CN105388910A - 用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统及监视方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统及监视方法。监视系统包括飞行器、自动充电装置、无线通信网络和监控室；飞行器用于搭载摄像头并对大型厂房内外的监视区域进行巡查和定点监视；自动充电装置用于为飞行器及时自动充电；无线通信网络用于实现监控室与飞行器之间的无线通信；监控室用于显示监视图像和对飞行器发出控制指令。监视方法为使用上述监视系统对大型厂房进行监视的方法。与现有技术相比，本发明可通过飞行器对大型厂房的监视区域进行定点监视和巡查监视，解决了传统定点监视设备存在的监视范围不足、机动性差、监视位置无法调整等问题；同时，还解决了飞行器续航能力不足问题以及现有通信电缆易出现的单一故障问题。

Description

用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统及监视方法

技术领域

本发明属于大型厂房的监视领域，更具体地说，涉及一种用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统及监视方法。

背景技术

为了满足核电厂或其他大型厂房建筑区域的安全要求和指挥监管需求，在工程建设阶段或厂房建造完成后的运行及检测阶段，厂房内和厂房外围的重要区域均需要设置监视通信系统，以保证能够对重要监管区域及人员不宜到达区域进行实时监视。

在目前已知的核电厂或其他大型厂房中，监视通信系统的监视设备和通信设备通常独立设置：一般采用固定或可转动角度的摄像头作为监视设备，再利用通信电缆将摄像头的视频信号传输至监控室。但是，上述监视系统至少存在以下缺陷：1)设备需求较多：由于摄像头的拍摄距离有限，因此如果想要在较长或较宽阔范围内达到全方位监视效果，就只能在短距离内架设多台用于监视的摄像头，耗材较多；2)拍摄角度受限：由于摄像头的安装位置通常是固定的，即便其可以在一定程度上调整拍摄角度，但摄像头本身也存在拍摄死角；3)整体功能不可靠：摄像头拍摄的视频信号需要通过通信电缆传输至接收图像的监控室，一旦通信电缆出现问题，容易造成单一故障，影响整个系统的功能；4)监视效果不可靠：监视范围内的监视目标一旦遇到遮蔽物或强光等，则无法实现监视功能。

另一方面，目前已存在应用飞行器搭载摄像头的拍摄系统，这种拍摄系统基本都是采用小型遥控直升机或四通道飞行器作为飞行载具，飞行器上架设摄像头作为图像采集系统进行航拍。航拍时通过遥控器手动控制飞行器的飞行姿态和动作，利用飞行器上加装的摄像头从高空对地面环境进行拍摄，拍摄的图像通常作为数字信号存储在飞行器上的存储设备(如存储卡或其他存储器)中，或者通过无线通信技术传送至地面接收装置，转码后直接读取实时视频图像。但是，这种拍摄系统无法在核电厂等大型厂房内应用，原因是带有摄像头的飞行器存在以下缺陷：1)续航能力差：由于飞行器靠搭载的电池作为动力能源，续航时间主要取决于电池性能，因此目前的航拍用飞行器基本都是短时作业，无法长时间运行；2)现有的航拍用飞行器基本都是由地面人员远程手动遥控，无法做到自动运行，因此难以应用于实时监视系统。

有鉴于此，确有必要一种提供能够解决上述问题的用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统及监视方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统及监视方法，以实现对包括核电厂在内的大型厂房的全方位实时监视。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其包括飞行器、自动充电装置、无线通信网络和监控室；其中：飞行器用于搭载摄像头并在大型厂房内外的监视区域中飞行或停留，实现对监视区域的巡查监视和定点监视；自动充电装置用于为飞行器及时自动充电；无线通信网络用于实现监控室与飞行器之间的无线通信；监控室用于显示监视图像和对飞行器发出控制指令。

优选地，所述飞行器为四通道飞行器，其搭载的摄像头具备角度调节能力，可以根据控制指令改变摄像头的朝向。

优选地，所述飞行器中安装有控制芯片，控制芯片用于根据无线通信网络传送的控制指令，对飞行器的动作进行控制，飞行器的动作包括飞行姿态、飞行速度、飞行轨迹、摄像头工作状态和转向、自动充电中的一种或几种。

优选地，所述飞行器上安装有用于定位的GPS定位器和用于避障的避障传感器，控制芯片根据预设的阙值、避障传感器的感应信号以及GPS定位器的定位信号，对飞行器的飞行轨迹进行控制。

