CN103010070B - 一种无人机综合地面站系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机综合地面站系统，以车体为载体，车体上安装的装置包括无人机推拉式固定装载结构，所述无人机推拉式固定装载结构，包括与工程作业车相连接的滑轨，滑轨上部为放置无人机机体的载重平板，载重平板上设有与无人机机体底架配合的嵌入凹槽，载重平板上还设有固定无人机机体底架的搭扣。本发明还提供了一种无人机综合地面站系统的使用方法。本发明能够配合无人机进行输电线路巡检任务，不仅能够有效提高安全可靠性和检测有效性，同时对无人机可巡检地域和范围的延伸具有很大的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机综合地面站系统及其使用方法，特别是能够对电力架空输电线路进行巡检作业的无人机配备的综合地面站系统。
背景技术
随着输电可靠性指标的要求越来越高，以及无人机巡线各种实践内容的不断丰富，无人机巡线的优越性将越来越突出。尤其传统人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对于山区和大江大河等的输电线路巡检存在很大困难，有一些巡检项目靠常规方法根本就难以完成；有人机巡线成本高且危险性高；利用无人机巡线，可以减轻人工“千里巡线”的劳动强度，降低高压输电线路的运行维护成本，同时具备安全可靠性。无人机巡线必将成为一种快速、高效、大有发展前途的巡线方式。
与无人机发展相匹配的地面站具有包括机体设备运输、飞行航路规划，检测任务操作，图像实时传输、数据处理能力在内的集运输、控制、通信、处理于一体的综合能力。同时，地面站作为整个无人机系统的指挥中心，其控制内容包括:无人机的飞行过程，飞行航迹，有效载荷的任务动作，通讯链路的正常工作，以及无人机的起降等。地面站除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。今后，随着无人机适用范围的扩大和功能的增强，未来地面站的功能将更为强大。
现有多种在无人机地面站系统，如专利号为201110147667.0的《一种无人器地面站远程操控装置》，专利号为201120215489.6的《无人机测控车的测控系统》、专利号为200920246755.4的《一种无人机地面站布局》、专利号为201120239269.7的《一种无人机运输锁定机构》，专利号为201120239270.X的《一种无人机包装箱运输锁定机构》等，此类专利取得了一定的有益效果，但仍存在缺点如下：
（1）前两项专利仅设计了部分测控装置，未提及无人机及设备工具等用品的固定、放置和运输；
（2）第三项专利仅说明了无人机地面站的一种布局设计，未提及针对无人机本体及各部件和设备的运输保护；
（3）后两项专利仅设计了用于无人机机体运输的安全锁定结构，未针对易损部件，如旋翼、天线等的特殊保护；
（4）上述专利中无针对无人机各部件和设备的充电、用电及管理的结构说明；
（5）上述专利中未提及针对无人机巡线过程中操控计算机的安置、视频展示设备的集成等；
（6）上述专利中未对利用无人机地面站系统进行无人机外出巡线作业整个流程的步骤说明。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种无人机综合地面站系统及其使用方法，它能够完成无人机及设备工具等用品的固定、放置和安全运输，尤其针对易损部件如旋翼、天线等，可进行特殊保护；它具备针对无人机各部件和设备的充电、用电及管理的结构说明；它具备针对无人机巡线过程中操控计算机的安置、视频展示设备的集成等功能；同时，利用无人机地面站系统进行无人机外出巡线作业整个流程的步骤已归纳总结进行说明。