CN213735527U - 一种基于停机坪集群的无人机巡查装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于停机坪集群的无人机巡查装置，包括无人机和停机坪；无人机包括无人机本体，无人机本体的四周设置有四个机翼；机翼包括机臂、旋转电机和螺旋桨；旋转电机设置于机臂上，螺旋桨与旋转电机转动连接，旋转电机带动螺旋桨旋转，四个螺旋桨有效保证无人机的平稳起飞和降落；无人机本体的底部中心设置有三轴平台；三轴平台上设置有摄像头；无人机本体的底端设有两个平行并排的支撑架；停机坪包括户外防护外罩、无人机返航校正装置、充电装置、物联网装置、基站定位装置和外罩打开关闭装置；无人机返航校正装置自动将无人机校正到停机坪正中心位置。本实用新型巡查范围广，建设成本低，安全性高，实时性好，不受云层条件影响。

Description

一种基于停机坪集群的无人机巡查装置
技术领域
本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于停机坪集群的无人机巡查装置。
背景技术
我国河湖数量较多，巡查监管是河湖管理工作中的重要环节，它决定了河湖管理的时效性和完整性。目前多数地方的河湖管理依旧采取传统的人工巡查方式，人力成本高、巡查效率低，人工巡河无法做到全天候、全覆盖，实时监管能力弱，对污水排放、水体污染等问题调查取证困难。
无人机巡查技术具有实时性好、运维成本低、安全性强、精度高等优点，在建筑、电力、地质等行业内得到了广泛应用并取得了***成果，但由于水利信息化起步较晚，其在水利行业的应用还处于探索阶段。目前，无人机大都采用单站点停机坪进行河湖巡查，由于电池续航能力的限制，无人机无法完整覆盖河湖范围；因此通过新的技术手段在河湖巡查方面增强无人机续航能力具有重要的实际应用意义。
实用新型内容
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型提出一种基于停机坪集群的无人机巡查装置，利用无人机及时发现、判别并上报河湖“四乱”(乱占、乱采、乱堆、乱建)、水质异常、洪涝灾害等问题，为专项清理整治行动和抗洪抢险提供有力的依据和支撑，保障河湖的安全和长久健康。
本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：
一种基于停机坪集群的无人机巡查装置，包括无人机和停机坪；
所述无人机包括无人机本体，所述无人机本体的四周设置有四个机翼；
所述机翼包括机臂、旋转电机和螺旋桨；旋转电机设置于机臂上，螺旋桨与旋转电机转动连接，旋转电机带动螺旋桨旋转，四个螺旋桨有效保证无人机的平稳起飞和降落；
所述无人机本体的底部中心设置有三轴平台；
所述三轴平台上设置有摄像头；
所述无人机本体的底端设有两个平行并排的支撑架，用以支撑无人机本体；
所述无人机本体的内部设置有充电电池；
所述停机坪包括户外防护外罩、无人机返航校正装置、充电装置、物联网装置、基站定位装置和外罩打开关闭装置；
所述物联网装置分别与无人机返航校正装置、充电装置、基站定位装置、外罩打开关闭装置电连接；外罩打开关闭装置与户外防护外罩连接；
所述户外防护外罩设置在停机坪顶面上，用于无人机的防雨、防潮、防盗和防风；
所述无人机返航校正装置采用四边挡条，由边缘向中心位置同时收缩，使无人机处于停机坪的正中心位置；
所述充电装置用于自动接上充电线对无人机进行充电；
所述物联网装置用于停机坪和无人机之间的配对；
所述基站定位装置用于确保无人机精准降落；
所述外罩打开关闭装置用于当无人机停放在停机坪的中心位置时，关闭户外防护外罩，当无人机接收到起飞命令时，打开户外防护外罩。
进一步地，所述摄像头包括普通高清摄像头、夜视摄像头、光谱摄像头和热成像摄像头；其中普通高清摄像头用于识别捕捉河湖白天图像视频，并识别白天河湖四乱、水质异常和洪涝灾害的问题；夜视摄像头用于识别捕捉河湖夜晚图像视频；光谱摄像头用于清晰捕捉河湖水体图像视频并进行水质识别；热成像摄像头用于通过排污水与河湖水的温差来进行排污区域识别。
