CN114928392A - 一种基于5g的无人机自动巡检数据实时回传方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法和***，一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，有以下步骤：S1，无人机巡检，获取实时巡检数据；S2，对巡检数据进行加密操作；S3，加密形成的加密数据和密钥通过5G分道传输至云平台，云平台依据加密数据和密钥进行解密，得到原巡检数据；S4，将原巡检数据通过5G内网传输至测控分析端得到测控数据，通过云平台反馈测控数据至无人机，无人机依据测控数据进行针对性巡检。本发明利用5G的通信传输，提高了巡检数据的传输速度，且能够进行远距离的巡检；运用加密手段，使巡检数据的安全性得到了提升；巡检数据能够进行实时的回传并分析，无人机得到灵活调度，提高无人机自动巡检效率。

Description

一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法和***

技术领域

本发明涉及5G技术领域，尤其是一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法和***。

背景技术

5G是第五代移动通信技术，是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。国际电信联盟定义了5G的三大类应用场景，即增强移动宽带、超高可靠低时延通信和海量机器类通信。增强移动宽带主要面向移动互联网流量***式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验；超高可靠低时延通信主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求；海量机器类通信主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。

无人机在巡检、测绘、农林和安防等工业领域的应用呈现迅猛发展的态势，但长时间受制于测控半径和视距传输的藩篱，“飞不远、怕遮挡、传不出、难管控”的痛点难以根除，制约了无人机应用效率，增加了无人机使用成本，行业应用发展受到极大阻碍。传统无人机采用短波通信方式进行控制，将飞手巡检视距局限到几公里范围内，输电巡检往往涉及到上百公里距离，同时楼宇和山体对高频无线电信号形成遮挡，在城市和地形复杂的地区，巡检视距直线下降，巡检人员需要频繁的转场，巡检效率无法提升。受限于4G网络带宽、时延等现状，目前无人机巡检过程中采集的巡检照片往往需要巡检人员结束后通过SD卡的方式转移到缺陷识别平台进行缺陷识别，往往都是以天为单位，巡检过程无法实时管控，巡检数据无法实时分析。

无人机作为人工智能、大数据、物联网的综合载体，与5G技术的超高带宽、超低时延、海量连接、干扰抑制等特性十分契合，无人机巡检能够快速有效的监测到电网高空目标。因此本发明提出一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法和***，有效解决巡检数据传输不及时、巡检数据无法实时回传分析和巡检数据安全性得不到保障的问题。

在中国专利文献上公开的“集群范围内无人机的通信与数据回传方法”，其公开号为CN109905164B，一种集群范围内无人机的通信与数据回传方法，其步骤为：a.无人机分簇；b.各虚拟簇中初始簇头无人机的选举：①对于每个虚拟簇，计算其中每个无人机的权重参数；②根据权重参数确定初始簇头；c.普通簇头的选举和无人机入簇；d.无人机将采集的视频信息发给该层普通簇头无人机，普通簇头无人机将视频信息逐级上传至初始簇头，再由选举出来权重最大的初始簇头无人机担任中继无人机将汇总的数据包发送到地面的数据接收和指挥控制中心。本发明采用融合多参数加权的可重叠分簇方法，可有效避免消息的盲目性，降低冗余数据包的产生，不仅能避免信道冲突，降低节点间的传输延时，还可建立多条通信路径，从而有效提高了应急通信网的运行可靠性和视频传输质量。但是其对于数据的安全性得不到保障。

发明内容

本发明解决了现有无人机巡检数据传输不及时和巡检数据安全性得不到保障的问题，提出一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法和***，通过在无人机的测控平台采集巡检数据，并进行加密生成加密数据和密钥，两者分别通过5G传输至云平台，解密后的原巡检数据通过5G内网传输到测控分析端进行数据分析，并反馈测控数据至无人机；本发明利用5G的通信传输，大大提高了巡检数据的传输速度，且能够进行远距离的巡检；运用加密手段，使巡检数据的安全性得到了提升；巡检数据能够进行实时的回传并分析，使无人机得到及时的调度，提高无人机自动巡检效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，包括以下步骤：