配备该系统利用无人机对输电线路进行巡检，不仅能够有效提高安全可靠性和检测有效性，同时对无人机可巡检地域和范围的延伸具有很大的实际意义。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种无人机综合地面站系统，以车体为载体，车体上安装的装置包括无人机推拉式固定装载结构，所述无人机推拉式固定装载结构，包括与工程作业车相连接的滑轨，滑轨上部为放置无人机机体的载重平板，载重平板上设有与无人机机体底架配合的嵌入凹槽，载重平板上还设有固定无人机机体底架的搭扣，如此设置可以将无人机机体安全固定于工程作业车内，防止由于运输碰撞导致的机体损坏。
所述车体可以选用工程作业车的车体，一般选择可野外作业的越野车辆，其具体型号主要根据所搭载无人机体积和重量选择，并可根据需求进行相关改造。
所述的无人机综合地面站系统还包括在运输过程中对天线固定和保护的天线保护装置。所述天线保护装置，是根据线状天线形状设计，由固定于工程作业车内顶部四个吊环结构组成，用于运输过程中对天线的固定，减少了碰撞损害并节省了空间。
所述的无人机综合地面站系统还包括地面站飞行控制计算机操作台和地面站任务检测计算机操作台；所述地面站飞行控制计算机操作台和地面站任务检测计算机操作台，分别为在前排副驾驶位置及其正后方座位位置前方安装的抽拉式笔记本电脑放置台，并在抽拉式笔记本电脑放置台一侧留有电源线接口、信号线接口，电源线与逆变设备相连，信号线与视频服务器相连。
所述的无人机综合地面站系统还包括中央集控箱，所述中央集控箱，包括车载智能充电器、电压和电流监控、空气开关和数传设备双路备用电源，车载智能充电器完成各部件及设备的充电工作；电压和电流监控监测各个用电设备的电压电流是否正常；空气开关为保护装置，在有意外情况时保护设备不被烧毁；数传设备双路备用电源在即使车载供电出问题时，确保作为与无人机间信息和控制命令最重要的数传设备不会断电，保证无人机综合地面站系统与无人机间的信息交互畅通。
所述的无人机综合地面站系统还包括地面站固定设备安置槽，所述地面站固定设备安置槽，固定于车体的底部，用于放置固定无人机综合地面站系统的设备。无人机综合地面站系统的设备包括图传、数传地面站接收机、视频服务器、逆变设备，由于基本不会搬动，这些设备在所有线路接好后，固定于车体的底部。
所述的无人机综合地面站系统还包括机翼存储保护卡槽、箱体结构、计算机放置槽、遮阳板显示器和头枕显示器。
所述机翼存储保护卡槽位于无人机推拉式固定装载结构下方，主要针对无人机机翼易在碰撞、弯折中损坏的特点设计，该卡槽中可以有加厚海绵组织保护机翼，固定的同时能够保护运输过程中不受到碰撞损害。
所述箱体结构，包括油箱存放单元、工具存放单元、灭火器卡槽和杂物箱，将所用物品归类摆放，便于查找和使用。
所述计算机放置槽，位于无人机推拉式固定装载结构下方，当将无人机推拉式固定装载结构拉出时，即可看到计算机放置槽，槽内一般仅放置飞行控制计算机和任务检测计算机（为方便携带一般选用笔记本式计算机），便于运输和使用。
所述遮阳板显示器和头枕显示器，为分别安装在前排副驾驶位置正前方遮阳板及其座位头枕后方位置，实时显示传输回来的图像和视频，以便操控人员观察无人机的工作情况和检测效果。
本发明的无人机综合地面站系统的使用方法，包括如下步骤：
步骤（1），完成无人机外出前准备工作；包括将无人机巡检系统安置在无人机推拉式固定装载结构上，并进行固定；
步骤（2），完成无人机及各设备仪器的调试；
步骤（3），开始进行巡线作业；
步骤（4），巡线作业完毕后，擦拭无人机，将无人机运回。
所述步骤（1）中，具体步骤为，