进一步地，所述三轴平台具备水平和俯仰两个方向的转动性能，各方向转动最大角速度不小于30°/s，水平转动范围为-180°～180°，俯仰转动范围为-60°～30°。
进一步地，所述充电电池采用4S供电。
进一步地，所述外罩打开关闭装置包括电机、传动杆、关盖感应开关和开盖感应开关；
所述电机分别与传动杆、关盖感应开关和开盖感应开关电连接。
进一步地，所述充电装置包括太阳能板、储电蓄电池、充电控制电路、电池正负极识别电路以及充电调整电路；
所述太阳能板与储电蓄电池电连接，储电蓄电池用于平时储电，由太阳能板对其进行充电；
所述充电控制电路与储电蓄电池电连接，用于当无人机停到设定位置时控制储电蓄电池对无人机进行充电；
所述储电蓄电池用于给无人机进行充电，储电蓄电池的充电接口从电池端用导线引到无人机的脚架上，一边脚架为正极、另一边为负极；
所述电池正负极识别电路与储电蓄电池电连接，用于无人机在充电前识别储电蓄电池的正负极；
所述充电调整电路分别与电池正负极识别电路、储电蓄电池电连接，用于根据储电蓄电池的极性情况调整充电的极性。
进一步地，所述无人机巡查装置在河湖沿岸间隔一定距离建设多个停机坪，形成停机坪集群，一台无人机可匹配并停于停机坪集群中的每一个停机坪，每个停机坪都可为无人机充电，无人机通过停机坪集群实现河湖超长距离巡查，提升无人机巡查的续航能力。
进一步地，所述基站定位装置为UWB基站定位装置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：
(1)巡查范围广。在河湖沿岸间隔一定距离建设多个无人机停机坪，形成停机坪集群，一台无人机可以匹配并停于停机坪集群中的每一个停机坪，每个停机坪都可为无人机充电或者直接换电池，无人机通过无人机停机坪集群可以实现河湖超长距离巡查。
(2)建设成本低。与基于载波相位差分(RTK)技术的无人机河湖巡查方式相比，停机坪建设成本更低，适合在省市县乡各级河长办中推广使用，有效降低地方财政支出。
(3)安全性高。适合在天气环境较恶劣的河湖实施作业，特别是在山洪灾害中期和后期对河流断面的监测，能够避免不必要的人员伤亡，保证人身安全。
(4)实时性好。无人机通过测控与信息传输***能够实时传输航拍影像，灵活度高，适用于河(湖)长巡河的日常监测，为河(湖)长制定工作方案提供有力依据。
(5)精度高。无人机飞行高度通常为50～1000m，满足航空摄影中的近景测量标准，精度相对卫星遥感有大幅度的提升，测量精度为亚米级，其范围为0.1～0.5m。
(6)不受云层条件影响。无人机遥感通过控制飞行高度，可以有效地避免云层对航拍效果的影响，同时，挂载的摄像头可以调节光圈、快门和感光度，并运用相关软件对颜色、反差、亮度进行调整和消雾处理。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型无人机的结构示意图；
图2是本实用新型无人机的另一视角的结构示意图；
图3是本实用新型停机坪的结构示意图；
图4是本实用停机坪充电装置的结构示意图；
图5是本实用新型停机坪外罩打开关闭装置的结构示意图；
图6是本实用新型停机坪的电路原理图；
图7是本实用新型停机坪充电装置的电路原理图；
附图标记说明：
1-无人机；11-无人机本体；12-机翼；121-机臂；122-旋转电机；123-螺旋桨；13-摄像头；14-三轴平台；15-支撑架；2-停机坪；21-户外防护外罩；22-无人机返航校正装置；23-充电装置；231-太阳能板；232-储电蓄电池；233-充电控制电路；234-电池正负极识别电路；235-充电调整电路；24-物联网装置；25-UWB基站定位装置；26-外罩打开关闭装置；261-电机；262-传动杆；263-关盖感应开关；264-开盖感应开关。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