优选地，所述监控室内设有用于显示监视图像的显示屏和用于发出控制指令的飞行器控制机构；无线通信网络采用星型网络连接，包括多个飞行器无线收发设备、一个监控室无线收发终端和多个无线收发中继设备；飞行器无线收发设备设于不同飞行器上并与控制芯片连接，监控室无线收发终端设于监控室中并与飞行器控制机构连接；无线收发中继设备用于飞行器无线收发设备和监控室无线收发终端之间的无线信号中转传递，以确保飞行器无线收发设备和监控室无线收发终端之间的通信顺畅；飞行器的监视数据通过无线通信网络传送给监控室的飞行器控制机构，飞行器控制机构的控制指令通过无线通信网络传送给飞行器的控制芯片。

优选地，所述飞行器有自动控制模式和手动控制模式两种监视模式，根据监控室的控制指令进行切换。

优选地，所述自动充电装置包括设置在监视区域中的多个自动充电插座和设置在飞行器上的自动充电插头；自动充电插座上设有至少三个参照点，自动充电插头在与参照点对应的位置上设置有自动充电传感器，通过自动充电传感器对参照点的感应，保证飞行器的自动充电插头能够与自动充电插座准确对接。

优选地，所述自动充电插座分别设置于监视区域内预设的不同充电点上，每一充电点均设有遮蔽物，自动充电插座安装在遮蔽物的下方，其插孔垂直面向地面；自动充电插头设置在飞行器的背部且垂直背对地面。

优选地，所述自动充电插头外围设置有连接导轨，自动充电插座的外围设置有与连接导轨相对应地导槽/导块，通过连接导轨和导槽/导块的对应连接，确保自动充电插头和自动充电插座的紧密插接。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种用于监视大型厂房的飞行器无线监视方法，其包括以下步骤：

根据监控需要，自监控室向飞行器发出控制指令，控制指令以无线传输方式发送给飞行器；

飞行器接收控制指令，并按照控制指令对大型厂房的监视区域进行监视，获取监视数据；

飞行器通过无线方式将监视数据发送给监控室；

监控室接收监视数据并进行对应处理，实现对监视区域的远程监视。

优选地，所述飞行器接收控制指令后，首先判断控制指令是否为自动控制指令：如是，飞行器以自动控制模式对大型厂房的监视区域进行监视，利用搭载的摄像头自动获取监视图像；如否，飞行器切换为手动控制模式，并依据后续的手动控制指令对大型厂房的监视区域进行监视。

优选地，所述飞行器以自动控制模式对大型厂房的监视区域进行监视过程中，如果某一飞行器的电量小于预定值，则自动飞行至监视区域中最近一个充电点进行自动充电，充电时，摄像头继续获取监视图像。

优选地，所述监控室接收监视数据并进行对应处理的步骤包括：监控室接收监视数据后，如发现监视区域内存在监视目标异常或是需要对特定位置进行监视，则发出切换控制指令，将飞行器的自动控制模式转为手动控制模式，之后通过手动控制指令对飞行器进行手动控制。

与现有技术相比，本发明用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统及监视方法可通过飞行器对大型厂房的监视区域进行定点监视和巡查监视，解决了传统定点监视设备存在的监视范围不足、机动性差、监视位置无法调整等问题；同时，还利用自动充电装置解决了飞行器续航能力不足的问题，利用无线通信网络解决了现有通信电缆易出现的单一故障问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统、监视方法及其有益效果进行详细说明。

图1为本发明用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统的一个实施例示意图。

图2为采用本发明的大型厂房的一个实施例示意图，其中，自动充电装置未示出。

图3为图1中飞行器的一个实施例示意图。

图4为图1中自动充电装置的一个实施例示意图。

图5为图1中监控室的一个实施例示意图。

图6为图1中无线通信网络的一个实施例示意图。

图7为本发明用于监视大型厂房的飞行器无线监视方法的步骤示意图。

图8为图7中步骤S52的具体步骤示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1至图3，本发明用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统包括飞行器10、自动充电装置12、无线通信网络14和监控室16。其中，飞行器10用于搭载摄像头100并在大型厂房20内外的监视区域22中飞行或停留，实现对监视区域22的巡查监视和定点监视；自动充电装置12用于为飞行器10及时自动充电；无线通信网络14用于实现监控室16与飞行器10之间的无线通信；监控室16用于显示监视图像和对飞行器10发出控制指令。

飞行器10有多台，均优选为四通道飞行器，这种飞行器拥有四个可分别控制的螺旋桨101，可实现空中悬停、前后左右上下六个方向的单独或组合飞行动作，并利用搭载的摄像头100进行各类拍摄。飞行器10上搭载的摄像头100具备角度调节能力，可以根据控制指令改变摄像头100的朝向。