步骤①：将无人机巡检系统安置在无人机推拉式固定装载结构上，并进行固定；
步骤②：将无人机机翼插入机翼存储保护卡槽中，该卡槽中有加厚海绵组织保护机翼，固定的同时能够保护运输过程中不受到碰撞损害；
步骤③：将无人机天线固定于天线保护装置；
步骤④：将无人机专用油箱、工具箱、灭火器及其他杂物放入箱体结构中的油箱存放单元、工具存放单元、灭火器卡槽和杂物箱中；
步骤⑤：将无人机巡检系统需要充电的部件及设备与车载智能充电器相连接，保证在运输过程中完成各部件及设备的充电工作；
所述步骤（2）中，具体步骤为，
步骤①：将无人机及上述作业用具运输到起飞地点后，进行无人机调试；
步骤②：将飞行控制计算机和任务检测计算机由计算机放置槽内取出，分别安置在地面站飞行控制计算机操作台和地面站任务检测计算机操作台，且与操作台一侧预留的电源线接口、信号线接口等连接；
步骤③：开启中央集控箱内的电压和电流监控、空气开关、数传设备双路备用电源开关，以保证地面站固定设备安置槽内的图传、数传地面站接收机、视频服务器、逆变设备等的正常工作及无人机在进行巡检作业时的数据传输可靠性；
步骤④：无人机外场操控人员、内场飞行控制人员和任务检测控制人员就位，打开无人机综合地面站系统中的遮阳板显示器和头枕显示器，以便实时观察无人机的工作情况和检测效果。
所述步骤（4）中，巡线作业完毕后，擦拭无人机，重复步骤①至步骤④，将无人机运回。
本发明的工作原理为：
根据无人直升机执行巡检任务时，运输和巡检过程中利用无人机综合地面站系统完成的工作，改造完成了专用于无人直升机的综合地面站系统：为解决运输过程中无人直升机避免碰撞损失，设计无人机推拉式固定装载硬件结构，包括与工程作业车相连接的滑轨（便于无人机由综合地面站系统内进出）、放置无人机机体的载重平板（承载无人机重量同时也具备减震功能）、载重平板上设有与无人机机体底架配合的嵌入凹槽以及载重平板上还设有固定无人机机体底架的搭扣（固定无人机于载重平板上不晃动）；针对无人机机翼易在碰撞、弯折中损坏的特点，设计机翼存储保护卡槽，其位于无人机推拉式固定装载结构下方，该卡槽中有海绵保护机翼，固定的同时能够保护机翼在运输过程中不受到碰撞损害；为解决运输过程中天线易滑滚、不易固定的问题，设计天线保护装置，其根据线状天线形状设计，减少了碰撞损害并节省了空间；为解决运输过程中油箱、工具及其他杂物种类多、查找不便的问题，设计箱体结构，包括油箱存放单元、工具存放单元、灭火器卡槽和杂物箱，可将物品归类摆放，便于查找和使用；为实现无人机执行巡检任务时所用飞行控制计算机和任务检测计算机的专机专用，设计计算机放置槽，其位于无人机推拉式固定装载结构下方，便于运输和使用；为在地面站内使用飞行控制计算机和任务检测计算机，分别为在前排副驾驶位置及其正后方座位位置前方安装的抽拉式笔记本电脑放置台，大小刚好可放置飞行控制计算机和任务检测计算机，并在平台一侧留有电源线接口、信号线接口，电源线与逆变设备相连，信号线与视频服务器相连；为解决无人机各部件及设备的及时充电及其充电、用电状态监控管理的问题，设计了中央集控箱，其包括车载智能充电器、电压和电流监控、空气开关和数传设备双路备用电源，车载智能充电器主要完成各部件及设备的充电工作，电压和电流监控主要监测各个用电设备的电压电流是否正常，空气开关为保护装置，再有意外情况时保护设备不被烧毁，数传设备双路备用电源主要确保即使车载供电出问题时，作为与无人机间信息和控制命令最重要的数传设备不会断电，保证无人机综合地面站系统与无人机间的信息交互畅通；为将图传、数传地面站接收机、视频服务器、逆变等基本固定于地面站系统内的设备归类固定存放，且保证其可靠工作，设计地面站固定设备安置槽，主要放置固定于无人机综合地面站系统的设备，这些设备在所有线路接好后，固定于计算机放置槽下方的空间内；为方便操控人员观察无人机的工作情况和检测效果，设计了遮阳板显示器和头枕显示器，分别安装在前排副驾驶位置正前方遮阳板及其座位头枕后方位置，实时显示传输回来的图像和视频。
