的所述跟随机构的仰视示意图。
图6为本发明的所述采集装置的结构示意图。
图7为本发明所述转向机构的部分结构示意图。
图8为图7中B处的细节放大示意图。
图9为图8中C-C处的剖视示意图。
图10为所述传输装置的结构示意图。
附图标号说明：1-转向模块；2-检测探头；3-支撑座；4-底板；5-卡接爪；6-存储腔；7-连接铜板；8-卡接座；9-机身本体；10-供电触头；11-采集装置；12-避障阵列；13-螺旋桨；14-跟随机构；15-转向机构；16-偏移构件；17-检测相机；18-红外探头；19-指示杆；20-角度标记件；21-角度检测件；22-转向腔；23-驱动部；24-连接杆；25-传输机构；26-伸缩杆；27-支撑座；28-支撑杆；29-立板；30-固定座；31-自转构件。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一：根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10，本实施例提供一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，包括无人机、以及设置在所述无人机上的微控制器，还包括协同装置、采集装置、避障装置、传输装置、任务装置、服务器和处理器，所述处理器分别与协同装置、采集装置、避障装置、传输装置、任务装置和服务器控制连接，
所述协同装置装载在所述无人机上，并对多个无人机之间的状态数据进行传输；所述采集装置对多个无人机运行过程的图像或者视频信号进行采集；所述避障装置对多个无人机的运行前端的障碍物进行采集；所述传输装置对多个无人机的数据进行接收，并通过传输至所述服务器中；所述任务装置对多个无人机的任务进行管理；所述服务器与所述协同装置、所述采集装置、所述避障装置、所述传输装置连接，并对其检测到的数据进行收集和存储；
所述协同装置包括状态采集机构和跟随机构，所述状态采集机构对所述无人机的自身状态进行检测；所述跟随机构对临近的所述无人机的状态进行监控；其中，所述无人机的状态包括无人机的ID、位置、电量、型号和巡检图像或视频；
所述跟随机构就包括检测雷达和转向模块，所述检测构件设置在所述转向模块上，并在所述转向模块的调整下对相邻的所述无人机进行位置数据的采集；
获取所述检测雷达中对相邻无人机的初始位置S0和实时跟踪位置Si的数据，则根据下式对相邻无人机的搜索范围F进行计算：
其中，d为相邻两架无人机之间的安全距离；初始位置S0的坐标为(x0，y0)；实时跟踪位置Si的坐标为(xi，yi)；
根据上式、以及无人机与障碍物的位置D固(u，v)之间的距离，则获得无人机的协同距离Gental，
其中，λ为权重系数，其值由λ＝1/d进行确定；D固为障碍物坐标与无人机的最大安全距离值；k为运行路径上的障碍物总数；Hi为第i个障碍物的威胁系数；ri为第i个障碍物与无人机的中心距离；
对于所述威胁系数还需要满足以下的条件：
其中，△β为障碍物与所述无人机的避障调整角度；
可选的，所述采集装置与所述无人机可拆卸连接，其中，所述采集装置包括采集机构和转向机构，所述转向机构对所述采集机构的检测角度进行调整；所述采集机构对电力线路的图像或视频数据进行采集；所述采集机构包括检测相机和数据存储单元，所述数据存储单元对所述检测相机的图像或视频数据进行存储；所述检测相机通过所述转向机构调整采集的角度：
所述转向机构包括转向腔、转向驱动机构、角度标记件、角度检测件、指示杆、固定座和连接杆，所述转向驱动机构与所述连接杆驱动连接形成驱动部，所述驱动部设置在所述转向腔中；所述固定座与所述连接杆的杆体嵌套，并跟随所述连接杆的转动而转动；所述指示杆的一端与所述固定座的一侧外壁连接，另一端与所述角度检测件；所述角度标记件设置在所述转向腔的内壁上，并沿着所述转向腔的内壁等间距的分布，并与所述角度检测件相向设置；
可选的，所述避障装置基于所述跟随机构或检测装置的数据执行避障操作；所述避障装置包括若干个避障阵列和姿态调整单元，各个所述避障阵列设置在各个螺旋桨的下方并与所述螺旋桨的下端面可拆卸卡接；所述姿态调整单元获取所述无人机当前的姿态和与所述障碍物的位置数据，并触发姿势的调整；其中，所述姿态调整单元的调整量Fly(T)依据下式进行计算，
