CN106125766A - 一种基于无人机的铁路线巡检监控系统及巡检方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于无人机的铁路线巡检监控系统及巡检方法，包括无人机本体、扩音器和地面站；无人机本体内设有控制处理单元，控制处理单元的输入端与气压高度计、激光测距仪、IMU模块、GPS模块、可见光摄像头、接收机和第一电源模块相连，控制处理单元的输出端与语音模块、图像存储模块、第一图传电台和伺服电机驱动电路相连，控制处理单元与第一数传电台双向传输数据，扩音器通过机械结构设置在无人机本体下方；地面站包括遥控器、地面监控计算机、与地面监控计算机连接的第一显示器、第二显示器、第二数传电台和第二图传电台。本铁路线巡检监控系统可以满足大规模无人机巡检的需要，提高巡检效率，实现在大区域内最优巡检规划。
Description
技术领域
本发明属于无人机监控领域，尤其是涉及一种基于无人机的铁路线巡检监控系统及巡检方法。
背景技术
铁路线巡检是铁路线日常维护的基本工作，常见的巡检方式包括人工巡检、载人直升机巡检以及无人机巡检。尽管人工巡检是最常用的巡检方式，但一直存在着效率较慢、受气候地理环境制约等不足，机巡方式正被广泛研究与应用，尤其无人机巡检具有安全高效的特性，铁路线空中无人机具有越来越大的应用价值。
目前针对铁路线空中无人机巡检的任务规划大多采用人工手动规划方式，此种方式虽然确保了无人机的飞行安全，但是效率较低，无法满足大规模无人机巡检的需要，同时手动规划方式很难在大区域内实现最优规划。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于无人机的铁路线巡检监控系统及巡检方法，可以进行大规模、高效的铁路线巡检。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于无人机的铁路线巡检监控系统，包括无人机本体、扩音器和地面站；
所述无人机本体内设有控制处理单元，所述控制处理单元的输入端分别与气压高度计、激光测距仪、IMU模块、GPS模块、可见光摄像头、接收机和第一电源模块相连，所述控制处理单元的输出端分别与语音模块、图像存储模块、第一图传电台和伺服电机驱动电路相连，所述控制处理单元与第一数传电台双向传输数据，所述扩音器通过机械结构设置在无人机本体下方，所述语音模块的输出端与扩音器电连接，所述语音模块内预存语音警告信息，所述伺服电机驱动电路的输出端连接伺服电机；
所述地面站包括遥控器、地面监控计算机、与地面监控计算机连接的第一显示器、第二显示器、第二数传电台和第二图传电台，第二电源模块通过电源管理模块分别向地面监控计算机、第二数传电台和第二图传电台提供电源。
进一步的，所述控制处理单元采用双芯片结构，包括主控制器和从控制器，所述主控制器采用STM32F407芯片，所述从控制器采用STM32F103芯片，所述主控制器与所述从控制器通过SPI总线连接。
进一步的，所述主控制器分别与所述气压高度计、激光测距仪、IMU模块、GPS模块、伺服电机驱动电路和接收机相连。主控制器根据接收到的气压高度计、激光测距仪、IMU模块和GPS模块的数据，调用控制算法向伺服电机驱动电路输出相应的PWM控制信号，用于驱动伺服电机的转动，实时改变伺服电机的转速。主控制器也可根据接收机接收的地面操作人员通过遥控器发送的控制指令，向伺服电机驱动电路输出相应的PWM控制信号，用于调整无人机的飞行状态。
进一步的，所述从控制器分别与所述可见光摄像头、语音模块、第一数传电台、第一图传电台和图像存储模块相连。主控制器采集的气压高度计、激光测距仪、IMU模块和GPS模块的数据经SPI总线发送给从控制器，从控制器将接收到的数据通过第一数传电台发送至地面站。从控制器接收和处理可见光摄像头采集的图像信息，通过第一图传电台发送给地面站。主控制器通过接收机接收地面操作人员通过遥控器发送的语音控制指令，并经SPI总线发送给从控制器，从控制器根据接收到的语音控制指令向语音模块发送相应的控制指令，用于驱动扩音器发出警告。
进一步的，所述第一图传电台和第一数传电台与地面站采用无线通信方式传输数据。
根据上述基于无人机的铁路线巡检监控系统的巡检方法如下：
1、根据待检铁路线的地理信息对无人机进行路径规划，包括：飞行高度、飞行距离、航速和航向。
2、检测机载通信设备与地面站之间的数据传输系统，一切正常后执行巡检任务。
3、无人机飞行过程中，控制处理单元实时采集和处理气压高度计、激光测距仪、IMU模块和GPS模块的数据，经第一数传电台发送给地面站，设置在地面站的地面监控计算机通过第二数传电台接收第一数传电台发送的数据，并在第一显示器中显示。
可见光摄像头实时采集铁路线的图像信息，经控制处理单元处理后由第一图传电台发送给地面站，设置在地面站的地面监控计算机通过第二图传电台接收第一图传电台发送的图像信息，并在第二显示器中显示。
