CN114397901A - 无人机及无人机巡检方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无人机及无人机巡检方法。其中，该无人机包括：机架，用于支撑无人机的多个部件；螺旋桨，设置于机架的四周，用于实现无人机的飞行；监测控制设备，设置于机架的中部，其中，监测控制设备包括：拍摄模块，温度检测模块，气体检测模块，挂载模块，无人机机巢模块，数据传输模块，导航模块，动力模块，能源模块，主动授光模块。本申请解决了由于地下电力管廊出现事故后造成人员无法第一时间进入管廊进行事故点确认的技术问题。

Description

无人机及无人机巡检方法

技术领域

本申请涉及电缆隧道巡检领域，具体而言，涉及一种无人机及无人机巡检方法。

背景技术

目前，全国电力电缆运行专业管理方式大都属于粗放式的管理模式，电力电缆线路的运行巡视和检修工作大部分都由人工完成。由于地下电力电缆隧道空间狭长，出 入口有限，且高压线缆密集，安全隐患众多，人工巡检耗时耗力，且难度极大。例如 电缆线路火灾事故，因为电力电缆内部可燃物复杂(绝缘材料种类繁多)，极易发生火 灾，火灾发生时高温浓烟积聚，扑救工作难度极大，损失往往也不可估量！因此，在 电力电缆隧道内寻找可靠灵活的巡检方法，成为目前电力电缆隧道视频监控***设计 的重中之重。常规的人工巡查检修存在着各种各样的问题，具有不专业性、不稳定性 等特征。高压电缆和电力隧道是城市中心区电力输送的主动脉，一旦出现问题，将会 对整个城市的核心区供电安全造成严重的影响。

针对电缆隧道运维作业环境恶劣、火灾时有发生，严重影响供电***安全稳定运行，防控措施测试分析和联动预警及隧道视频监控、智能识别分析有所不足，现有“工 业视频监控***”也存在控制不便、历史视频无法得到正确的利用、视频监控***无 法主动推送告警信息到电缆中心；另外，由于个别巡检人员责任心不强，经常造成巡 检不到位，漏检等现象，致使地下管廊各设施存在一定的安全隐患，从而造成严重的 后果。地下电缆管廊在运行的过程中，由于安装问题或部件老化等原因造成接头过热， 长时间过热会造成接头击穿，进而造成断电的事故，所以日常巡检是必然需要的。

旋翼飞行器是一种不稳定的飞行***，其无法实现自稳。所以，其对飞行自稳***的依赖性也就非常高，所以尽管莱特兄弟的固定翼飞机在1903年就已经起飞，而直 升机也在20世纪40年代就已经成功运用，但是对于多旋翼飞行器的成功飞行直到自 动化控制越来越先进的21世纪才真正实现。

1956年，M.K.Adman设计的第1架真正的四旋翼飞行器Convertawings Model“A”试飞取得成功，这架飞机重达1吨，依靠两个90马力的发动机实现悬停和机动，对飞 机的控制不再需要垂直于主旋翼的螺旋桨，而是通过改变主旋翼的推力来实现。然而， 由于操作这架飞机的工作量繁重，且飞机在速度、载重量、飞行范围、续航性等方面 无法与传统的飞行器竞争，因此人们对此失去了进一步研究的兴趣，该研究被迫停止。 在没有实现自动化控制***之前，多旋翼的飞行基本是不具备实用价值的，因为让人 来直接控制多旋翼飞行器，飞行员所有的精力和注意力都在飞行本身，就如同站在圆 球之上努力保持自身平衡，实际上根本无法做出其他动作。同时，固定翼飞行器和直 升机飞行器已经很实用，所以没有国家和企业愿意继续在多旋翼飞行方面进行研究。 很长一段时间里，只有美国一些研发性的项目做出了多旋翼飞行器的样机。

20世纪90年代之后，随着微机电***(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)研究的成熟，重量只有几克的MEMS惯性导航***被开发运用，使制作多旋翼飞行器 的自动控制器成为现实。2005年，德国生产出了MD4-200，成为了第一部能够实现自 主悬停并且能够具备半自主飞行的多旋翼飞行器。