Fly(T)＝Fly(t)-Fly(t-1)
Fly(t)＝(Kp+Ki)×Transx×cosα+Kd×(Stationy-Station0)×sinα+Δω
Fly(t-1)＝Kp(Gyroz-Gyro0)×tanα+Δω
其中，Fly(t)为初始位置调整量；Fly(t-1)为转移调整量；Kp为x轴角度微分参数；Ki为y轴平衡角度比例参数；Kd为z轴稳定辅助参数；Trans为无人机沿x轴调整的距离值；Stationy为无人机沿y轴调整的距离值；α为无人机的运行方向角；T为时间，t∈T.t-1∈T；Gyroz为无人机沿z轴调整的距离值
△ω为调整量偏差辅助系数，满足：
式中，E1为当前环境的温度；E2为当前环境的风向；E3为无人机的转向距离；E4为无人机的总重量；
可选的，所述传输装置设置在巡检范围的地面或者引导位置上，用于对多架次的无人机采集的数据进行辅助传输；其中，所述传输装置包括传输机构和支撑机构，所述传输机构设置在所述支撑机构上；所述支撑机构支撑所述传输机构并与地面接触；所述传输机构包括传输雷达、自转构件和配对模块，所述自转构件对所述传输雷达以设定的自转速度进行转动；所述配对模块与多架无人机建立配对关系，以建立多个连接节点；其中，各个所述连接节点通过传输雷达与所述无人机进行通信和数据的传输；
所述支撑机构包括支撑座和若干个支撑杆，所述传输机构设置在所述支撑座的上端面，各个所述支撑杆设置在所述支撑座远离所述传输机构的一侧，并与所述支撑座的外壁铰接，且沿着所述支撑座的外周等间距的分布；
可选的，所述任务装置包括反馈模块和任务模块，所述任务模块对无人机检测的任务进行上传，以实现对所述无人机的执行该任务；所述反馈模块对所述无人机的执行状况进行采集，并反馈至服务器或者云平台中；
所述任务模块包括任务管理器和权限管理单元，所述任务管理器配对连接的所述无人机进行任务的分配；所述权限管理单元与所述无人机建立任务传输通信链路，以对任务优先级和安全进行管理；
所述任务模块访问数据库并将任务记录与无人机的当前执行任务记录进行比较，并创建一组根据优先权管理单元的调度顺序排列优先级的分配任务，并根据相应的调度优先级将任务分配给无人机；其中，当前执行任务记录的状态由所述反馈模块进行反馈或记录；若当前的执行任务未执行完毕，则通过所述反馈模块提示服务器或者云平台拒绝该任务的分配；
可选的，所述反馈模块包括状态监控单元和反馈单元，所述状态监控单元对无人机的自身的状态参数进行监控；所述反馈单元基于所述状态监控单元的数据向着所述服务器和所述云平台进行反馈；
其中，无人机的状态包括无人机的连接状态、无人机的ID、位置、电量、型号和巡检图像或视频；
可选的，所述转向模块设置在所述无人机的机身本体的上顶部，并与所述无人机可拆卸卡接；其中，所述转向模块包括转动构件和存储腔，所述转动构件设置在所述存储腔中，并与所述转动构件进行可拆卸卡接，所述转动构件包括转动座和转动驱动机构，所述跟随构件设置在所述转动座上顶部，所述转动座的下底部与所述转动驱动机构驱动连接。
实施例二：本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10，还在于提供一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，包括无人机、以及设置在所述无人机上的微控制器，还包括协同装置、采集装置、避障装置、传输装置、任务装置、服务器和处理器，所述处理器分别与协同装置、采集装置、避障装置、传输装置、任务装置和服务器控制连接，并基于所述处理器的控制下的对各个装置进行精准的控制；另外，所述服务器与所述处理器、传输装置和任务装置控制连接形成云平台，通过所述云平台能够对多个无人机进行管理并基于实际的需要对所述无人机进行图像或视频数据的采集；同时，在本实施例中，通过所述无人机与5G链路、综合管理***的配合，使得图像传输和电力线路的巡检能顺利的进行；同时，整个***也是基于云平台运行，且所有的数据均通过云平台进行人机界面的交互，以实现对电力线路巡检的实时监控；