控制处理单元采集和处理可见光摄像头采集的铁路线图像信息，在图像信息中叠加日期、时间和GPS信息，并保存在图像存储模块中。
4、地面操控人员实时观察第二显示器显示的图像信息，发现以下情况时向无人机发出控制指令：
4.1)发现铁路线设备故障时，向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，操控人员控制可见光摄像头对故障设备进行重点采集。
4.2)发现铁路线上有行人在危险区域内时，向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，操控人员调用语音模块中预存的语音警告信息，通过扩音器向行人发出警告，使行人尽快远离铁路线。
4.3)发现有火车驶来时，向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，待火车驶过后继续执行巡检航拍任务。
5、无人机继续执行巡检任务，并将采集的图像信息实时保存在图像存储模块中。
6、无人机完成巡检任务，返回地面站。
相对于现有技术，本发明所述的基于无人机的铁路线巡检监控系统具有以下优势：本铁路线巡检监控系统可以满足大规模无人机巡检的需要，提高巡检效率，提高铁路线路的安全管控水平，实现在大区域内最优巡检规划。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的原理框图；
图2为本发明实施例所述的巡检流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种基于无人机的铁路线巡检监控系统，包括无人机本体、扩音器和地面站；
所述无人机本体内设有控制处理单元，所述控制处理单元的输入端分别与气压高度计、激光测距仪、IMU模块、GPS模块、可见光摄像头、接收机和第一电源模块相连，所述控制处理单元的输出端分别与语音模块、图像存储模块、第一图传电台和伺服电机驱动电路相连，所述控制处理单元与第一数传电台双向传输数据，所述扩音器通过机械结构设置在无人机本体下方，所述语音模块的输出端与扩音器电连接，所述语音模块内预存语音警告信息，所述伺服电机驱动电路的输出端连接伺服电机；
所述地面站包括遥控器、地面监控计算机、与地面监控计算机连接的第一显示器、第二显示器、第二数传电台和第二图传电台，第二电源模块通过电源管理模块分别向地面监控计算机、第二数传电台和第二图传电台提供电源。
所述控制处理单元采用双芯片结构，包括主控制器和从控制器，所述主控制器采用STM32F407芯片，所述从控制器采用STM32F103芯片，所述主控制器与所述从控制器通过SPI总线连接。所述主控制器分别与所述气压高度计、激光测距仪、IMU模块、GPS模块、伺服电机驱动电路和接收机相连。主控制器根据接收到的气压高度计、激光测距仪、IMU模块和GPS模块的数据，调用控制算法向伺服电机驱动电路输出相应的PWM控制信号，用于驱动伺服电机的转动，实时改变伺服电机的转速。主控制器也可根据接收机接收的地面操作人员通过遥控器发送的控制指令，向伺服电机驱动电路输出相应的PWM控制信号，用于调整无人机的飞行状态。
所述从控制器分别与所述可见光摄像头、语音模块、第一数传电台、第一图传电台和图像存储模块相连。所述第一图传电台和第一数传电台与地面站采用无线通信方式传输数据。主控制器采集的气压高度计、激光测距仪、IMU模块和GPS模块的数据经SPI总线发送给从控制器，从控制器将接收到的数据通过第一数传电台发送至地面站。从控制器接收和处理可见光摄像头采集的图像信息，通过第一图传电台发送给地面站。主控制器通过接收机接收地面操作人员通过遥控器发送的语音控制指令，并经SPI总线发送给从控制器，从控制器根据接收到的语音控制指令向语音模块发送相应的控制指令，用于驱动扩音器发出警告。
根据上述基于无人机的铁路线巡检监控系统的巡检方法如下：
1、根据待检铁路线的地理信息对无人机进行路径规划，包括：飞行高度、飞行距离、航速和航向。
2、检测机载通信设备与地面站之间的数据传输系统，一切正常后执行巡检任务。
3、无人机飞行过程中，控制处理单元实时采集和处理气压高度计、激光测距仪、IMU模块和GPS模块的数据，经第一数传电台发送给地面站，设置在地面站的地面监控计算机通过第二数传电台接收第一数传电台发送的数据，并在第一显示器中显示。
可见光摄像头实时采集铁路线的图像信息，经控制处理单元处理后由第一图传电台发送给地面站，设置在地面站的地面监控计算机通过第二图传电台接收第一图传电台发送的图像信息，并在第二显示器中显示。
控制处理单元采集和处理可见光摄像头采集的铁路线图像信息，在图像信息中叠加日期、时间和GPS信息，并保存在图像存储模块中。
4、地面操控人员实时观察第二显示器显示的图像信息，发现以下情况时向无人机发出控制指令：