现在针对地下电力管廊的巡检方式大都以人员巡检为主，以人手触摸或测温枪进行异常发热点的监控，这种方式一方面效率极低，巡检速度无法满足实际使用要求， 另一方面，由于人员的不确定性，很容易造成故障点的遗漏、缺失等问题，达不到预 期的效果。另外，当地下电力管廊出现接头击穿的事故后，会释放大量的烟，管廊内 的空气中的氧气含量也会降低，导致出现事故后人员无法第一时间进入管廊进行事故 点确认。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种无人机及无人机巡检方法，以至少解决由于地下电力管廊出现事故后造成人员无法第一时间进入管廊进行事故点确认的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种无人机，包括：机架，用于支撑无人 机的多个部件；螺旋桨，设置于机架的四周，用于实现无人机的飞行；监测控制设备， 设置于机架的中部，其中，监测控制设备包括：拍摄模块，温度检测模块，气体检测 模块，挂载模块，无人机机巢模块，数据传输模块，导航模块，动力模块，能源模块， 主动授光模块。

可选地，导航模块，在上、下方向利用激光雷达辅助定高；在左、右、前、后方 向利用超声波避障；在下方向利用视觉传感器进行定位及辅助自动导航。

可选地，数据传输模块，用于存在信号屏蔽的情况下，通过点对点的传输模式实时传输信号，并且将信号实时发送至服务器。

可选地，挂载模块，用于挂载拍摄模块、气体检测模块、温度检测模块、主动授 光模块，其中，挂载模块由微型挂载***以及云台控制软硬件组成。

可选地，云台控制软硬件，用于实现云台的手动控制或自动航线控制；微型挂载***，用于在日常巡检的情况下，使用双光微型云台，在紧急巡检的情况下，使用可 见光微型云台。

可选地，主动授光模块，用于在无人机检测到光线不足的情况下，对拍摄区域进行主动授光。

可选地，无人机机巢模块的尺寸基于无人机的结构以及应用环境进行设计，并且具有自动充电和自动检查功能。

可选地，动力模块，用于对无人机、挂载模块、无人机的电池以及电路部分的重 量进行核算，计算出最合理的电机的极数、电机的KV值、螺旋桨的尺寸、螺旋桨的螺 距以及电调的相关参数。

可选地，能源模块，用于通过动力与电池进行匹配，并且采用聚合物锂电池。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种无人机巡检方法，包括：接收巡检任务；通过导航模块规划巡检任务对应的任务信息，并且利用数据传输模块发送任务 信息至无人机；利用导航模块采集定位信息，并且控制无人机按照定位信息飞行；在 到达目标检测点的情况下，控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检。

可选地，在到达目标检测点的情况下，控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检，包括：调用拍摄模块、温度检测模块、气体检测模块对巡检目标进行检测，并 且将检测数据通过数据传输模块发送至服务器。

可选地，在到达目标检测点的情况下，控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检之后，还包括：利用模板匹配的技术以及尺度不变特征变换匹配算法对巡检目标 的状态进行识别；对检测数据进行分析判断，并在巡检目标故障时发出警报。

根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行以上 的无人机巡检方法。

根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行存储在存储器中的程序，其中，程序运行时执行以上的无人机巡检方法。

在本申请实施例中，采用一种无人机，包括：机架，用于支撑无人机的多个部件；螺旋桨，设置于机架的四周，用于实现无人机的飞行；监测控制设备，设置于机架的 中部，其中，监测控制设备包括：拍摄模块，温度检测模块，气体检测模块，挂载模 块，无人机机巢模块，数据传输模块，导航模块，动力模块，能源模块，主动授光模 块，通过使用该无人机进行电缆隧道巡检，达到了在封闭环境中定位故障点以及回传 数据的目的，从而实现了远程可视化巡检的技术效果，进而解决了由于地下电力管廊 出现事故后造成人员无法第一时间进入管廊进行事故点确认技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图 中：