S1，无人机巡检，获取实时巡检数据；

S2，对巡检数据进行加密操作；

S3，加密形成的加密数据和密钥通过5G分道传输至云平台，云平台依据加密数据和密钥进行解密，重新得到原巡检数据；

S4，将原巡检数据通过5G内网传输至测控分析端，对巡检数据进行分析得到测控数据，并通过云平台反馈测控数据至无人机，无人机依据测控数据进行针对性巡检。本发明中，利用无人机机载测控平台的采集端得到巡检数据后临时存至本地数据库，之后进入加密模块进行加密，加密生成的加密数据和密钥传入云平台，两者传输有各自的传输通道，云平台负责解密并通过5G内网传入测控分析端进行分析，最后得到测控数据进行反馈；本发明的方法利用对巡检数据的加密，保证巡检数据传输至云平台的安全性，云平台将解密后的巡检数据传至测控分析端，测控分析端生成测控数据通过加密指令反馈给无人机，能够对无人机进行及时的控制，使其工作效率大大提高。

作为优选，所述步骤S2包括以下步骤：

S21，将巡检数据进行数据筛选，清洗超出预设数据范围的巡检数据；

S22，将巡检数据映射为二进制数据，利用哈希算法得到巡检数据判别码并形成待加密二进制数据；

S23，将待加密二进制数据以16比特为一组进行按组存储，若不足16比特用0进行补位；

S24，将每组的待加密二进制数据映射为二值图像，其中，0定义为黑色，1定义为白色，此处白色像素灰度值为255，黑色像素灰度值为0，反色操作后按顺序码建立起4*4的加密二值化矩阵；

S25，在二值化矩阵中随机***保护块，形成5*5的加密二值化矩阵；

S26，巡检数据判别码、0补位位置以及顺序码存储至密钥中。本发明中，加密利用数据转化，结合灰度二值图像将巡检数据进行加密，加密过程新颖。

作为优选，所述密钥的形式为灰度图，所述保护块对应在密钥中的位置进行随机渲染，渲染的像素灰度值范围为1~254，渲染像素灰度值以及对应的位置存储于密钥之中。本发明中，渲染部分经过处理后肉眼无法观察到，需通过云平台的解密台进行观测，每个保护块的位置均采用随机渲染的模式，随机选择像素灰度值，并将渲染信息存入至密钥中备解密时使用，提高信息的安全性。

作为优选，所述待加密二进制数据还包括无人机实时雷达坐标数据映射后的二进制数据和数据巡检时间映射后的二进制数据。本发明中，待加密二进制数据为巡检数据判别码、无人机实时雷达坐标数据的二进制数和数据巡检时间的二进制数，三种数据的顺序固定不变。

作为优选，所述步骤S3包括以下步骤：

S31，云平台分别接收到加密数据和密钥后进行分别储存和识别；

S32，提取密钥库中的密钥，根据密钥中的巡检数据判别码与云平台的解密台建立解密链；解密链中含有原巡检数据与待加密二进制数据的关系；

S33，解密链建立完成后，解密台根据密钥中的渲染像素灰度值以及对应的位置信息，识别保护块位置并进行提取处理；

S34，依据密钥的巡检数据判别码获取对应的若干个加密二值化矩阵，转化为若干个4*4的加密二值化矩阵后进行逆反色操作后，根据顺序码和0补位位置重新映射为待加密二进制数据，最终由解密链获取原巡检数据。本发明中，利用加密的逆过程进行解密，首先存储并识别加密数据和密钥，，由密钥中的渲染信息提取出保护块，最后根据矩阵的逆变换以及一系列转化得到原巡检数据，整个过程需在云平台中进行，解密过程安全。

