CN103414851B - 长航时定区域浮空监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长航时定区域浮空监控系统，包括空中平台、具有两个以上自由度的地面控制台、控制箱和主控机，空中平台通过牵引线和地面控制台连接，空中平台上安装有摄像头并将采集的视频信号传送给控制箱；牵引线依次通过地面控制台上的两自由度拉压力传感器、滑轮组后缠绕在绕线轮上，牵引线处还设有一用来感知牵引线径向力大小的拉压力传感器；主控机通过两自由度拉压力传感器的信号发送给地面控制台以调整地面控制台的姿态，主控机通过拉压力传感器的信号控制绕线轮实现牵引线的收放。本发明具有结构简单、成本低廉、操作方便、监控范围广阔、性能可靠等优点。

Description

长航时定区域浮空监控系统

技术领域

本发明主要涉及到监控设备领域，特指一种长航时定区域浮空监控系统。

背景技术

目前，有从业者提出了众多类型的高空监控系统，主要是通过大量设置摄像头对地面进行大范围定点监控和拍摄，以面向中低空侦查、网络覆盖、森林防火、商业娱乐等军民领域。这种类型的高空监控设备一般都是位于固定建筑物、树上或者其他高的固定位置，但是由于摄像头安装位置的原因，因此这类监控设备一旦安装后，其监控范围就十分有限。

对于中低空的移动拍摄，目前普遍采用的解决途经是利用无人飞行器进行相关任务。一般的无人飞行器需要使用电力（电池）、热能（热气球）或太阳能进行能量供应，因此这种常规方式存在以下缺点：第一、能量供给困难，消耗快，不能保持飞行器长时间的航行；第二、条件苛刻，需要充足阳光（太阳能）或者晴朗天气（热气球）；第三、成本昂贵，维护价格高昂。

由上可知，在这种情况下，全天候、高分辨探测、低维护、低成本的浮空监控系统需求日益紧迫。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低廉、操作方便、活动范围广阔、性能可靠的长航时定区域浮空监控系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种长航时定区域浮空监控系统，包括空中平台、具有两个以上自由度的地面控制台、控制箱和主控机，所述空中平台通过牵引线和地面控制台连接，所述空中平台上安装有摄像头并将采集的视频信号传送给控制箱；所述牵引线依次通过地面控制台上的两自由度拉压力传感器、滑轮组后缠绕在绕线轮上，所述牵引线处还设有一用来感知牵引线径向的力的大小的拉压力传感器；所述主控机通过两自由度拉压力传感器的信号发送给地面控制台以调整地面控制台的姿态，所述主控机通过拉压力传感器的信号控制绕线轮实现牵引线的收放。

作为本发明的进一步改进：

所述空中平台上安装有摄像头、电池、无线数据发送设备和风力发电设备，所述风力发电设备与空中平台的尾部相连，所述摄像头通过电缆或无线数据发送设备与地面控制台相连。

所述绕线轮通过同步带传动机构与绕线轮电机相连，所述绕线轮电机与主控机相连并由主控机控制。

所述地面控制台包括支撑板组件、俯仰驱动组件和转台，所述支撑板组件固定于一个俯仰驱动组件上，所述俯仰驱动组件固定于转台上。

所述转台包括水平转盘、底座和方位步进电机，所述水平转盘安装于底座上，所述水平转盘与方位步进电机的输出端相连，所述方位步进电机与主控机并由主控机控制。

所述控制箱包括主控机显示器、面板、监控显示器、电源开关、工作模式选择开关、手动控制操作柄、无线数据接收设备、数字视频录像机和线长显示区，所述监控显示器用来显示视频信号，所述数字视频录像机用来存储视频信号，所述主控机显示器用来显示控制状态信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明可采用风筝等作为空中平台和载具，风筝属于升力型空中平台，且飞行受引线的限制与控制。风越大，飞行越稳定，且负载能力越强，而且其飞行范围始终被限制在以施放点为中心的小范围空域中。本发明通过地面控制台测得牵引线三自由度的力作为飞行器稳定飞行控制的反馈量，减轻了空中平台上的重量。

2、本发明采用无线传输视频信号，可以通过无线接入移动通信网络，接收端多样化；本发明可以直接接收无线视频信号，也可以通过访问移动通信网络访问摄像头。

3、本发明空中拍摄设备靠风供给能量而不需要其它能量，空中的风力发电设备可以保证空中能源的自给自足，从而实现长时间滞空工作。

4、本发明空中平台的监控范围广阔，通过适当设置地面控制台位置，使空中平台悬浮飞行在需要监控区域的上方，空中平台上的拍摄设备可以以任何角度对下方拍摄，拍摄面积大。

5、本发明空中平台更加适合在有风的天气下飞行，因此不存在抗风飞行的问题，保证7级大风依然可以正常工作。

6、本发明拍摄单元安装在空中平台上，监控范围随着空中平台的飞行高度而增加，监控范围比以往固定在地面的摄像头的监控范围大。

7、本发明造价低廉、使用免维护，空中平台如有破损，可回收更换，且更换简单，只需将牵引线和空中平台之间的线钩取下，把钩子钩在新的空中平台上即可。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