图1是根据本申请实施例的一种无人机的结构示意图；

图2是根据本申请实施例的一种无人机巡检方法的流程图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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 仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领 域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于 本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这 样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在 这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的 任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方 法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚 地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本申请实施例，提供了一种无人机巡检方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且， 虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行 所示出或描述的步骤。

图1是根据本申请实施例的一种无人机的结构示意图，如图1所示，该无人机包括：

机架1，用于支撑无人机的多个部件。可选地，机架1可以采用轻型碳纤维材料 作为主体材料，并且为镂空设计。

螺旋桨2，设置于机架的四周，用于实现无人机的飞行。

监测控制设备3，设置于机架的中部，其中，监测控制设备包括：拍摄模块，温 度检测模块，气体检测模块，挂载模块，无人机机巢模块，数据传输模块，导航模块， 动力模块，能源模块，主动授光模块。

通过使用上述无人机进行电缆隧道巡检，达到了在封闭环境中定位故障点以及回传数据的目的，从而实现了远程可视化巡检的技术效果。

根据本申请的一个可选的实施例，导航模块，在上、下方向利用激光雷达辅助定高；在左、右、前、后方向利用超声波避障；在下方向利用视觉传感器进行定位及辅 助自动导航。

导航模块使用避障导航模块，可以实现无人机在隧道中的精确定位以及导航的功能，为无人机实现在狭小空间内手动飞行稳定安全，自动飞行精准无误。

根据本申请的一个可选的实施例，数据传输模块，用于存在信号屏蔽的情况下，通过点对点的传输模式实时传输信号，并且将信号实时发送至服务器。

数据传输模块使用数据、图像传输模块，通过点对点传输的图数传模块，包括硬件设计、控制软件编程工作，克服在复杂且有信号屏蔽的情况下，稳定传输300米的 直线距离，且延时要低于0.1S，地面接收端接收到信号后，通过4G/5G信号将无人机 信号实时传输至指挥中心。

根据本申请的另一个可选的实施例，挂载模块，用于挂载拍摄模块、气体检测模块、温度检测模块、主动授光模块，其中，挂载模块由微型挂载***以及云台控制软 硬件组成。

可选地，云台控制软硬件，用于实现云台的手动控制或自动航线控制；微型挂载***，用于在日常巡检的情况下，使用双光微型云台，在紧急巡检的情况下，使用可 见光微型云台。

两种微型云台可以快速拆卸，并且可以互相更换。

在本申请的一些可选的实施例中，主动授光模块，用于在无人机检测到光线不足的情况下，对拍摄区域进行主动授光。

主动授光模块采用主动授光灯珠。加装定向授光***后，无人机可以在检测到光线不足以满足数据采集的情况下，对拍摄区域进行主动授光，以保证数据采集的完整 性和可用性。

在本申请的一个可选的实施例中，无人机机巢模块的尺寸基于无人机的结构以及应用环境进行设计，并且具有自动充电和自动检查功能。

无人机机巢模块的尺寸基于无人机的结构，结合电缆隧道的环境进行设计，并且具有自动充电和自动检查功能。

可选地，动力模块，用于对无人机、挂载模块、无人机的电池以及电路部分的重 量进行核算，计算出最合理的电机的极数、电机的KV值、螺旋桨的尺寸、螺旋桨的螺 距以及电调的相关参数。