所述无人机包括机身本体、供电模块和螺旋桨，所述供电模块设置在所述机身本体中；所述螺旋桨通过固定杆与所述机身本体连接，同时，所述供电模块、所述螺旋桨和微控制器相互电连接；
另外，各个所述无人机通过自身的远距离通信传输功能与所述云平台建立电连接，或者通过所述传输装置与所述云平台建立连接关系，其中，通过所述传输装置进行连接，使得在信号不佳的场景中，可以由所述传输装置与所述无人机建立通信网络，使得所述无人机对某一区域中的电力线路进行巡检；在此过程中，所述传输装置作为中间控制点，当通信恢复后，由所述传输装置把存储的数据与所述云平台进行传输；
所述协同装置装载在所述无人机上，并对多个无人机之间的状态数据进行传输，以建立多架无人机对某一电力线路进行巡检，同时触发对该电力线路的图像数据的采集；另外，通过各个所述无人机上的协同装置之间协同配合，使得无人机在巡检的过程中，彼此之间相互配合，从不同的角度对电力线路进行巡检，提升了巡检的效率和巡检的质量；
所述采集装置对多个无人机运行过程的图像或者视频信号进行采集；所述避障装置对多个无人机的运行前端的障碍物进行采集，若遇到障碍物则通过触发对障碍物大小以及位置的采集，并触发避障操作；在本实施例中，所述避障装置可以单独对无人机的运行前端的障碍物的位置和大小及进行采集；也可以与所述采集装置配合使用以实现对所述无人机的运行前端的障碍物进行采集，并触发避障操作；在本实施例中，主要以所述避障装置单独进行障碍物的数据进行采集，并触发对所述无人机的避障操作；对于所述避障装置与所述采集装置配合使用的场景可以类比进行拓展，本实施例中不再一一赘述；
所述传输装置对多个无人机的数据进行接收，并通过传输至所述服务器中；所述传输装置设置在巡检的电力线路的识别范围中，用于对所述无人机的采集数据进行辅助接收，同时，还能防止某些巡检线路中，由于信号状态不佳无法实时长传至所述服务器和所述云平台的场景；在本实例中，所述传输装置放置在所述无人机巡检的电力线路的附近，并与巡检的所述无人机建立数据传输或者引导通信链路，使得所述传输装置能够兼顾数据的缓存与所述无人机的辅助导引；在对所述无人机进行辅助导引的过程中，通过所述传输装置也能多个无人机进行辅助引导，以限制所述无人机巡检范围；同时，通过所述传输装置与所述无人机的配合，使得无人机与所述传输装置能进行大载量的数据传输；
所述任务装置对多个无人机的任务进行管理，并对所述无人机的当前执行任务的状态检测监控，也可以通过任务装置对任务进行分配或者调整各项任务之间的优先级；所述服务器与所述协同装置、所述采集装置、所述避障装置、所述传输装置连接，并对其检测到的数据进行收集和存储；其中，所述数据包括但是不局限于以下列举的几种：障碍物的位置数据、巡检电力线路的数据、无人机的状态数据等；
所述协同装置包括状态采集机构和跟随机构，所述状态采集机构对所述无人机的自身状态进行检测；所述跟随机构对临近的所述无人机的状态进行监控；其中，所述无人机的状态包括无人机的ID、位置、电量、型号和巡检图像或视频；
所述跟随机构就包括检测雷达和转向模块，所述检测构件设置在所述转向模块上，并在所述转向模块的调整下对相邻的所述无人机进行位置数据的采集；
所述状态采集机构嵌套安装在各个所述无人机上，并对所述无人机的状态进行监控，使得各个所述无人机的自身的状态数据能够被采集；其中，所述状态采集机构所述无人机自身固有的微控制器控制连接，并在所述微控制器的控制下对各个所述无人机的状态进行检测；另外，当所述跟随机构与所述无人机进行限位卡接时，由所述无人机进行供电，并与所述无人机固定的所述微控制器进行控制，以实现检测周围的其他无人机的位置和参数；
另外，所述检测雷达包括一组检测探头、俯仰调整构件和支撑座，一组所述检测探头分别与所述俯仰调整构件驱动连接形成调整部，所述调整部对称设置在所述支撑座的两侧，其中，所述俯仰调整构件驱动所述检测探头进行俯仰操作，使得检测至少两个的无人机的位置，以实现对所述无人机的跟随；同时，所述俯仰调整构件均能进行对所述检测探头的独立俯仰调整；所述支撑座与所述转向模块进行连接，并跟随所述转向模块进行转动；
所述检测探头包括但是不局限与以下列举的几种：检测相机、红外传感器、视觉传感器和距离传感器等；通过所述检测雷达与所述转向模块相互配合，使得对相邻近的无人机进行跟随，同时，还兼顾对障碍物的避障等；