如图1～图7示，本实用新型提供一种基于停机坪集群的无人机巡查装置，包括无人机1和停机坪2。
如图1和图2所示，所述无人机1包括无人机本体11，所述无人机本体11的四周设置有四个机翼12。
所述机翼12包括机臂121、旋转电机122和螺旋桨123；旋转电机122设置于机臂121上，螺旋桨123与旋转电机122转动连接，旋转电机122带动螺旋桨123旋转，四个螺旋桨123有效保证无人机1的平稳起飞和降落。
所述无人机本体11的底部中心设置有三轴平台14；所述三轴平台14上设置有摄像头13。摄像头13固定在无人机本体11的下方，用于图像视频的数据采集。
所述摄像头13包括普通高清摄像头、夜视摄像头、光谱摄像头和热成像摄像头，其中普通高清摄像头用于识别捕捉河湖白天图像视频，并识别白天河湖四乱、水质异常、洪涝灾害等问题，夜视摄像头用于识别捕捉河湖夜晚图像视频，光谱摄像头可以清晰捕捉河湖水体图像视频并进行水质识别，热成像摄像头可以通过排污水与河湖水的温差来进行排污区域识别，摄像头13有效像素数不低于1000万，且具备自动对焦和变焦功能，图像传输延迟时间小于500ms，有效传输距离大于2km，在整个视频图像传输过程中无卡顿现象，在实际河湖巡查中可根据实际需要灵活更换摄像头13。
所述三轴平台14具备水平和俯仰两个方向的转动性能，各方向转动最大角速度不小于30°/s，水平转动范围为-180°～180°，俯仰转动范围为-60°～30°，三轴平台14可以实现摄像头13在云天的俯仰和偏航控制，通过三轴平台14可保持摄像头13拍摄画面的稳定性，并使得无人机1的兼容性更好，在换用不同型号的摄像头13时更加方便。
所述无人机本体11的底端设有两个平行并排的支撑架15，用以支撑无人机本体11。
所述无人机本体11的内部设置有充电电池。
所述无人机1的充电电池固定在无人机本体11内部，其采用4S供电，这样可以提高无人机1动力冗余进而增加抗风性能，无人机1最大抗风等级可达6级，可实现在五级风的天气条件下正常作业，无人机1的返航停机精度在10cm内，续航里程在20公里以上，续航时间在25分钟以上。
如图3～图5所示，所述停机坪2包括户外防护外罩21、无人机返航校正装置22、充电装置23、物联网装置24、UWB基站定位装置25和外罩打开关闭装置26；
如图6所示，所述物联网装置24分别与无人机返航校正装置22、充电装置23、UWB基站定位装置25、外罩打开关闭装置26电连接；外罩打开关闭装置26与户外防护外罩21连接；
所述户外防护外罩21设置在停机坪顶面上，用于无人机1的防雨、防潮、防盗和防风；
所述无人机返航校正装置22采用四边挡条，由边缘向中心位置同时收缩，使无人机1处于停机坪2的正中心位置；
所述充电装置23用于自动接上充电线对无人机1进行充电；
所述物联网装置24用于停机坪2和无人机1之间的配对；
所述UWB基站定位装置25用于确保无人机1精准降落；
所述外罩打开关闭装置26用于当无人机1停放在停机坪2的中心位置时，关闭户外防护外罩21，当无人机1接收到起飞命令时，打开户外防护外罩21。
如图5所示，所述外罩打开关闭装置26包括电机261、传动杆262、关盖感应开关263和开盖感应开关264；
所述电机261分别与传动杆262、关盖感应开关263和开盖感应开关264电连接。
无人机1完成任务后通过停机坪2的UWB基站定位装置25与无人机1的图像识别定位两种相互校正的方式进行精准返航停机，当无人机1停放在停机坪2的中心位置时，无人机1开始自动连接充电，同时位于停机坪2上的电机261带动传动杆262驱动停机坪2左右两方的户外防护外罩21同时向中间移动，当户外防护外罩21移动到关盖感应开关263位置时停止移动，使户外防护外罩21处于关闭状态以达到保护无人机1的目的；而无人机1定位返航后可能会出现实际停机位置与停机坪2正中心有偏差而导致无人机1不能正常充电的情况，此时停机坪2中的无人机返航校正装置22自动将无人机1校正到停机坪2的正中心位置，充电装置23自动接上充电线对无人机1进行充电；当无人机1接收到起飞命令时，无人机返航校正装置22的四边挡条向边缘张开，同时位于停机坪2上的电机261带动传动杆262驱动停机坪2左右两方的户外防护外罩21同时向外侧移动，当户外防护外罩21移动到开盖感应开关264位置时停止移动，使户外防护外罩21处于打开状态，以便于无人机1起飞。
