CN219577138U - 一种光缆线路无人机巡护*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光缆线路无人机巡护***，包括采集光缆线路高清图像数据的无人机荷载，无人机荷载与地面飞控终端的射频天线双向无线通信连接，射频天线通过数据滤波及调制解调电路与CPU双向通信连接；CPU通过4G/5G通信模块或预留RTU接口与4G/5G射频天线双向通信连接，将获取的光缆线路高清图像数据传输到视频图像处理服务器；CPU通过显示驱动电路连接显示屏；控制杆及按键通过飞控遥感驱动电路与CPU的SPI串行通信总线接口连接。本实用新型提高了线路巡护的实时性，飞行高度低，适用性强，安全性及可靠性高，提高了光缆线路维护效率，降低人力成本。

Description

一种光缆线路无人机巡护***

技术领域

本实用新型属于通信电子技术领域，涉及一种光缆线路无人机巡护***。

背景技术

目前已经敷设的骨干光缆网络建设时间大都超过10年，部分段落甚至超过20年，基本都已超过其建设使用寿命，特别是东部地区光缆通信网密度大、距离长、等级高，沿线地形地貌复杂，灾害地段较多，人口密集度大，地方施工频繁，且山区、农田水利较多，很多地方车辆根本无法到达，而徒步线路巡护所需时间长，人员多，且车辆和人员均存在安全隐患，导致光缆线路巡护效率非常低，而且巡护成本高。

当前光缆线路巡检防护主要依托人工的方式来实施，巡护人工去现场拍照，对光缆线路沿途自然或人为安全隐患风险判断的主观性太强，对巡护人员的专业技能、经验要求高，以人工录入方式为主，增加了漏检的风险，实时性不强，对于潜在的风险难以提前预警。

现有部分光缆线路无人机巡护选择混合翼大型无人机，巡线距离长，对无人机载荷的飞行空域、操作飞手的专业技能等要求更高，常规巡护人员很难满足飞控操作要求。便携性差，需要车载平台来承载，组装调试后才可以使用，对操作人员的专业性要求更高；无人机载荷故障的情况下回收可能给地面带来不可控的安全风险；线路巡护的实时性欠佳，每100KM需要搭建飞控信号中继站，增加技术推广应用可信性。

在此背景下研制一种光缆线路无人机巡护***，有重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种光缆线路无人机巡护***，提高了线路巡护的实时性，飞行高度低，适用性强，安全性及可靠性高，提高了光缆线路维护效率，降低人力成本。

本实用新型所采用的技术方案是，一种光缆线路无人机巡护***，包括采集光缆线路高清图像数据的无人机荷载，无人机荷载与地面飞控终端的射频天线双向无线通信连接，所述射频天线通过数据滤波及调制解调电路与CPU双向通信连接；

CPU通过4G/5G通信模块或预留RTU接口与4G/5G射频天线双向通信连接，将获取的光缆线路高清图像数据传输到视频图像处理服务器；

CPU通过显示驱动电路连接显示屏；

控制杆及按键通过飞控遥感驱动电路与CPU的SPI串行通信总线接口连接。

进一步的，所述CPU与数据滤波及调制解调电路之间连接有双数据读写接口。

进一步的，所述无人机荷载为螺旋机翼无人机载荷，包括具有红外成像功能的摄像头。

进一步的，所述CPU通过I2C接口配置显示内容参数和图像显示的扫描方式，通过SPI接口将要显示的每帧图像的数据传输到显示屏的显示行列控制器中，显示屏为720P高清显示屏。

进一步的，所述4G/5G通信模块采用标准差分串行通信方式的4G/5G通信模组。

进一步的，每台所述无人机荷载分别通过非标2.4G/5.8G通信信道与两个地面飞控终端通信连接。

进一步的，所述双数据读写接口为32位双数据通信口DDR4 RAM。

进一步的，所述视频图像处理服务器为基于intel X86微指令集的标准CPU。

进一步的，所述视频图像处理服务器中的视频服务单元中设有AI图像识别模块。

进一步的，所述CPU为IMX6 AG35处理器。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的无人机荷载为螺旋机翼无人机载荷，技术成熟，飞行高度低，提高了适用性；地面单点飞控终端的巡护线路长度不超过15KM，通过在地面部署AB两套地面飞控终端，可使无人机光缆线路巡护的距离增加到30KM，完全可以满足实际需求。

2、本实用新型依托强大的CPU处理能力实现高清图像传输与压缩、4G/5G将数据传输等集成在一起，一旦飞控信号受到干扰导致无人机载荷与地面飞控终端建立联系，无人机载荷将自动返航，提高***安全性与可靠性。

3、本实用新型具备很强的便携性，无需复杂组装，对操作人员的专业性要求低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本实用新型实施例的结构框图。