可选的，所述转向模块设置在所述无人机的机身本体的上顶部，并与所述无人机可拆卸卡接；其中，所述转向模块包括转动构件和存储腔，所述转动构件设置在所述存储腔中，并与所述转动构件进行可拆卸卡接，所述转动构件包括转动座、底板和转动驱动机构，所述跟随构件设置在所述转动座上顶部，所述转动座的下底部与所述转动驱动机构驱动连接；所述转动座设置在所述底板的一侧，所述底板的另一侧设有若干个供电触头；
所述跟随机构还包括卡接构件，卡接构件设置在所述存储腔中，且所述卡接构件用于对所述检测雷达进行限位卡接，以实现对所述检测雷达进行限位；所述卡接构件包括卡接座、若干个卡接爪、卡接驱动机构、活动槽，所述活动槽沿着所述卡接座的周径开设，各个所述卡接爪设置在所述活动槽中，各个所述卡接爪与卡接驱动机构驱动连接，并沿着所述卡接槽的槽向运动；其中，所述活动槽的槽向与卡接座的轴线平行；各个所述卡接爪在对所述检测雷达限位时，通过所述卡接爪的凸起对所述底板进行限位卡接；
同时，存储腔的底板设置有供各个所述卡接爪进行活动的活动腔，使得所述各个卡接爪进行卡接时，能进行活动；另外，所述卡接构件还包括控制开关，所述控制开关控制所述卡接驱动机构驱动各个卡接爪进行动作；
所述检测雷达设置在所述转向模块上，并跟随所述转向模块进行转动，并以35-60R/min的转动速度自转；其中，所述检测雷达设置在所述转动座上，并在所述转动驱动机构的驱动下沿着所述转动座的轴线进行转动；
所述转向模块与所述无人机的上顶部进行可拆卸卡接，其中，所述存储腔的底部设置有若干个连接铜板，各个所述连接铜板与各个所述供电触头相向设置，并在卡接后，通过设置在所述无人机上的接触头对所述转向模块进行供电；同时，当所述转向模块与所述无人机进行卡接后，通过所述无人机上的微控制器进行控制，使得所述检测雷达采集的数据均能传输至所述微控制器中，并由所述微控制器进行调控，以实现对无人机的协同配合和主动避障；
获取所述检测雷达中对相邻无人机的初始位置S0和实时跟踪位置Si的数据，则根据下式对相邻无人机的搜索范围F进行计算：
其中，d为相邻两架无人机之间的安全距离；初始位置S0的坐标为(x0，y0)；实时跟踪位置Si的坐标为(xi，yi)；
在本实施例中，对同一电力线路进行巡检的过程中，通过一架无人机或者多架无人机对一个电力线路进行巡检，且彼此之间保持相对安全的距离，并同步、平行飞行，以实现对所述电力线路的巡检，则此时，所述跟踪位置的位置即为安全位置；若由于在躲避障碍物的过程中，需要对进行无人机进行位置的调整，则根据所述检测雷达对该无人机的位置进行确定，其中，可以通过视觉识别对所述无人机的位置进行确定，通过视觉识别不仅能求出x.y.z坐标，还能求出物体相对于相机的三维偏转角，从而能获得更丰富的决策信息；同时，视觉识别不仅可以用来识别目标，还可以用来识别大多数障碍物；
根据上式、以及无人机与障碍物的位置D固(u，v)之间距离，则获得无人机的协同距离Gental，
其中，λ为权重系数，其值由λ＝1/d进行确定；D固为障碍物坐标与无人机的最大安全距离值；k为运行路径上的障碍物总数；Hi为第i个障碍物的威胁系数；ri为第i个障碍物与无人机的中心距离；所述障碍物包括但是不局限于以下列举的几种：供电电路的瓷绝缘子、耐张塔、直线塔、转角杆塔、换位杆塔、V型拉线杆塔、上字型铁塔、悬式绝缘子、瓷横担绝缘子和塔顶上的避雷针等；
对于所述威胁系数Hi还需要满足以下的条件：
其中，△β为障碍物与所述无人机的避障调整角度；对于上式中的避障调整角度△β可以根据下面的公式进行计算：
其中，v为无人机的运行速度；α为无人机的运行方向角；j为无人机运行方向角的纵向偏移距离分量；h为无人机运行方向角的横向偏移距离分量；
可选的，所述采集装置与所述无人机可拆卸连接，且设置在所述无人机的机身本体的下端面，并用于对所述电力线路进行巡检，在巡检的过程中，采集所述电力线路的图像或视频数据；其中，所述采集装置包括采集机构和转向机构，所述转向机构对所述采集机构的检测角度进行调整；所述采集机构对电力线路的图像或视频数据进行采集；所述采集机构包括检测相机和数据存储单元，所述数据存储单元对所述检测相机的图像或视频数据进行存储；所述检测相机通过所述转向机构调整采集的角度：