如图7所示，所述充电装置23包括太阳能板231、储电蓄电池232、充电控制电路233、电池正负极识别电路234以及充电调整电路235；
所述太阳能板231与储电蓄电池232电连接，储电蓄电池232用于平时储电，由太阳能板231对其进行充电；
所述充电控制电路233与储电蓄电池232电连接，用于当无人机1停到设定位置时控制储电蓄电池232对无人机1进行充电；
所述储电蓄电池232用于给无人机1进行充电，储电蓄电池232的充电接口从电池端用导线引到无人机1的脚架上，一边脚架为正极、另一边为负极；
所述电池正负极识别电路234与储电蓄电池232电连接，用于无人机1在充电前识别储电蓄电池232的正负极；
所述充电调整电路235分别与电池正负极识别电路234、储电蓄电池232电连接，用于根据储电蓄电池232的极性情况调整充电的极性。
无人机1的充电装置23由太阳能板231、储电蓄电池232、充电控制电路233、电池正负极识别电路234及充电调整电路235等组成，平时储电蓄电池232用于储电，由太阳能板231对其进行充电，以保证无人机1在任何天气任何时间都可以充满电，无人机1的储电蓄电池232的充电接口从电池端用导线引到无人机1的脚架上，一边脚架为正极、另一边为负极，无人机1停机的位置设有充电接口，只要无人机1停到设定位置即可充电，由于无法确定无人机1每次停机的方向，而储电蓄电池232有正负极之分，所以在充电前，要识别储电蓄电池232的正负极，根据极性情况调整充电的极性，本实用新型中无人机1的储电蓄电池232可1小时充满电，以保证无人机1下次的执行任务。
所述停机坪2用于无人机1配对，确保无人机1精准降落和进行充电，多个所述停机坪2组成停机坪集群，一台无人机1可以匹配并停于停机坪集群中的每一个停机坪2，每个所述停机坪2都可为无人机1充电，无人机1通过所述停机坪集群实现河湖超长距离巡查，从而大大提升无人机1巡查的续航能力，实现河湖距离超长巡查。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：
(1)巡查范围广。在河湖沿岸间隔一定距离建设多个无人机停机坪，形成停机坪集群，一台无人机可以匹配并停于停机坪集群中的每一个停机坪，每个停机坪都可为无人机充电或者直接换电池，无人机通过无人机停机坪集群可以实现河湖超长距离巡查。
(2)建设成本低。与基于载波相位差分(RTK)技术的无人机河湖巡查方式相比，停机坪建设成本更低，适合在省市县乡各级河长办中推广使用，有效降低地方财政支出。
(3)安全性高。适合在天气环境较恶劣的河湖实施作业，特别是在山洪灾害中期和后期对河流断面的监测，能够避免不必要的人员伤亡，保证人身安全。
(4)实时性好。无人机通过测控与信息传输***能够实时传输航拍影像，灵活度高，适用于河(湖)长巡河的日常监测，为河(湖)长制定工作方案提供有力依据。
(5)精度高。无人机飞行高度通常为50～1000m，满足航空摄影中的近景测量标准，精度相对卫星遥感有大幅度的提升，测量精度为亚米级，其范围为0.1～0.5m。
(6)不受云层条件影响。无人机遥感通过控制飞行高度，可以有效地避免云层对航拍效果的影响，同时，挂载的摄像头可以调节光圈、快门和感光度，并运用相关软件对颜色、反差、亮度进行调整和消雾处理。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于停机坪集群的无人机巡查装置，其特征在于，包括无人机和停机坪；
所述无人机包括无人机本体，所述无人机本体的四周设置有四个机翼；
所述机翼包括机臂、旋转电机和螺旋桨；旋转电机设置于机臂上，螺旋桨与旋转电机转动连接，旋转电机带动螺旋桨旋转，四个螺旋桨有效保证无人机的平稳起飞和降落；