本发明的有益效果：
1)本发明设计了一种无人机综合地面站系统，利用该系统，能够配合无人机进行输电线路巡检任务，不仅能够有效提高安全可靠性和检测有效性，同时对无人机可巡检地域和范围的延伸具有很大的实际意义。
2)上述无人机综合地面站系统，以工程作业车为载体，车体经过改造包括无人机推拉式固定装载结构、机翼存储保护卡槽、天线保护装置、箱体结构、计算机放置槽和地面站固定设备安置槽，能够完成无人机及设备工具等用品的固定、放置和安全运输，尤其针对易损部件如旋翼、天线等，可进行特殊保护。
3)上述无人机综合地面站系统，设置了中央集控箱，其包括车载智能充电器、电压和电流监控、空气开关和数传设备双路备用电源，车载智能充电器主要完成各部件及设备的充电工作，电压和电流监控主要监测各个用电设备的电压电流是否正常，空气开关为保护装置，再有意外情况时保护设备不被烧毁，数传设备双路备用电源主要确保即使车载供电出问题时，作为与无人机间信息和控制命令最重要的数传设备不会断电，保证无人机综合地面站系统与无人机间的信息交互畅通，解决了无人机各部件及设备的及时充电及其充电、用电状态监控管理的问题。
4）上述无人机综合地面站系统，设计了地面站飞行控制计算机操作台、地面站任务检测计算机操作台、遮阳板显示器和头枕显示器，具备了针对无人机巡线过程中操控计算机的安置、视频展示设备的集成等功能。
附图说明
图1为无人机综合地面站系统的后视结构图；
图2为无人机综合地面站系统的侧视结构图；
图3为无人机综合地面站系统的侧视展开结构图；
图4为无人机综合地面站系统中央集控箱的结构示意图；
图5为无人机综合地面站系统的使用方法的流程图。
其中，1是工程作业车，2是无人机推拉式固定装载结构，3是机翼存储保护卡槽，4是天线保护装置，5是箱体结构，6是计算机放置槽，7是地面站飞行控制计算机操作台，8是地面站任务检测计算机操作台，9是中央集控箱，10是地面站固定设备安置槽，11是遮阳板显示器，12是头枕显示器，13是滑轨，14是载重平板，15是嵌入凹槽，16是搭扣，17是油箱存放单元，18是工具存放单元，19是灭火器卡槽，20是杂物箱，21是车载智能充电器，22是电压和电流监控，23是空气开关，24是数传设备双路备用电源开关。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1-4中，一种无人机综合地面站系统，它以工程作业车1为载体，车体上设有包括：无人机推拉式固定装载结构2、机翼存储保护卡槽3、天线保护装置4、箱体结构5、计算机放置槽6、地面站飞行控制计算机操作台7、地面站任务检测计算机操作台8、中央集控箱9、地面站固定设备安置槽10、遮阳板显示器11和头枕显示器12。
所述工程作业车1，一般选择可野外作业的越野车辆，其具体型号主要根据所搭载无人机体积和重量选择，并可根据需求进行相关改造。
所述无人机推拉式固定装载结构2，包括与工程作业车相连接的滑轨13，滑轨13上部为放置无人机机体的载重平板14，载重平板14上设有与无人机机体底架配合的嵌入凹槽15，载重平板14上还设有固定无人机机体底架的搭扣16，如此设置可以将无人机机体安全固定于工程作业车内，防止由于运输碰撞导致的机体损坏。
所述机翼存储保护卡槽3位于无人机推拉式固定装载结构2下方，主要针对无人机机翼易在碰撞、弯折中损坏的特点设计，该卡槽中有加厚海绵组织保护机翼，固定的同时能够保护运输过程中不受到碰撞损害。