所述转向机构包括转向腔、转向驱动机构、角度标记件、角度检测件、指示杆、固定座和连接杆，所述转向驱动机构与所述连接杆驱动连接形成驱动部，所述驱动部设置在所述转向腔中；所述固定座与所述连接杆的杆体嵌套，并跟随所述连接杆的转动而转动；所述指示杆的一端与所述固定座的外壁连接，另一端与所述角度检测件；所述角度标记件设置在所述转向腔的内壁上，并沿着所述转向腔的内壁等间距的分布，并与所述角度检测件相向设置；
所述采集装置还包括偏移构件，所述偏移构件对所述转向机构的水平方向的角度进行调整；所述偏移构件包括限位板、偏移座、立板和偏移驱动机构，所述偏移座通过所述立板与所述转向机构进行连接，并对所述转向机构的水平方向的转动进行调整；所述偏移驱动机构设置在所述限位板上，朝向所述偏移座的一侧伸出；所述偏移座朝向所述偏移驱动机构的一侧设置伞齿轮，所述偏移驱动机构并与所述偏移座上的伞齿轮啮合连接，使所述偏移座能沿着自身的轴线进行转动；同时，所述偏移座进行转动的过程中，带动所述转向机构在水平方向上进行转动；所述限位板通过限位杆与所述偏移座铰接，且所述限位杆与所述偏移座的轴线同轴设置，使得所述偏移座在转动时沿着限位杆的轴线进行转动；
所述转向机构和所述采集机构相互配合，使得所述采集机构能够在所述转向机构的调整之下对所述电力线路巡检时的图像或视频数据进行采集；
另外，所述采集机构还包括红外探头，所述红外探头设置在所述检测相机的下方，并与所述检测相机的下端面进行连接，并跟随所述检测相机转动而转动，用于对所述电力线路进行辅助的图像或视频数据的采集；同时，能对所述电力线路的发热位置进行巡检，有效提升对异常位置的甄别能力；
可选的，所述避障装置基于所述跟随机构或检测装置的数据执行避障操作；所述避障装置包括若干个避障阵列和姿态调整单元，各个所述避障阵列设置在各个螺旋桨的下方并与所述螺旋桨的下端面可拆卸卡接；所述姿态调整单元获取所述无人机当前的姿态和与所述障碍物的位置数据，并触发姿势的调整；
其中。所述姿态调整单元的调整量Fly(T)依据下式进行计算，
Fly(T)＝Fly(t)-Fly(t-1)
Fly(t)＝(Kp+Ki)×Transx×cosα+Kd×(Stationy-Station0)×sinα+Δω
Fly(t-1)＝Kp(Gyroz-Gyro0)×tanα+Δω
其中，Fly(t)为初始位置调整量；Fly(t-1)为转移调整量；Kp为x轴角度微分参数；Ki为y轴平衡角度比例参数；Kd为z轴稳定辅助参数；Trans为无人机沿x轴调整的距离值；Stationy为无人机沿y轴调整的距离值；α为无人机的运行方向角；T为时间，t∈T.t-1∈T；Gyroz为无人机沿z轴调整的距离值；△ω为调整量偏差辅助系数，满足：
式中，E1为当前环境的温度；E2为当前环境的风向；E3为无人机的转向距离；E4为无人机的总重量；所述风向与风向的关系包括：若风向与所述电力线路的角度存在以下的关系：
/>
表格中，f为具体的风力等级，侧风向角度为γ；
各个所述避障阵列包括固定座和感应矩阵元件，所述感应矩阵列设置所述固定座上，并对所述无人机的周围的障碍物进行检测；其中，所述固定座与所述无人机的螺旋桨的下端面可拆卸卡接；同时，各个所述避障阵列的上顶部设置若干个导电头和连接触摸板，所述连接触摸板和所述导电板用于对所述避障阵列的供电和数据进行传输；同时，螺旋桨的下端面与所述避障阵列的一侧设置有若干个供电接触点和数据传导板，其中，所述供电接触点和所述数据传导板与各个所述导电头和所述连接触摸板相向设置并限位卡接时，能相互接触形成彼此独立的通电回路和数据传输回路；通过所述通电回使得无人机本体上的供电模块能对避障阵列进行供电；通过数据传输回路使得所述避障阵列采集到的数据能传输至所述无人机的微控制器上，并实现自主避障。另外，所述感应矩阵元件与所述无人机的所述微控制器电连接，并基于所述微控制器采集所述无人机周围的环境参数，以实现无人机避障的操作；所述感应矩阵元件包括距离传感器或者测距雷达的任意一种或者多种；