通过动力模块，可实现无人机在满载作业的情况下，各机臂的动力运行在最高效率点上进行工作，以保证最大的续航时间。

根据本申请的一个可选的实施例，能源模块，用于通过动力与电池进行匹配，并且采用聚合物锂电池。

能源模块采用高性能、高能量密度的聚合物锂电池18650，可以最大限度的提升续航时间。

可选地，拍摄模块，包括：高清摄像机、红外摄像机。

温度检测模块可以使用温度传感器。

气体检测模块可以使用气体传感器。

本申请提供的上述无人机，具备遥控飞行、自主飞行两种飞行模式，具备全向避障及姿态自我调节功能，具备视频拍摄、红外拍摄、温度检测、气体检测及图像、数 据回传功能；在保证无人机续航能力的情况下从结构布局设计及动力配比上进一步使 无人机微型化；具备在封闭环境中的高精度定位及避障功能；具备在封闭环境中的数 据和图像的回传功能；具备可见光+红外数据融合处理方法；该巡检无人机机巢及指示 ***，辅助无人机开展定路径自主巡视；具有数据回传模块，通过4G/5G信号将数据 回传至指挥中心，实现远程可视化巡检。

图2是根据本申请实施例的一种无人机巡检方法的流程图，如图2所示，该方法 包括如下步骤：

步骤S202，接收巡检任务；

根据本申请的一个可选的实施例，执行步骤S202时，管理中心制定巡检任务，下传到中央控制器，中央控制器接收巡检任务。

步骤S204，通过导航模块规划巡检任务对应的任务信息，并且利用数据传输模块发送任务信息至无人机；

根据本申请的一个可选的实施例，执行步骤S204时，中央控制器根据巡检任务，使用避障导航模块规划对应的任务信息，并将任务信息通过数据、图像传输模块发送 到无人机。

步骤S206，利用导航模块采集定位信息，并且控制无人机按照定位信息飞行；

根据本申请的一个可选的实施例，执行步骤S206时，中央控制器利用避障导航模块采集定位信息，并且控制无人机在电缆隧道内按照定位信息飞行。

步骤S208，在到达目标检测点的情况下，控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检。

根据本申请的一个可选的实施例，执行步骤S208在到达目标检测点的情况下，控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检,通过以下方法实现：调用拍摄模块、温度 检测模块、气体检测模块对巡检目标进行检测，并且将检测数据通过数据传输模块发 送至服务器。

中央控制单元调用拍摄模块，温度检测模块，气体检测模块对准变高压电缆进行检测，并将检测到的视频和图像数据通过数据、图像传输模块发送至管理中心进行数 据处理、分析、存储。

根据本申请的另一个可选的实施例，步骤S208在到达目标检测点的情况下，控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检之后，还包括：利用模板匹配的技术以及尺 度不变特征变换匹配算法对巡检目标的状态进行识别；对检测数据进行分析判断，并 在巡检目标故障时发出警报。

管理中心基于采集到的视频和图像数据，利用模板匹配的技术，对高压电缆的断路状态进行识别；基于高压电缆红外摄像机采集的视频和图像数据，利用Sift特征对 高压电缆的断路状态进行识别；基站的后台监控计算机对检测数据进行分析判断，必 要时发出警报。

根据本申请的另一个可选的实施例，步骤S208在到达目标检测点的情况下，控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检之后，还包括：继续顺序执行任务，直至巡 检任务完成；巡检设备返回无人机机巢，进行自动充电、检查，等待下个定时巡检任 务。

根据本申请的另一个可选的实施例，步骤S208在到达目标检测点的情况下，控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检之后，还包括：在全部任务完成的情况下， 基站的中央控制器接收到巡检结束消息，分析处理本次巡检数据，形成巡检报表，本 次巡检结束；巡检人员可以在基站的巡检时间实时监控巡检全程；也可以在巡检完成 后浏览巡检报表；也可以定期通过历史数据检索，查看巡检历史数据。

本申请提供的上述无人机巡检的方法，可以提高电缆隧道巡检的效率以及准确率， 并且在事故发生后可以第一时间进入管廊定位事故点，并根据现场情况确认维修的方案，实现电缆隧道的远程可视化巡检。

需要说明的是图2所示实施例的优选实施方式可以参见图1所示实施例的相关描述，此处不再赘述。

根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行以上 的无人机巡检方法。

上述非易失性存储介质用于存储执行以下功能的程序：接收巡检任务；通过导航模块规划巡检任务对应的任务信息，并且利用数据传输模块发送任务信息至无人机； 利用导航模块采集定位信息，并且控制无人机按照定位信息飞行；在到达目标检测点 的情况下，控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检。