飞行器10中安装有控制芯片102，控制芯片102可选用单片机或ARM，其用于根据无线通信网络14传送的控制指令，对飞行器10的动作进行控制，飞行器10的动作包括但不限于飞行姿态、飞行速度、飞行轨迹、摄像头工作状态和转向、自动充电动作，以达到监视、循迹、避障、自动充电等目的。飞行器10有自动控制模式和手动控制模式两种监视模式，根据监控室16的切换控制指令进行切换。飞行器10处于自动控制模式时，飞行轨迹由预定的巡查路径和监视点决定，具体需要根据大型厂房的监视区域22的监视要求确定，通常需要涵盖厂房建筑围墙、护栏以及重要设备所在的区域；通过设置合理的巡查路径和监视点，达到对厂房内外的监视区域22进行监视的目的。飞行器10上还安装有用于定位的GPS定位器104和用于避障的避障传感器106，控制芯片根据GPS定位器104的定位信号以及避障传感器106的感应信号，对飞行器10的飞行轨迹进行控制。避障传感器106为声波传感器和/或红外测距传感器。由于飞行器10需要对上下左右前后六个方向进行判断避障，因此需要架设六个避障传感器106。当飞行器10在厂房内巡查时，控制芯片根据软件内预设的阈值、避障传感器106的感应信号对飞行器10的飞行轨迹进行控制；当飞行器10在厂房外开阔地带巡查时，可依靠GPS定位器104的定位信号保证飞行器10沿预定巡查路径飞行。在控制芯片102的软件内预设阈值是为了避免飞行器10在厂房内外的监视区域22巡查时与围墙、设备等障碍物发生碰撞。根据目前飞行器10的性能发展现状、避障传感器106、GPS定位器104的精准能力，阈值可设置为1米或更大范围，从而使飞行器10在监视范围22内按照预定的巡查路径飞行。飞行器10由电池108提供动力。

请参阅图4，自动充电装置12包括设置在监视区域22中的多个自动充电插座120和设置在每台飞行器10上的自动充电插头122。自动充电插座120分别设置于监视区域22内预设的不同充电点上。每一充电点均设有遮蔽物220，自动充电插座120安装在遮蔽物220的下方，其插孔垂直面向地面222；与之对应地，自动充电插头122设置在飞行器10的背部且垂直背对地面。自动充电插座120的外形通常设置为正方形，并可在正方形的四角设置至少三个参照点(图未示)；自动充电插头122在与参照点对应的位置上设置有自动充电传感器(图未示)；通过自动充电传感器对参照点的感应，保证飞行器10的自动充电插头122能够与自动充电插座120准确对接。另外，为了进一步提高自动充电过程的可靠性，还可以在飞行器10的自动充电插头122外围设置连接导轨124，同时在自动充电插座120的外围设置与连接导轨124相对应地导槽/导块，如此，一旦连接导轨124和导槽/导块对应连接，就能使得飞行器10的自动充电插头122和自动充电插座120紧密插接在一起。当飞行器10自动循迹至充电点时，可根据具体需求(如电池电量低于20％时，或是需要定点监视时)，在预设程序的控制下，自动停下并将自动充电插头122插入自动充电插座120进行充电。由于自动充电插座120均设置在视角好或相对重要的监视位置，因此在飞行器10充电时，其摄像头100依旧可以继续执行监视功能，像常规固定摄像头那样起到定点实时监视作用。

请参阅图5，监控室16内设有用于显示监视图像的显示屏160和用于发出控制指令的飞行器控制机构162，还设有监控室无线收发终端140。

请参阅图2和图6，本发明采用无线通信方式作为数据传输手段，其无线通信网络14优选为采用星型网络连接，包括多个飞行器无线收发设备144、一个监控室无线收发终端140和多个无线收发中继设备142。飞行器无线收发设备144设于每个飞行器10上并与控制芯片102连接；监控室无线收发终端140设于监控室16中并与飞行器控制机构162连接，用于实现飞行器控制机构162的控制指令收发；无线收发中继设备142设于大型厂房20的监视区域22，如果监控室16与大型厂房20之间的距离较远，还需要设置在监控室16与大型厂房20之间，用于飞行器无线收发设备144和监控室无线收发终端140之间的无线信号中转传递，以确保飞行器无线收发设备144和监控室无线收发终端140之间的通信顺畅。飞行器10的监视数据通过无线通信网络14传送给监控室16的飞行器控制机构162，飞行器控制机构162的控制指令通过无线通信网络14传送给飞行器10的控制芯片102。根据实际需求，在两个充电点之间设置至少一个无线收发中继设备142作为无线信号的传递中转平台，以保证通讯系统的可靠性，并可以支持单机多环、子环、链状和点到点等各种网络拓扑结构。飞行器无线收发设备144、监控室无线收发终端140和无线收发中继设备142均可以采用受扰动较小的无线传输方式传输信号，如蓝牙、wifi等，当然也可以使用其他常规的无线传输方式。