图2为本发明的空中平台结构示意图。

图3为本发明中地面控制台的立体结构示意图。

图4为本发明中地面控制台的侧视结构示意图。

图5为本发明中地面控制台的局部俯视结构示意图。

图6为本发明中控制箱的俯视结构示意图。

图7为本发明中控制箱的侧视结构示意图。

图例说明：

1、空中平台；101、摄像头；102、牵引线；103、电池；104、无线数据发送设备；105、风力发电设备；106、线钩；2、地面控制台；201、两自由度拉压力传感器；202、两自由度拉压力传感器支架；203、第一滑轮；204、第一滑轮支架；205、第二滑轮；206、第二滑轮支架；207、第三滑轮；208、第三滑轮支架；209、第四滑轮；210、第一光电编码器支架；211、第一光电编码器；212、绕线轮；213、第一绕线轮固定支架；214、绕线轮轴；215、第二绕线轮固定支架；216、大同步带轮安装支架；217、大同步带轮；218、同步带；219、第一小同步带轮支架；220、第二小同步带轮支架；221、小同步带轮；222、小同步带轮轴；223、绕线轮电机联轴器；224、绕线轮电机支架；225、绕线轮电机；226、上层支撑板；227、支撑柱；228、下层支撑板；229、U型支架；230、第二光电编码器；231、俯仰步进电机支架；232、俯仰步进电机；233、俯仰角度刻度盘；234、水平转盘；235、底座；236、底座支撑脚；237、方位步进电机；238、接线盒；239、拉压力传感器；3、第一信号线缆；4、控制箱；401、主控机显示器；402、面板；403、监控显示器；404、电源开关；405、工作模式选择开关；406、手动控制操作柄；407、无线数据接收设备；408、数字视频录像机；409、线长显示区；5、VGA视频数据线；6、第二信号线缆；7、主控机。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1～图7所示，本发明的长航时定区域浮空监控系统，包括空中平台1、地面控制台2、控制箱4和主控机7，空中平台1通过牵引线102和地面控制台2连接，牵引线102依次通过地面控制台2上的两自由度拉压力传感器201、滑轮组（由第一滑轮203、第二滑轮205、第三滑轮207、第四滑轮209）后缠绕在绕线轮212上，牵引线102处还设有一用来感知牵引线102径向的力的大小的拉压力传感器239；地面控制台2和控制箱4之间通过第一信号线缆3连接，控制箱4和主控机7之间通过VGA视频数据线5和第二信号线缆6连接。空中平台1可以采用风筝、气球或者其他类型的可进行中低空悬浮的飞行物，空中平台1的飞行活动范围为地面控制台2上方200米～500米。通过两自由度拉压力传感器201实时检测牵引线102对于当前地面控制台2的姿态的偏移量大小，从而得到控制量的大小。

本实施例中，两自由度拉压力传感器201通过两自由度拉压力传感器支架202安装于支撑板组件上。为了安装第一滑轮203、第二滑轮205、第三滑轮207，依次对应设有第一滑轮支架204、第二滑轮支架206、第三滑轮支架208。上层支撑板226上还设有第一光电编码器211，第一光电编码器211通过第一光电编码器支架210固定安装。

参见图1和图2，本实施例中，空中平台1上安装有摄像头101、电池103、无线数据发送设备104、风力发电设备105，风力发电设备105与空中平台1的尾部相连，当然也可以安装于空中平台1的其他位置处。牵引线102通过线钩106与空中平台1相连，摄像头101将拍摄到的图像传送给地面控制台2。摄像头101固定在牵引线102上与线钩106距离10米～20米的位置处。该摄像头101可以通过电缆与位于地面的地面控制台2相连，或者通过无线数据发送设备104与地面的地面控制台2相连。进一步，还可以在空中平台1上增加湿度、温度、高度、姿态、压力等传感器，进行相关的环境监测和气象监测。风力发电设备105通过空中平台1的飞行发电，并将电能源源不断的供应到电池103中。

本实施例中，参见图1～图5，绕线轮212的绕线轮轴214通过第一绕线轮固定支架213、第二绕线轮固定支架215固定在由上层支撑板226、下层支撑板228组成支撑板组件上，上层支撑板226与下层支撑板228之间设有支撑柱227。绕线轮212的运动与大同步带轮217的运动一致，大同步带轮217与小同步带轮221之间通过同步带218传动。小同步带轮轴222与绕线轮电机225通过绕线轮电机联轴器223连接，从而达到利用绕线轮电机225驱动绕线轮212收放线的功能。即，牵引线102的收放由绕线轮电机225控制，绕线轮电机225可以连续正反转而实现收放线。牵引线102的收放取决于拉压力传感器239，拉压力传感器239用来感知牵引线102径向的力的大小，为保证径向拉力在一定的范围内，主控机7通过分析拉压力传感器239感知到的压力而得到控制量，驱动绕线轮电机225卷线或者放线。大同步带轮217通过大同步带轮安装支架216固定，小同步带轮221通过第一小同步带轮支架219、第二小同步带轮支架220、小同步带轮223安装固定。绕线轮电机225通过绕线轮电机支架224安装固定。可以理解，还可以通过其他类型传动，例如齿轮或链条等传动机构完成对绕线轮212的驱动。