本申请实施例还提供了一种处理器，处理器用于运行存储在存储器中的程序，其中，程序运行时执行以上的无人机巡检方法。

上述处理器用于运行执行以下功能的程序：接收巡检任务；通过导航模块规划巡检任务对应的任务信息，并且利用数据传输模块发送任务信息至无人机；利用导航模 块采集定位信息，并且控制无人机按照定位信息飞行；在到达目标检测点的情况下， 控制无人机悬停，并且依据任务信息进行巡检。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分， 可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件 可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所 显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模 块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到 多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案 的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成 的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时， 可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的 形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一 台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所 述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者 光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润 饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (14)

1.一种无人机，其特征在于，包括：

机架，用于支撑所述无人机的多个部件；

螺旋桨，设置于所述机架的四周，用于实现所述无人机的飞行；

监测控制设备，设置于所述机架的中部，其中，所述监测控制设备包括：拍摄模块，温度检测模块，气体检测模块，挂载模块，无人机机巢模块，数据传输模块，导航模块，动力模块，能源模块，主动授光模块。

2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述导航模块，

在上、下方向利用激光雷达辅助定高；

在左、右、前、后方向利用超声波避障；

在下方向利用视觉传感器进行定位及辅助自动导航。

3.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述数据传输模块，用于存在信号屏蔽的情况下，通过点对点的传输模式实时传输信号，并且将所述信号实时发送至服务器。

4.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述挂载模块，用于挂载所述拍摄模块、所述气体检测模块、所述温度检测模块、所述主动授光模块，其中，所述挂载模块由微型挂载***以及云台控制软硬件组成。

5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，

所述云台控制软硬件，用于实现云台的手动控制或自动航线控制；

所述微型挂载***，用于在日常巡检的情况下，使用双光微型云台，在紧急巡检的情况下，使用可见光微型云台。

6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述主动授光模块，用于在所述无人机检测到光线不足的情况下，对拍摄区域进行主动授光。

7.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机机巢模块的尺寸基于所述无人机的结构以及应用环境进行设计，并且具有自动充电和自动检查功能。

8.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述动力模块，用于对所述无人机、所述挂载模块、所述无人机的电池以及电路部分的重量进行核算，计算出最合理的电机的极数、电机的KV值、螺旋桨的尺寸、螺旋桨的螺距以及电调的相关参数。

9.根据权利要求8所述的无人机，其特征在于，所述能源模块，用于通过动力与所述电池进行匹配，并且采用聚合物锂电池。

10.一种无人机巡检方法，该方法应用于权利要求1至9中任意一项所述的无人机，其特征在于，包括：

接收巡检任务；

通过导航模块规划所述巡检任务对应的任务信息，并且利用数据传输模块发送所述任务信息至无人机；

利用所述导航模块采集定位信息，并且控制所述无人机按照所述定位信息飞行；

在到达目标检测点的情况下，控制所述无人机悬停，并且依据所述任务信息进行巡检。

11.根据权利要求10所述的无人机巡检方法，其特征在于，在到达目标检测点的情况下，控制所述无人机悬停，并且依据所述任务信息进行巡检，包括：

调用拍摄模块、温度检测模块、气体检测模块对巡检目标进行检测，并且将检测数据通过所述数据传输模块发送至服务器。

12.根据权利要求11所述的无人机巡检方法，其特征在于，在到达目标检测点的情况下，控制所述无人机悬停，并且依据所述任务信息进行巡检之后，还包括：

利用模板匹配的技术以及尺度不变特征变换匹配算法对所述巡检目标的状态进行识别；

对所述检测数据进行分析判断，并在所述巡检目标故障时发出警报。

13.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述非易失性存储介质所在设备执行权利要求10至12中任意一项所述的无人机巡检方法。

14.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行存储在存储器中的程序，其中，所述程序运行时执行权利要求10至12中任意一项所述的无人机巡检方法。

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