作为优选，所述步骤S4具体为若经过测控分析端判断某处的巡检数据存在异常后，测控分析端通过5G通信发送加密指令至无人机机载测控平台，无人机加强该处的巡检次数。本发明中，针对测控分析端的加密指令，无人机中亦设置有指令解密模块，根据指令进行一系列巡检操作，响应十分迅速。

一种基于5G传输的无人机自动巡检数据实时回传***，适用于上述的一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，包括

无人机机载测控平台，设置有采集端和加密模块，用于巡检数据的采集，巡检数据的加密，还包括定时上传清理的本地数据库；

云平台，用于加密形成的加密数据和密钥的接收和存储，包括有密钥库和加密数据库，用于加密的巡检数据的解密，设置有解密台；

测控分析端，接收通过5G内网发送的解密后的原巡检数据，具有深度学习功能，设置有分析端和反馈端。本发明中，在测控分析端建立巡检数据模型，通过将巡检数据与巡检数据模型中的数据进行对比，能够进行巡检数据的初级判断，在初级判断完成之后，进行深度测控分析，最后生成加密的巡检数据，整个过程时效性强，出错率低。

作为优选，所述无人机机载测控平台与云平台通过5G通信连接，所述云平台与测控分析端通过5G内网连接，所述内网对内部各项数据进行封闭管控。本发明中，云平台与测控分析端之间的巡检数据和测控数据均通过5G内网进行传输。

本发明的有益效果是：

1、本发明的方案利用5G的通信传输，极大提高了巡检数据的传输速度，且能够进行远距离的巡检；

2、本发明运用加密手段，设置有加密数据和密钥，解密过程只能在云平台中进行，使巡检数据的安全性得到了提升；

3、本发明的巡检数据能够进行实时的回传并分析，使无人机得到及时的调度，提高无人机自动巡检效率。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例：

本实施例提出一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，参考图1，主要包括以下多个步骤，步骤S1，无人机巡检，获取实时巡检数据；具体的，在本步骤中，采集端实时采集巡检数据，并传输至与其连接的本地数据库中，实时的巡检数据可以为多种数据类型。

步骤S2，对巡检数据进行加密操作；具体的，本步骤分为以下多个子步骤，步骤S21，首先把获取的巡检数据进行数据清洗筛选，清洗超出预设数据范围的巡检数据，同时只留下在数据范围之内的巡检数据；步骤S22，随后把巡检数据映射成为二进制数据，二进制数据利用哈希算法获取巡检数据判别码，并最终形成待加密二进制数据，在本实施例中，此判别码也是固定长度的二进制数；步骤S23，把待加密二进制数据进行存储，具体以16bit一组存储，当不足16bit即不足一组时，用0补位；使其形成多个16bit为一组的模块；步骤S24，把各个组的待加密二进制数据映射为二值图像，并进行规则定义，将0定义成黑色，1定义成白色，本实施例中的白色像素灰度值为255，黑色为像素灰度值为0，随后进行反色操作，并按顺序码建立4*4的加密二值化矩阵；步骤S25，在形成的4*4的加密二值化矩阵随机***保护块，最终得到5*5的加密二值化矩阵；本实施例中，随机***的保护块个数一定，均为9个，步骤S26，在密钥中存储有巡检数据判别码、0补位位置以及顺序码，方便数据的解密。本发明中，加密利用数据转化，结合灰度二值图像将巡检数据进行加密，加密过程新颖。