作为本发明的一种改进，还可以将电话、广播通信系统集成到飞行器无线监视系统中，如：在飞行器10上加装扬声器和音频无线通信模块，在遇到侵入时，监控室16的监视人员可通过无线通信对入侵对象进行警告。

请参阅图7，本发明用于监视大型厂房的飞行器无线监视方法包括以下步骤：

步骤S51，根据监控需要，自监控室16向飞行器10发出无线传输的控制指令；具体地，是利用监控室16的飞行器控制机构162发出控制指令，控制指令经监控室无线收发终端140转变为无线控制信号并发出，无线控制信号经无线收发中继设备142传递给飞行器无线收发设备144；

步骤S52，飞行器10接收控制指令，并按照控制指令对大型厂房20的监视区域22进行监视，获取监视数据；具体地，飞行器无线收发设备144接收无线控制信号，并将无线控制信号转变为控制指令发送给控制芯片102，控制芯片102按照控制指令通过摄像头100对大型厂房20的监视区域22进行监视；

步骤S53，飞行器10通过无线方式将监视数据发送给监控室16；具体地，飞行器无线收发设备144将监视数据转变为无线监视信号并发出，无线监视信号经无线收发中继设备142传递给监控室无线收发终端140；

步骤S54，监控室16接收监视数据并进行对应处理，实现对监视区域22的远程监视；具体地，监控室16的监控室无线收发终端140接收无线监视信号，并将其转变为监视数据发送给显示屏和飞行器控制机构162。

请参阅图8，步骤S52具体包括以下步骤：

步骤S520，判断控制指令是否为自动控制指令；如是，则进入步骤S522，如否，则进入步骤S524；

步骤S522，飞行器10以自动控制模式对大型厂房20的监视区域22进行监视，利用搭载的摄像头100自动获取监视图像；监视过程中，如果某一飞行器10的电量低于预定值，则自动飞行至监视区域22中最近一个充电点进行自动充电，充电时，摄像头100继续获取监视图像；

步骤S524，飞行器10切换为手动控制模式，并依据后续的手动控制指令对大型厂房20的监视区域22进行监视。

步骤S54具体包括以下步骤：

监控室16接收监视数据后，如发现监视区域22内存在监视目标异常或是需要对特定位置进行监视，则发出切换控制指令，将飞行器10的自动控制模式转为手动控制模式，之后通过手动控制指令对飞行器10进行手动控制。

与现有技术相比，本发明用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统及监视方法至少具有以下优点：

1)可根据实际需要，通过飞行器10对大型厂房20的监视区域22进行定点监视和巡查监视，当监视区域22内有监视目标移动、临时遮蔽物、定点监视角度无法拍摄到的位置或目标、需要近距离观察监视对象等情况时，可以通过巡查监视达到无死角监视，解决了传统定点监视设备监视范围不足、机动性差、监视目标一旦遮挡则无法调整监视位置等问题；

2)飞行器10可以通过自动充电装置12及时进行充电，解决了航拍类飞行器作为监视设备时，续航时间短，功能单一的缺陷；且在飞行器10进行自动充电时，其摄像头100依旧可以继续获取监视图像，像常规固定摄像头那样起到实时监视作用；

3)应用于核电厂或其他大型厂房内时，能够获取人视力不可及的区域图像或取得不适宜人员长期巡视监管但有巡视监管必要的场所的监视图像；

4)应用于核电厂或其他大型厂房区域建筑物外围时，可以有较大的监视视野，以及可以定点或指定巡查路径监视，在核电厂实物保护监视方面具有显著优势；

5)从抗震角度分析，飞行器10充电时与自动充电插座处于固定连接状态，其作用与常规固定监视摄像头相似；当飞行器10飞行时，不受外部震动影响，其抗震性将高于常规固定监视摄像头；在飞行器10故障或遇到突发事件时(如地震或管道、线缆滑落形成障碍物)，可以通过外部的监控室16转为手动控制模式，使得操控更加灵活可靠；

6)无线通信网络14采用星型网络连接，每个飞行器10架设一个飞行器无线收发设备144，飞行器10巡查路径中分区域架设无线收发中继设备142，当一台无线收发中继设备142发生故障时，不影响其他无线收发中继设备142运行以及无线通信网络14的组网功能实现，因此能够满足核电厂或其他大型厂房日常办公和应急响应期间的监视通讯可靠性要求，符合核电厂单一故障原则。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (13)