所述无人机本体的底部中心设置有三轴平台；
所述三轴平台上设置有摄像头；
所述无人机本体的底端设有两个平行并排的支撑架，用以支撑无人机本体；
所述无人机本体的内部设置有充电电池；
所述停机坪包括户外防护外罩、无人机返航校正装置、充电装置、物联网装置、基站定位装置和外罩打开关闭装置；
所述物联网装置分别与无人机返航校正装置、充电装置、基站定位装置、外罩打开关闭装置电连接；外罩打开关闭装置与户外防护外罩连接；
所述户外防护外罩设置在停机坪顶面上，用于无人机的防雨、防潮、防盗和防风；
所述无人机返航校正装置采用四边挡条，由边缘向中心位置同时收缩，使无人机处于停机坪的正中心位置；
所述充电装置用于自动接上充电线对无人机进行充电；
所述物联网装置用于停机坪和无人机之间的配对；
所述基站定位装置用于确保无人机精准降落；
所述外罩打开关闭装置用于当无人机停放在停机坪的中心位置时，关闭户外防护外罩，当无人机接收到起飞命令时，打开户外防护外罩。
2.根据权利要求1所述的基于停机坪集群的无人机巡查装置，其特征在于，所述摄像头包括普通高清摄像头、夜视摄像头、光谱摄像头和热成像摄像头；其中普通高清摄像头用于识别捕捉河湖白天图像视频，并识别白天河湖四乱、水质异常和洪涝灾害的问题；夜视摄像头用于识别捕捉河湖夜晚图像视频；光谱摄像头用于清晰捕捉河湖水体图像视频并进行水质识别；热成像摄像头用于通过排污水与河湖水的温差来进行排污区域识别。
3.根据权利要求1所述的基于停机坪集群的无人机巡查装置，其特征在于，所述三轴平台具备水平和俯仰两个方向的转动性能，各方向转动最大角速度不小于30°/s，水平转动范围为-180°～180°，俯仰转动范围为-60°～30°。
4.根据权利要求1所述的基于停机坪集群的无人机巡查装置，其特征在于，所述充电电池采用4S供电。
5.根据权利要求1所述的基于停机坪集群的无人机巡查装置，其特征在于，所述外罩打开关闭装置包括电机、传动杆、关盖感应开关和开盖感应开关；
所述电机分别与传动杆、关盖感应开关和开盖感应开关电连接。
6.根据权利要求1所述的基于停机坪集群的无人机巡查装置，其特征在于，所述充电装置包括太阳能板、储电蓄电池、充电控制电路、电池正负极识别电路以及充电调整电路；
所述太阳能板与储电蓄电池电连接，储电蓄电池用于平时储电，由太阳能板对其进行充电；
所述充电控制电路与储电蓄电池电连接，用于当无人机停到设定位置时控制储电蓄电池对无人机进行充电；
所述储电蓄电池用于给无人机进行充电，储电蓄电池的充电接口从电池端用导线引到无人机的脚架上，一边脚架为正极、另一边为负极；
所述电池正负极识别电路与储电蓄电池电连接，用于无人机在充电前识别储电蓄电池的正负极；
所述充电调整电路分别与电池正负极识别电路、储电蓄电池电连接，用于根据储电蓄电池的极性情况调整充电的极性。
7.根据权利要求1所述的基于停机坪集群的无人机巡查装置，其特征在于，所述无人机巡查装置在河湖沿岸间隔一定距离建设多个停机坪，形成停机坪集群，一台无人机可匹配并停于停机坪集群中的每一个停机坪，每个停机坪都可为无人机充电，无人机通过停机坪集群实现河湖超长距离巡查，提升无人机巡查的续航能力。
8.根据权利要求1所述的基于停机坪集群的无人机巡查装置，其特征在于，所述基站定位装置为UWB基站定位装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114229022A (zh) * 2021-12-07 2022-03-25 广州市赛皓达智能科技有限公司 一种无人机机巢机翼的摆杆装置

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CN114229022A (zh) * 2021-12-07 2022-03-25 广州市赛皓达智能科技有限公司 一种无人机机巢机翼的摆杆装置

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