所述天线保护装置4，是根据线状天线形状设计，由固定于工程作业车1内顶部四个吊环结构组成，用于运输过程中对天线的固定，减少了碰撞损害并节省了空间。
所述箱体结构5，包括油箱存放单元17、工具存放单元18、灭火器卡槽19和杂物箱20，主要是将所用物品归类摆放，便于查找和使用。
所述计算机放置槽6，位于无人机推拉式固定装载结构2下方，当将无人机推拉式固定装载结构2拉出时，即可看到计算机放置槽6，槽内一般仅放置飞行控制计算机和任务检测计算机（为方便携带一般选用笔记本式计算机），便于运输和使用。
所述地面站飞行控制计算机操作台7和地面站任务检测计算机操作台8，分别为在前排副驾驶位置及其正后方座位位置前方安装的抽拉式笔记本电脑放置台，并在抽拉式笔记本电脑放置台一侧留有电源线接口、信号线接口，电源线与逆变设备相连，信号线与视频服务器相连。
所述中央集控箱9，包括车载智能充电器21、电压和电流监控22、空气开关23和数传设备双路备用电源开关24，车载智能充电器21主要完成各部件及设备的充电工作；电压和电流监控22主要监测各个用电设备的电压电流是否正常；空气开关23为保护装置，在有意外情况时保护设备不被烧毁；数传设备双路备用电源24主要确保即使车载供电出问题时，作为与无人机间信息和控制命令最重要的数传设备不会断电，保证无人机综合地面站系统与无人机间的信息交互畅通。
所述地面站固定设备安置槽10，主要放置固定于无人机综合地面站系统的设备，包括图传、数传地面站接收机、视频服务器、逆变设备，由于基本不会搬动，这些设备在所有线路接好后，固定于工程作业车1底部的空间内。
所述遮阳板显示器11和头枕显示器12，为分别安装在前排副驾驶位置正前方遮阳板及其座位头枕后方位置，实时显示传输回来的图像和视频，以便操控人员观察无人机的工作情况和检测效果。
本发明的无人机综合地面站系统的使用方法为：
步骤一：将无人机巡检系统安置在无人机推拉式固定装载结构2上，并进行固定；
步骤二：将无人机机翼插入机翼存储保护卡槽3中，该卡槽中有加厚海绵组织保护机翼，固定的同时能够保护运输过程中不受到碰撞损害；
步骤三：将无人机天线固定于天线保护装置4；
步骤四：将无人机专用油箱、工具箱、灭火器及其他杂物放入箱体结构5中的油箱存放单元17、工具存放单元18、灭火器卡槽19和杂物箱20中；
步骤五：将无人机巡检系统需要充电的部件及设备与车载智能充电器21相连接，可以保证在运输过程中完成各部件及设备的充电工作；
步骤六：上述步骤结束后，即完成无人机外出前准备工作，将无人机及上述作业用具运输到起飞地点后，进行无人机调试；
步骤七：将飞行控制计算机和任务检测计算机由计算机放置槽6内取出，分别安置在地面站飞行控制计算机操作台7和地面站任务检测计算机操作台8，且与操作台一侧预留的电源线接口、信号线接口等连接；
步骤八：开启中央集控箱9内的电压和电流监控22、空气开关23、数传设备双路备用电源24开关，以保证地面站固定设备安置槽10内的图传、数传地面站接收机、视频服务器、逆变设备等的正常工作及无人机在进行巡检作业时的数据传输可靠性；
步骤九：无人机外场操控人员、内场飞行控制人员和任务检测控制人员就位，打开无人机综合地面站系统中的遮阳板显示器11和头枕显示器12，以便实时观察无人机的工作情况和检测效果；
步骤十：无人机及各设备仪器调试完毕后，开始进行巡线作业；
步骤十一：巡线作业完毕后，擦拭无人机，重复步骤一至步骤四，将无人机运回，结束所有工作。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种无人机综合地面站系统，以车体为载体，其特征是，车体上安装的装置包括无人机推拉式固定装载结构，所述无人机推拉式固定装载结构，包括与工程作业车相连接的滑轨，滑轨上部为放置无人机机体的载重平板，载重平板上设有与无人机机体底架配合的嵌入凹槽，载重平板上还设有固定无人机机体底架的搭扣；