同时，所述距离传感器或者测距雷达沿着所述固定座的长度方向等间距的分布，使得所述无人机在运行的过程中，能够兼顾自主避障和对所述电力线路巡检；所述距离传感器或者所述测距雷达获取所述障碍物的位置信息，并通过与所述姿态调整单元的调整，使得所所述无人机能够进行自主且稳定的姿态的调整，以实现电力线路的巡检过程的主动避障；
可选的，所述传输装置设置在巡检范围的地面或者引导位置上，用于对多架次的无人机采集的数据进行辅助传输；其中，所述传输装置包括传输机构和支撑机构，所述传输机构设置在所述支撑机构上；所述支撑机构支撑所述传输机构并与地面接触；所述传输机构包括传输雷达、自转构件和配对模块，所述自转构件对所述传输雷达以设定的自转速度进行转动；所述配对模块与多架无人机建立配对关系，以建立多个连接节点；其中，各个所述连接节点通过传输雷达与所述无人机进行通信和数据的传输；
所述传输装置与各个无人机之间通过5G技术进行通信传输，使得所述无人机上采集的数据能进行实时传输，并通过所述传输装置进行中继传输，有效提升数据传输的可靠性和实时性；
特别的，在识别的范围中，所述通信和数据的传输仅对配对的所述无人机有效，同时还兼顾对所述无人机的辅助引导；所述自转构件包括转动座、自转驱动机构和供电模块，所述供电模块与所述自转驱动机构电连接，以实现所述自转驱动机构对所述转动座的驱动；所述转动座的一侧与所述检测雷达进行连接，另一侧连接以固定齿轮，并通过所述固定齿轮与所述自转驱动机构驱动连接；同时，所述转动座内设有供所述固定齿轮与所述自转驱动机构容纳的存储腔，所述固定齿轮与所述自转驱动机构啮合，使得所述转动座能进行自转；
所述支撑机构包括支撑座和若干个支撑杆，所述传输机构设置在所述支撑座的上端面，各个所述支撑杆设置在所述支撑座远离所述传输机构的一侧，并与所述支撑座的外壁铰接，且沿着所述支撑座的外周等间距的分布；所述支撑座朝向所述传输机构的一侧设置有凸起，所述转动座的下端面设有与所述支撑座的凸起进行嵌套的凹槽，且所述凸起和所述凹槽相互匹配，使得所述转动座进行转动的过程中，所述支撑座能对所述转动座进行辅助限制，以防止其移位或者倒伏；
所述传输机构以30-40r/min的转动速度进行转动，以实现在检测位置进行无人机的辅助指引；同时，所述传输机构还兼顾对所述无人机进行引导和对数据进行接收；同时，所述支撑杆的一端与所述支撑座的外壁进行铰接，且沿着所述支撑座的周侧螺旋排列；另外，各个所述支撑杆在进行支撑时，能够对所述支撑座进行稳定的支撑；
在另外的实施例中，如图所示10，所述支撑座与所述转动座之间也可以通过伸缩杆进行连接，即，所述伸缩杆的一端设有凸起并与所述转动座的底端端面的凹槽嵌套，所述伸缩杆的另一端与所述支撑座的上端面固定连接，以实现所述转动座能在伸缩杆的作用下进行不同高度的调整，增加所述传输装置不同的应用场景；
可选的，所述任务装置包括反馈模块和任务模块，所述任务模块对无人机检测的任务进行上传，以实现对所述无人机的执行该任务；所述反馈模块对所述无人机的执行状况进行采集，并反馈至服务器或者云平台中；
所述任务模块包括任务管理器和权限管理单元，所述任务管理器配对连接的所述无人机进行任务的分配；所述权限管理单元与所述无人机建立任务传输通信链路，以对任务优先级和安全进行管理；同时还对多架次的无人机进行协同管理，提升巡检的高效性和可靠性；
所述任务模块访问数据库并将任务记录与无人机的当前执行任务记录进行比较，并创建一组根据优先权管理单元的调度顺序排列优先级的分配任务，并根据相应的调度优先级将任务分配给无人机；其中，当前执行任务记录的状态由所述反馈模块进行反馈或记录；若当前的执行任务未执行完毕，则通过所述反馈模块提示服务器或者云平台拒绝该任务的分配；
所述任务模块以周期性地更新分配给所请求的无人机的任务集和相应的调度顺序，其中，在相应的调度顺序中优先分配给所请求的无人机的紧接下一个任务的优先级；所述优先级基于紧接任务列表中的任务参数；所述任务参数包括任务位置Sv、巡检的距离Dv、巡检电力线路的目标Lv、巡检电力线路的无人机数量Qv、无人机的电量载量(容量)Uv和巡检时间Wv；上述的任务参数均由云平台或服务对任务进行下发，并所述反馈模块反馈的数据进行综合分析，并通过5G链路下传无人机的航路、观察目标、观察位置等任务数据；同时，所述反馈模块向所述云平台进行反馈信号的传输时，也是通过5G链路反馈无人机和巡检过程的所有状态信息；