步骤S3，加密后分别形成加密数据和密钥，并且通过5G分道传输至云平台，云平台按照加密数据和密钥解密，解密完成后，得到原巡检数据；在本实施例中，5G分道传输指的是利用5G通信但是利用不同的网络环境进行传输，本步骤具体包括以下步骤，步骤S31，云平台分别接收到加密数据和密钥，进行存储，在解密时进行识别；步骤S32，对密钥库中的密钥进行提取，由密钥中的巡检数据判别码和云平台解密台创建解密链，在本实施例中，解密链包含着待加密二进制数据和原巡检数据的关系；步骤S33，在解密链创建好之后，按照密钥中的渲染像素灰度值以及对应的位置信息，解密台会识别出保护块位置，进行提取处理；步骤S34，按照密钥的巡检数据判别码得到对应的多个5*5加密二值化矩阵，并且进行转化，转化成多个4*4的加密二值化矩阵，随后进行逆反色操作，借助0补位位置以及顺序码矩阵重新映射成待加密二进制数据，待加密二进制数据通过解密链可以得到原巡检数据。本发明中，利用加密的逆过程进行解密，首先存储并识别加密数据和密钥，，由密钥中的渲染信息提取出保护块，最后根据矩阵的逆变换以及一系列转化得到原巡检数据，整个过程需在云平台中进行，解密过程安全。

步骤S4，把原巡检数据由5G内网传输到测控分析端，并对巡检数据进行分析，得到最终的测控数据，反馈测控数据通过云平台传输到无人机，无人机依据测控数据进行针对性巡检。具体的，当由测控分析端判断某处的巡检数据存在异常的情况下，测控分析端会发送加密指令到无人机机载测控平台，无人机收到指令后会加强该处的巡检次数，在本实施例中，传输方式为5G通信。本发明中，针对测控分析端的加密指令，无人机中亦设置有指令解密模块，根据指令进行一系列巡检操作，响应十分迅速。

本发明中的密钥为灰度图的存在形式，在保护块对应在密钥中的位置上进行随机渲染操作，为了区别开步骤S2中的黑色和白色，渲染的像素灰度值需要在1~254的范围内，密钥中存储有渲染像素灰度值以及对应的位置。本发明中，渲染部分经过处理后肉眼无法观察到，需通过云平台的解密台进行观测，每个保护块的位置均采用随机渲染的模式，随机选择像素灰度值，并将渲染信息存入至密钥中备解密时使用，提高信息的安全性。

本发明中的待加密二进制数据除了包括有巡检数据判别码之外，还包括无人机实时雷达坐标数据映射后的二进制数据和数据巡检时间映射后的二进制数据。本发明中，待加密二进制数据为巡检数据判别码、无人机实时雷达坐标数据的二进制数和数据巡检时间的二进制数，三种数据的顺序固定不变。

本发明的方法，利用无人机机载测控平台的采集端得到巡检数据后临时存至本地数据库，之后进入加密模块进行加密，加密生成的加密数据和密钥传入云平台，两者传输有各自的传输通道，云平台负责解密并通过5G内网传入测控分析端进行分析，最后得到测控数据进行反馈；本发明的方法利用对巡检数据的加密，保证巡检数据传输至云平台的安全性，云平台将解密后的巡检数据传至测控分析端，测控分析端生成测控数据通过加密指令反馈给无人机，能够对无人机进行及时的控制，使其工作效率大大提高。

本实施例还提出一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传***，参考图2，主要包括有无人机机载测控平台、云平台以及测控分析端，其中，无人机机载测控平台包含有采集端和加密模块，两者电连接，加密模块还与云平台的加密数据库和密钥库通信连接，本平台的功能主要是采集巡检数据和进行数据加密，同时平台还设置有本地数据库，图中未标出，位于采集端和加密模块之间，并与采集端和加密模块分别电连接，本地数据库存放临时巡检数据，定时上传和清理。云平台包括有解密台、加密数据库以及密钥库，解密台的一端分别与加密数据库以及密钥库电连接，解密台的另一端与测控分析端通信连接，前者的功能解密加密的巡检数据，后两者有存储加密数据以及密钥的功能；整个云平台的功能为对加密数据和密钥的接受、存储和解密。设置的测控分析端包括有分析端和反馈端，两者电连接，分析端与云平台的解密台通信连接，反馈端与云平台连接，分别进行巡检数据的分析以及反馈测控数据；测控分析端接受来自于云平台发送的解密后的原巡检数据，发送方式为通过5G内网的方式。本发明中，在测控分析端的分析端建立巡检数据模型，通过将巡检数据与巡检数据模型中的数据进行对比，能够进行巡检数据的初级判断，在初级判断完成之后，进行深度测控分析，在反馈端生成加密的巡检数据，整个过程时效性强，出错率低。