还包括机翼存储保护卡槽、箱体结构、计算机放置槽、遮阳板显示器和头枕显示器；
所述机翼存储保护卡槽位于无人机推拉式固定装载结构下方，其内部设有固定和保护机翼的海绵；
所述箱体结构，包括油箱存放单元、工具存放单元、灭火器卡槽和杂物箱；
所述计算机放置槽，位于无人机推拉式固定装载结构下方；
所述遮阳板显示器和头枕显示器，为分别安装在前排副驾驶位置正前方遮阳板及其座位头枕后方。
2.如权利要求1所述的无人机综合地面站系统，其特征是，还包括天线保护装置。
3.如权利要求1所述的无人机综合地面站系统，其特征是，还包括地面站飞行控制计算机操作台和地面站任务检测计算机操作台；所述地面站飞行控制计算机操作台和地面站任务检测计算机操作台，分别为在前排副驾驶位置及其正后方座位位置前方安装的抽拉式笔记本电脑放置台，并在抽拉式笔记本电脑放置台一侧留有电源线接口、信号线接口。
4.如权利要求1所述的无人机综合地面站系统，其特征是，还包括中央集控箱，所述中央集控箱，包括车载智能充电器、电压和电流监控、空气开关和数传设备双路备用电源。
5.如权利要求1所述的无人机综合地面站系统，其特征是，还包括地面站固定设备安置槽，所述地面站固定设备安置槽，固定于车体的底部。
6.如权利要求1所述的无人机综合地面站系统的使用方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤(1)，完成无人机外出前准备工作；包括将无人机巡检系统安置在无人机推拉式固定装载结构上，并进行固定；
步骤(2)，完成无人机及各设备仪器的调试；
步骤(3)，开始进行巡线作业；
步骤(4)，巡线作业完毕后，擦拭无人机，将无人机运回。
7.如权利要求6所述的无人机综合地面站系统的使用方法，其特征是，所述步骤(1)中，具体步骤为，
步骤①：将无人机巡检系统安置在无人机推拉式固定装载结构上，并进行固定；
步骤②：将无人机机翼插入机翼存储保护卡槽中，该卡槽中有加厚海绵组织保护机翼，固定的同时能够保护运输过程中不受到碰撞损害；
步骤③：将无人机天线固定于天线保护装置；
步骤④：将无人机专用油箱、工具箱、灭火器及其他杂物放入箱体结构中的油箱存放单元、工具存放单元、灭火器卡槽和杂物箱中；
步骤⑤：将无人机巡检系统需要充电的部件及设备与车载智能充电器相连接，保证在运输过程中完成各部件及设备的充电工作。
8.如权利要求6所述的无人机综合地面站系统的使用方法，其特征是，所述步骤(2)中，具体步骤为，
步骤①：将无人机及上述作业用具运输到起飞地点后，进行无人机调试；
步骤②：将飞行控制计算机和任务检测计算机由计算机放置槽内取出，分别安置在地面站飞行控制计算机操作台和地面站任务检测计算机操作台，且与操作台一侧预留的电源线接口、信号线接口连接；
步骤③：开启中央集控箱内的电压和电流监控、空气开关、数传设备双路备用电源开关，以保证地面站固定设备安置槽内的图传、数传地面站接收机、视频服务器、逆变设备的正常工作及无人机在进行巡检作业时的数据传输可靠性；
步骤④：无人机外场操控人员、内场飞行控制人员和任务检测控制人员就位，打开无人机综合地面站系统中的遮阳板显示器和头枕显示器，以便实时观察无人机的工作情况和检测效果。
9.如权利要求7所述的无人机综合地面站系统的使用方法，其特征是，所述步骤(4)中，巡线作业完毕后，擦拭无人机，重复步骤①至步骤④，将无人机运回。
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