对于所述优先级可综合上述的任务参数，并根据下式进行计算，
其中，Priorityv为优先级，v为次数，v取正整数值；ξv为各个任务参数的权重系数，u＝1，2，3，4，5，6；对于Sv、Dv、Lv、Qv、Uv和Wv的具体数据值，其中，v为次数，在巡检过程中根据具体的情况进行设定，并为上述的任务参数分配相对应的权重系数，而权重系数的分配可以根据经验进行设定；
优先级Priorityu的评估流程如下：
step1：根据经验对各个任务参数的权重系数ξv进行设定；
step 2：根据具体的情况对所述任务参数的具体数据进行确定，即：确定任务位置Sv、巡检的距离Dv、巡检电力线路的目标Lv、巡检电力线路的无人机数量Qv、无人机的电量载量(容量)Uv和巡检时间Wv：
step 3：计算求出需求的优先级指标值Priorityv；
step 4：对Priorityv进行从大到小的排序，值越大优先级越高；
可选的，所述反馈模块包括状态监控单元和反馈单元，所述状态监控单元对无人机的自身的状态参数进行监控；所述反馈单元基于所述状态监控单元的数据向着所述服务器和所述云平台进行反馈；其中，无人机的状态包括无人机的连接状态、无人机的ID、位置、电量、型号和巡检图像或视频；
所述反馈模块在对所述无人机的状态参数进行反馈时，可直接通过无人机自身的上传数据的功能向所述服务器或者云平台进行传输；也可以与所述传输装置对数据进行缓存，并通过所述传输装置向所述服务器或者云平台进行实时传输，以实现对无人机的任务的航路、观察电力线路的异常状态数据的精准监控或巡检；另外，所述反馈模块反馈的数据经过操作者或者巡检者根据经验进行评判；若已经达到巡检的设定的预期效果，则结束巡检；若未达到设定的预期效果，则重新调整巡检的任务参数，重新调整任务位置Sv、巡检的距离Dv、巡检电力线路的目标Lv、巡检电力线路的无人机数量Qv、无人机的电量载量(容量)Uv和巡检时间Wv等参数，并重新进行巡检，直到达到预期的效果为止；另外，上述的预期效果包括已经获取电力线路中的异常位置的图像数据/视频数据、实时反馈到所述服务器和云平台的巡检状态信息、图像或视频数据满足要求等；
另外，本实施例中，所有的数据传输均采用5G技术，并充分利用5G高速率、低时延和大连接的优点，使得多架次无人机对电力线路的巡检能够高效和可靠。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。
Claims (6)
1.一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，包括无人机、以及设置在所述无人机上的微控制器，其特征在于，还包括协同装置、采集装置、避障装置、传输装置、任务装置、服务器和处理器，所述处理器分别与协同装置、采集装置、避障装置、传输装置、任务装置和服务器控制连接，
所述协同装置装载在所述无人机上，并对多个无人机之间的状态数据进行传输；所述采集装置对多个无人机运行过程的图像或者视频信号进行采集；所述避障装置对多个无人机的运行前端的障碍物进行采集；所述传输装置对多个无人机的数据进行接收，并传输至所述服务器中；所述任务装置对多个无人机的任务进行管理；所述服务器与所述协同装置、所述采集装置、所述避障装置、所述传输装置连接，并对其检测到的数据进行收集和存储；
所述协同装置包括状态采集机构和跟随机构，所述状态采集机构对所述无人机的自身状态进行检测；所述跟随机构对临近的所述无人机的状态进行监控；其中，所述无人机的状态包括无人机的ID、位置、电量、型号和巡检图像或视频；
所述跟随机构就包括检测雷达和转向模块，所述检测雷达设置在所述转向模块上，并在所述转向模块的调整下对相邻的所述无人机进行位置数据的采集；
获取所述检测雷达中对相邻无人机的初始位置S0和实时跟踪位置Si的数据，则根据下式对相邻无人机的搜索范围F进行计算：
；
其中，d为相邻两架无人机之间的安全距离；初始位置S0的坐标为（x0，y0）；实时跟踪位置Si的坐标为（xi，yi）；
根据上式、以及无人机与障碍物的位置D固（u，v）之间距离，则获得无人机的协同距离Gental，所述协同距离Gental