本发明的无人机机载测控平台通过5G通信连接于云平台，云平台通过5G内网连接于测控分析端，内网实现对于内部各项数据的封闭管控。本发明中，在云平台与测控分析端之间，巡检数据和测控数据均通过5G内网进行通信传输。

此外，参考图2可得，实线表示巡检数据的传输线路，虚线表示测控数据的传输线路，借助5G通信传输共同完成一个无人机数据的接受和数据的反馈过程，整个过程非常响应快。

上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，无人机巡检，获取实时巡检数据；

S2，对巡检数据进行加密操作；

S3，加密形成的加密数据和密钥通过5G分道传输至云平台，云平台依据加密数据和密钥进行解密，重新得到原巡检数据；

S4，将原巡检数据通过5G内网传输至测控分析端，对巡检数据进行分析得到测控数据，并通过云平台反馈测控数据至无人机，无人机依据测控数据进行针对性巡检。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S21，将巡检数据进行数据筛选，清洗超出预设数据范围的巡检数据；

S22，将巡检数据映射为二进制数据，利用哈希算法得到巡检数据判别码并形成待加密二进制数据；

S23，将待加密二进制数据以16比特为一组进行按组存储，若不足16比特用0进行补位；

S24，将每组的待加密二进制数据映射为二值图像，其中，0定义为黑色，1定义为白色，此处白色像素灰度值为255，黑色像素灰度值为0，反色操作后按顺序码建立起4*4的加密二值化矩阵；

S25，在二值化矩阵中随机***保护块，形成5*5的加密二值化矩阵；

S26，巡检数据判别码、0补位位置以及顺序码存储至密钥中。

3.根据权利要求1所述的一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，其特征在于，所述密钥的形式为灰度图，所述保护块对应在密钥中的位置进行随机渲染，渲染的像素灰度值范围为1~254，渲染像素灰度值以及对应的位置存储于密钥之中。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，其特征在于，所述待加密二进制数据还包括无人机实时雷达坐标数据映射后的二进制数据和数据巡检时间映射后的二进制数据。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

S31，云平台分别接收到加密数据和密钥后进行分别储存和识别；

S32，提取密钥库中的密钥，根据密钥中的巡检数据判别码与云平台的解密台建立解密链；解密链中含有原巡检数据与待加密二进制数据的关系；

S33，解密链建立完成后，解密台根据密钥中的渲染像素灰度值以及对应的位置信息，识别保护块位置并进行提取处理；

S34，依据密钥的巡检数据判别码获取对应的若干个加密二值化矩阵，转化为若干个4*4的加密二值化矩阵后进行逆反色操作后，根据顺序码和0补位位置重新映射为待加密二进制数据，最终由解密链获取原巡检数据。

6.根据权利要求1所述的一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，其特征在于，所述步骤S4具体为若经过测控分析端判断某处的巡检数据存在异常后，测控分析端通过5G通信发送加密指令至无人机机载测控平台，无人机加强该处的巡检次数。

7.一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传***，适用于权利要求1-5所述的一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传方法，其特征在于，包括

无人机机载测控平台，设置有采集端和加密模块，用于巡检数据的采集，巡检数据的加密，还包括定时上传清理的本地数据库；

云平台，用于加密形成的加密数据和密钥的接收和存储，包括有密钥库和加密数据库，用于加密的巡检数据的解密，设置有解密台；

测控分析端，接收通过5G内网发送的解密后的原巡检数据，具有深度学习功能，设置有分析端和反馈端。

8.根据权利要求7所述的一种基于5G的无人机自动巡检数据实时回传***，其特征在于，所述无人机机载测控平台与云平台通过5G通信连接，所述云平台与测控分析端通过5G内网连接，所述内网对内部各项数据进行封闭管控。

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