1.一种用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其特征在于，包括飞行器、自动充电装置、无线通信网络和监控室；其中：飞行器用于搭载摄像头并在大型厂房内外的监视区域中飞行或停留，实现对监视区域的巡查监视和定点监视；自动充电装置用于为飞行器及时自动充电；无线通信网络用于实现监控室与飞行器之间的无线通信；监控室用于显示监视图像和对飞行器发出控制指令。

2.根据权利要求1所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其特征在于，所述飞行器为四通道飞行器，其搭载的摄像头具备角度调节能力，可以根据控制指令改变摄像头的朝向。

3.根据权利要求1所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其特征在于，所述飞行器中安装有控制芯片，控制芯片用于根据无线通信网络传送的控制指令，对飞行器的动作进行控制，飞行器的动作包括飞行姿态、飞行速度、飞行轨迹、摄像头工作状态和转向、自动充电中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其特征在于，所述飞行器上安装有用于定位的GPS定位器和用于避障的避障传感器，控制芯片根据预设的阙值、避障传感器的感应信号以及GPS定位器的定位信号，对飞行器的飞行轨迹进行控制。

5.根据权利要求3所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其特征在于，所述监控室内设有用于显示监视图像的显示屏和用于发出控制指令的飞行器控制机构；无线通信网络采用星型网络连接，包括多个飞行器无线收发设备、一个监控室无线收发终端和多个无线收发中继设备；飞行器无线收发设备设于不同飞行器上并与控制芯片连接，监控室无线收发终端设于监控室中并与飞行器控制机构连接；无线收发中继设备用于飞行器无线收发设备和监控室无线收发终端之间的无线信号中转传递，以确保飞行器无线收发设备和监控室无线收发终端之间的通信顺畅；飞行器的监视数据通过无线通信网络传送给监控室的飞行器控制机构，飞行器控制机构的控制指令通过无线通信网络传送给飞行器的控制芯片。

6.根据权利要求1所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其特征在于，所述飞行器有自动控制模式和手动控制模式两种监视模式，根据监控室的控制指令进行切换。

7.根据权利要求1所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其特征在于，所述自动充电装置包括设置在监视区域中的多个自动充电插座和设置在飞行器上的自动充电插头；自动充电插座上设有至少三个参照点，自动充电插头在与参照点对应的位置上设置有自动充电传感器，通过自动充电传感器对参照点的感应，保证飞行器的自动充电插头能够与自动充电插座准确对接。

8.根据权利要求7所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其特征在于，所述自动充电插座分别设置于监视区域内预设的不同充电点上，每一充电点均设有遮蔽物，自动充电插座安装在遮蔽物的下方，其插孔垂直面向地面；自动充电插头设置在飞行器的背部且垂直背对地面。

9.根据权利要求7所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视系统，其特征在于，所述自动充电插头外围设置有连接导轨，自动充电插座的外围设置有与连接导轨相对应地导槽/导块，通过连接导轨和导槽/导块的对应连接，确保自动充电插头和自动充电插座的紧密插接。

10.一种用于监视大型厂房的飞行器无线监视方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据监控需要，自监控室向飞行器发出控制指令，控制指令以无线传输方式发送给飞行器；

飞行器接收控制指令，并按照控制指令对大型厂房的监视区域进行监视，获取监视数据；

飞行器通过无线方式将监视数据发送给监控室；

监控室接收监视数据并进行对应处理，实现对监视区域的远程监视。

11.根据权利要求10所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视方法，其特征在于，所述飞行器接收控制指令后，首先判断控制指令是否为自动控制指令：如是，飞行器以自动控制模式对大型厂房的监视区域进行监视，利用搭载的摄像头自动获取监视图像；如否，飞行器切换为手动控制模式，并依据后续的手动控制指令对大型厂房的监视区域进行监视。

12.根据权利要求11所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视方法，其特征在于，所述飞行器以自动控制模式对大型厂房的监视区域进行监视过程中，如果某一飞行器的电量小于预定值，则自动飞行至监视区域中最近一个充电点进行自动充电，充电时，摄像头继续获取监视图像。

13.根据权利要求10所述的用于监视大型厂房的飞行器无线监视方法，其特征在于，所述监控室接收监视数据并进行对应处理的步骤包括：监控室接收监视数据后，如发现监视区域内存在监视目标异常或是需要对特定位置进行监视，则发出切换控制指令，将飞行器的自动控制模式转为手动控制模式，之后通过手动控制指令对飞行器进行手动控制。