图2是本实用新型实施例中每台无人机载荷配置两套地面飞控终端的连接框图。

图3是本实用新型实施例中地面飞控终端电气接口电路框图。

图4是本实用新型实施例中飞控数据缓存接口电路框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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。

实施例一种光缆线路无人机巡护***，如图1所示，包括无人机荷载、地面飞控终端、地面服务器、地面管控中心。

无人机荷载为多个（1,2,…n），无人机载荷的光电设备选择强环境适应性、具备高图像分辨率和红外成像功能H20T镜头，满足全天候条件下作业要求，同时可选配具备远控能力声光告警载荷设备，如高分贝喇叭或高亮度闪爆照明灯等，巡线过程中突发人为破坏线缆的情况下，进行声光报警及驱离。

无人机荷载（无人机巡护设备）与地面飞控终端通过非标2.4G/5.8G通信信道通信连接，最大可实现720P无损压缩图像单点传输，地面飞控终端与地面服务器通过图数一体式4G/5G公网、数字电台链路或有线通信链路进行传输。

图1中，每个地面飞控终端与无人机载荷之间的通信连接是一一对应的，两者之间通过秘钥配对使用；在实际应用中，在地面飞控终端上采用已知的加密方式（KUSUMI算法）进行加密，采用64位秘钥，提高***安全性。

但在巡线距离要求比较高的场合或无人机发射端与回收端都具备条件的情况下，可为每台无人机载荷配置AB两套地面飞控终端，如图2所示；目的是提高光缆线路无人机巡护的距离。无人机选用标准大疆工业用经纬M系列产品，以成熟15KM的螺旋机翼无人机载荷为线路数据采集对象，飞行高度不超过100米，飞行空域无需提起申请，操作飞手无需持证上岗，适用性更强；地面单点飞控终端的巡护线路长度不超过15KM，而通过在地面部署AB两套地面飞控终端，可使无人机光缆线路巡护的距离增加到30KM，完全可以满足人巡为主，机巡为辅，无需额外其它如燃油等。

地面服务器与地面集中管控中心统一部署在通信光缆巡护管控中心，他们之间采用标准以太网连接方式，是本领域成熟的已知技术；地面集中管控中心采用intel i9-13900K，主要为无人机巡线管控人员提供无人机巡检管控。

地面飞控终端电气接口电路，如图3所示，地面飞控终端包括基于ARM cortex A9四核心飞思卡尔的IMX6 AG35处理器（CPU）；无人机荷载与2.4/5.8G射频天线双向无线通信连接，2.4/5.8G射频天线通过数据滤波及调制解调电路与CPU的I2C接口双向通信连接；作用是：（1）接受来自2.4/5.8G射频天线耦合到的无人机载荷反馈的高清图像数据，并进行调制解调和滤波后存入到数据缓存中；（2）通过调制解调和滤波电路给无人机发送飞控命令，无人机接收到地面飞控终端的飞控指令后按指令执行巡线任务。

CPU通过4G/5G通信模块或预留RTU接口与4G/5G射频天线双向通信连接，将获取的光缆线路高清图像数据传输到视频图像处理服务器（即地面服务器），以保障服务器可实时对高清图像进行解压及图像识别，视频图像处理服务器为基于intel X86微指令集的标准CPU。

4G/5G通信模块是本领域已知，本实施例采用标准差分串行通信方式的4G/5G通信模组，降低硬件设计成本，提高***可靠性。本实施例中4G/5G通信模块作用是将无人机光缆线路巡护的实时现场图像数据通过地面飞控终端传输到视频图像处理服务器。通过此种通信模式可实现无人机巡护载荷、地面飞控终端和部署在通信光缆巡护管控中心的视频图像处理服务器建立可靠的数据通信，为后续无人机线路巡护提供可进行异常预警的图像AI识别。

在没有4G/5G覆盖的情况下，可通过预留RTU接口配置独立的RTU微基站，以提供高清数字图像大带宽数据传输服务，保证获取的高清光缆线路图像数据通过RTU微基站传输到远端的视频图像处理服务器中。

控制杆和按键集成在地面飞控终端上，控制杆及按键通过飞控遥感驱动电路与CPU（SPI串行通信总线接口）连接，通过SPI串行通信总线接口将控制杆及按键接入地面飞控终端，在无人机线路巡护过程中异常情况下人工介入、巡护路径设置、飞行高度控制等提供人机控制界面。

CPU通过I2C接口配置显示内容参数和图像显示的扫描方式，通过SPI接口将要显示的每帧图像的数据传输到显示屏的显示行列控制器中，显示屏为720P高清显示屏，实现了无中继单节点15km720p高清图像传输；其中显示行列控制器为本领域已知成熟技术。

如图3-4所示，视频图像处理服务器（CPU）与数据滤波及调制解调电路之间连接有双数据读写接口DDR4，数据宽度32位，时钟频率最大达到了3200MHz，增加了1GB双数据读写的飞控数据缓存，极大提高了光缆线路高清图像传输的实时性，极大提高了CPU对采集高清图像数据的压缩效率，降低***硬件成本和***功耗。