4.1)发现铁路线设备故障时，向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，操控人员控制可见光摄像头对故障设备进行重点采集。
4.2)发现铁路线上有行人在危险区域内时，向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，操控人员调用语音模块中预存的语音警告信息，通过扩音器向行人发出警告，使行人尽快远离铁路线。
4.3)发现有火车驶来时，向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，待火车驶过后继续执行巡检航拍任务。
5、无人机继续执行巡检任务，并将采集的图像信息实时保存在图像存储模块中。
6、无人机完成巡检任务，返回地面站。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于无人机的铁路线巡检监控系统，其特征在于：包括无人机本体、扩音器和地面站；
所述无人机本体内设有控制处理单元，所述控制处理单元的输入端分别与气压高度计、激光测距仪、IMU模块、GPS模块、可见光摄像头、接收机和第一电源模块相连，所述控制处理单元的输出端分别与语音模块、图像存储模块、第一图传电台和伺服电机驱动电路相连，所述控制处理单元与第一数传电台双向传输数据，所述扩音器通过机械结构设置在无人机本体下方，所述语音模块的输出端与扩音器电连接，所述语音模块内预存语音警告信息，所述伺服电机驱动电路的输出端连接伺服电机；
所述地面站包括遥控器、地面监控计算机、与地面监控计算机连接的第一显示器、第二显示器、第二数传电台和第二图传电台，第二电源模块通过电源管理模块分别向地面监控计算机、第二数传电台和第二图传电台提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的铁路线巡检监控系统，其特征在于：所述控制处理单元采用双芯片结构，包括主控制器和从控制器，所述主控制器采用STM32F407芯片，所述从控制器采用STM32F103芯片，所述主控制器与所述从控制器通过SPI总线连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的铁路线巡检监控系统，其特征在于：所述主控制器分别与所述气压高度计、激光测距仪、IMU模块、GPS模块、伺服电机驱动电路和接收机相连。
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的铁路线巡检监控系统，其特征在于：所述从控制器分别与所述可见光摄像头、语音模块、第一数传电台、第一图传电台和图像存储模块相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的铁路线巡检监控系统，其特征在于：所述第一图传电台和第一数传电台与地面站采用无线通信方式传输数据。
6.基于权利要求1所述的一种基于无人机的铁路线巡检监控系统的巡检方法，其特征在于，其步骤如下：
1)根据待检铁路线的地理信息对无人机进行路径规划，包括：飞行高度、飞行距离、航速和航向；
2)检测机载通信设备与地面站之间的数据传输系统，一切正常后执行巡检任务；
3)无人机飞行过程中，控制处理单元实时采集和处理气压高度计、激光测距仪、IMU模块和GPS模块的数据，经第一数传电台发送给地面站，设置在地面站的地面监控计算机通过第二数传电台接收第一数传电台发送的数据，并在第一显示器中显示；
可见光摄像头实时采集铁路线的图像信息，经控制处理单元处理后由第一图传电台发送给地面站，设置在地面站的地面监控计算机通过第二图传电台接收第一图传电台发送的图像信息，并在第二显示器中显示；
控制处理单元采集和处理可见光摄像头采集的铁路线图像信息，在图像信息中叠加日期、时间和GPS信息，并保存在图像存储模块中；
4)地面操控人员实时观察第二显示器显示的图像信息，发现以下情况时向无人机发出控制指令：
4.1)发现铁路线设备故障时，向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，操控人员控制可见光摄像头对故障设备进行重点采集；
4.2)发现铁路线上有行人在危险区域内时，向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，操控人员调用语音模块中预存的语音警告信息，通过扩音器向行人发出警告，使行人尽快远离铁路线；
4.3)发现有火车驶来时，向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，待火车驶过后继续执行巡检航拍任务；
5)无人机继续执行巡检任务，并将采集的图像信息实时保存在图像存储模块中；
6)无人机完成巡检任务，返回地面站。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161116 |