；
其中，λ为权重系数，其值由λ=1/d进行确定；D固为障碍物坐标与无人机的最大安全距离值；k为运行路径上的障碍物总数；Hi为第i个障碍物的威胁系数；ri为第i个障碍物与无人机的中心距离；
对于所述威胁系数还需要满足以下的条件：
；
其中，△β为障碍物与所述无人机的避障调整角度。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，其特征在于，所述采集装置与所述无人机可拆卸连接，其中，所述采集装置包括采集机构和转向机构，所述转向机构对所述采集机构的检测角度进行调整；所述采集机构对电力线路的图像或视频数据进行采集；所述采集机构包括检测相机和数据存储单元，所述数据存储单元对所述检测相机的图像或视频数据进行存储；所述检测相机通过所述转向机构调整采集的角度：
所述转向机构包括转向腔、转向驱动机构、角度标记件、角度检测件、指示杆、固定座和连接杆，所述转向驱动机构与所述连接杆驱动连接形成驱动部，所述驱动部设置在所述转向腔中；所述固定座与所述连接杆的杆体嵌套，并跟随所述连接杆的转动而转动；所述指示杆的一端与所述固定座的外壁连接，另一端与所述角度检测件连接；所述角度标记件设置在所述转向腔的内壁上，并沿着所述转向腔的内壁等间距的分布，并与所述角度检测件相向设置。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，其特征在于，所述传输装置设置在巡检范围的地面或者引导位置上，用于对多架次的无人机采集的数据进行辅助传输；其中，所述传输装置包括传输机构和支撑机构，所述传输机构设置在所述支撑机构上；所述支撑机构支撑所述传输机构并与地面接触；所述传输机构包括传输雷达、自转构件和配对模块，所述自转构件对所述传输雷达以设定的自转速度进行转动；所述配对模块与多架无人机建立配对关系，以建立多个连接节点；其中，各个所述连接节点通过传输雷达与所述无人机进行通信和数据的传输；
所述支撑机构包括支撑座和若干个支撑杆，所述传输机构设置在所述支撑座的上端面，各个所述支撑杆设置在所述支撑座远离所述传输机构的一侧，并与所述支撑座的外壁铰接，且沿着所述支撑座的外周等间距的分布。
4.根据权利要求3所述的一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，其特征在于，所述任务装置包括反馈模块和任务模块，所述任务模块对无人机检测的任务进行上传，以使所述无人机执行该任务；所述反馈模块对所述无人机的执行状况进行采集，并反馈至服务器或者云平台中；
所述任务模块包括任务管理器和权限管理单元，所述任务管理器配对连接的所述无人机进行任务的分配；所述权限管理单元与所述无人机建立任务传输通信链路，以对任务优先级和安全进行管理；
所述任务模块访问数据库并将任务记录与无人机的当前执行任务记录进行比较，并创建一组根据优先权管理单元的调度顺序排列优先级的分配任务，并根据相应的调度优先级将任务分配给无人机；其中，当前执行任务记录的状态由所述反馈模块进行反馈或记录；若当前的执行任务未执行完毕，则通过所述反馈模块提示服务器或者云平台拒绝该任务的分配。
5.根据权利要求4所述的一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，其特征在于，所述反馈模块包括状态监控单元和反馈单元，所述状态监控单元对无人机的自身的状态参数进行监控；所述反馈单元基于所述状态监控单元的数据向着所述服务器和所述云平台进行反馈；
其中，无人机的状态包括无人机的连接状态、无人机的ID、位置、电量、型号和巡检图像或视频。
6.根据权利要求5所述的一种基于5G链路的电力巡检无人机多机综合管理***，其特征在于，所述转向模块设置在所述无人机的机身本体的上顶部，并与所述无人机可拆卸卡接；其中，所述转向模块包括转动构件和存储腔，所述转动构件设置在所述存储腔中，并与所述转动构件进行可拆卸卡接，所述转动构件包括转动座和转动驱动机构，所述转动座的下底部与所述转动驱动机构驱动连接。
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