在数据滤波及调制解调电路和CPU之间增加1GB的双数据读写接口，提高高清图像传输的实时性。32位双数据通信口DDR4 RAM集成，目前常规的飞控终端都无此集成内容，CPU内部集成的RAM足可以满足飞控指令及图像传输的应用，本实施例选择的DDR4RAM的时钟频率非常高，达到了3200MHz，要在地面飞控终端上集成高频双数据通信口RAM，对硬件设计抗干扰能力、阻抗匹配、ESD抗静电能力等要求非常高。32位双数据通信口DDR4 RAM读写数据控制逻辑，本实施例可以采用乒乓逻辑设计，以提高图像数据缓存的读写效率，提高***实时性。

实施例中，视频图像处理服务器采用intel Xeon E5-2630L，其主要是对回传的无人机巡线载荷的高清图像数据进行存储、处理和人工智能图像识别等。AI图像识别模块（基恩士-keyence300系列）部署在视频图像处理服务器中的视频服务单元中，AI图像识别模块为本领域已知；AI图像识别模块从视频图像处理服务器的视频流中采样单帧图像，采样频率为2帧/秒，通过对采样的光缆线路上周界图像数据进行处理，并与预置的预警图像数据库中的线路异常的图像进行比较，通过特征值来进行比较，从而实现异常图像数据的识别，预警图像数据库通过不断的线路巡护学习会自动添加和维护，无人机线路巡护AI识别精度会不断提高。

本实施例依托强大的CPU处理能力实现高清图像传输与压缩、4G/5G将数据传输等集成在一起，一旦飞控信号受到干扰导致无人机载荷与地面飞控终端建立联系，无人机载荷将自动返航，提高***安全性与可靠性。地面飞控终端为无人机载荷提供控制指令，接受无人机载荷的线路巡检过程的高清图像数据，实时在地面飞控终端进行显示，同时通过4G/5G通信模块将图像数据发送到巡检中心部署的视频处理服务器中，同时可提供巡检人员的人机飞控界面；无人机载荷自动采集光缆线路周边图像数据，视频图像处理服务器中的AI图像识别模块进行图像图像处理、识别；地面管控中心同步将光缆线路中巡检位置的坐标、接头、长度等光缆线路信息在数据***中展示，标定隐患点类型。可实现包括阻断点查找以及肇事取证功能，施工隐患监管与警告，各类占压、穿越光缆线路取证工作，复杂情况现场侦查辅助抢修等。实现对巡线路径上的大型作业设备自动识别及告警，并提供实时光缆路径告警坐标，可实现多形态地形地貌如自然灾害类、地面其它施工目标、架空类支撑杆倾斜度等自动识别及识别的精度，完全可以满足光缆线路巡护要求。当发现事故隐患，实时通过消息推送的方式把预报警信息推送给地面飞控终端检修人员和地面集中监控中心管理人员，对实施破坏行为进行影像取证和声光电等形式的威慑。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，包括采集光缆线路高清图像数据的无人机荷载，无人机荷载与地面飞控终端的射频天线双向无线通信连接，所述射频天线通过数据滤波及调制解调电路与CPU双向通信连接；

CPU通过4G/5G通信模块或预留RTU接口与4G/5G射频天线双向通信连接，将获取的光缆线路高清图像数据传输到视频图像处理服务器；

CPU通过显示驱动电路连接显示屏；

控制杆及按键通过飞控遥感驱动电路与CPU的SPI串行通信总线接口连接。

2.根据权利要求1所述一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，所述CPU与数据滤波及调制解调电路之间连接有双数据读写接口。

3.根据权利要求1所述一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，所述无人机荷载为螺旋机翼无人机载荷，包括具有红外成像功能的摄像头。

4.根据权利要求1所述一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，所述CPU通过I2C接口配置显示内容参数和图像显示的扫描方式，通过SPI接口将要显示的每帧图像的数据传输到显示屏的显示行列控制器中，显示屏为720P高清显示屏。

5.根据权利要求1所述一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，所述4G/5G通信模块采用标准差分串行通信方式的4G/5G通信模组。

6.根据权利要求1所述一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，每台所述无人机荷载分别通过非标2.4G/5.8G通信信道与两个地面飞控终端通信连接。

7.根据权利要求2所述一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，所述双数据读写接口为32位双数据通信口DDR4 RAM。

8.根据权利要求1所述一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，所述视频图像处理服务器为基于intel X86微指令集的标准CPU。

9.根据权利要求1所述一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，所述视频图像处理服务器中的视频服务单元中设有AI图像识别模块。

10.根据权利要求1所述一种光缆线路无人机巡护***，其特征在于，所述CPU为IMX6AG35处理器。