本实施例中，支撑板组件固定于一个俯仰驱动组件上，俯仰驱动组件包括U型支架229以及安装于U型支架229上的俯仰步进电机232、第二光电编码器230、俯仰角度刻度盘233，俯仰步进电机232通过俯仰步进电机支架231安装于U型支架229上。正常工作时，俯仰驱动组件的俯仰步进电机232驱动俯仰驱动组件及其上的零件做俯仰方向的运动，以图3位置为参考位置，运动幅度为0°～90°。

俯仰驱动组件固定于一个转台上，转台包括水平转盘234、底座235、方位步进电机237、接线盒238，底座235的底部设有底座支撑脚236，转台的方位步进电机237驱动水平转盘234及以上的俯仰驱动组件做方位方向的转动，活动范围为0°～360°。俯仰方向和方位方向的运动信号来自主控机7，决定信号大小的是两自由度拉压力传感器201。

如图6和图7所示，本实施例中控制箱4包括主控机显示器401、面板402、监控显示器403、电源开关404、工作模式选择开关405、手动控制操作柄406、无线数据接收设备407、数字视频录像机408和线长显示区409。控制箱4的工作模式包括手动和自动模式；处于手动工作模式时，利用手动控制操作柄406控制地面控制台2上的三个电机运动；处于自动模式时，不需要人监管，主控机7采集传感器的信号经过处理以后驱动三个电机自行运动。手动模式则主要用于检测系统是否正常工作，本实施例处于正常工作时为自动模式。

本实施例中，无线数据发送设备104用来与无线数据接收设备407进行通信，无线数据发送设备104将空中平台1上的摄像头101采集到的信号发送到地面，无线数据接收设备407接收到信号以后通过数字视频录像机408存储，以备查看，同时还可在监控显示器403上实时显示摄像头101采到的图像。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种长航时定区域浮空监控系统，其特征在于，包括空中平台（1）、具有两个以上自由度的地面控制台（2）、控制箱（4）和主控机（7），所述空中平台（1）通过牵引线（102）和地面控制台（2）连接，所述空中平台（1）上安装有摄像头（101）并将采集的视频信号传送给控制箱（4）；所述牵引线（102）依次通过地面控制台（2）上的两自由度拉压力传感器（201）、滑轮组后缠绕在绕线轮（212）上，所述牵引线（102）处还设有一用来感知牵引线（102）径向的力的大小的拉压力传感器（239）；所述主控机（7）通过两自由度拉压力传感器（201）的信号发送给地面控制台（2）以调整地面控制台（2）的姿态，所述主控机（7）通过拉压力传感器（239）的信号控制绕线轮（212）实现牵引线（102）的收放；所述地面控制台（2）包括支撑板组件、俯仰驱动组件和转台，所述支撑板组件固定于一个俯仰驱动组件上，所述俯仰驱动组件固定于转台上。

2.根据权利要求1所述的长航时定区域浮空监控系统，其特征在于，所述空中平台（1）上安装有摄像头（101）、电池（103）、无线数据发送设备（104）和风力发电设备（105），所述风力发电设备（105）与空中平台（1）的尾部相连，所述摄像头（101）通过电缆或无线数据发送设备（104）与地面控制台（2）相连。

3.根据权利要求1所述的长航时定区域浮空监控系统，其特征在于，所述绕线轮(212)通过同步带传动机构与绕线轮电机（225）相连，所述绕线轮电机（225）与主控机（7）并由主控机（7）控制。

4.根据权利要求1所述的长航时定区域浮空监控系统，其特征在于，所述转台包括水平转盘（234）、底座（235）和方位步进电机（237），所述水平转盘（234）安装于底座（235）上，所述水平转盘（234）与方位步进电机（237）的输出端相连，所述方位步进电机（237）与主控机（7）并由主控机（7）控制。

5.根据权利要求1或2或3所述的长航时定区域浮空监控系统，其特征在于，所述控制箱（4）包括主控机显示器（401）、面板（402）、监控显示器（403）、电源开关（404）、工作模式选择开关（405）、手动控制操作柄（406）、无线数据接收设备（407）、数字视频录像机（408）和线长显示区（409），所述监控显示器（403）用来显示视频信号，所述数字视频录像机（408）用来存储视频信号，所述主控机显示器（401）用来显示控制状态信号。