CN107404348A - 复杂危险场景的监测方法及相应的监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂危险场景的监测方法及相应的监测系统，该方法采用无人车与多翼无人机相结合的方式进行监测，针对无人车可到达的场景，利用无人车携带多翼无人机实现通行，并利用车载监测装置进行监测，针对无人车不可到达的场景，利用多翼无人机起飞并利用机载监测装置进行监测，多翼无人机通过与无人车进行定位通信实现在无人车上的降落。同时还提供了实现上述方法的系统。本发明能够有效解决无人机续航能力不足、无线信号易丢失等问题，可以在更大区域内不停歇作业，克服环境阻扰，获取更多监测信息。

Description

复杂危险场景的监测方法及相应的监测系统
技术领域
本发明涉及监测领域，具体而言涉及一种对地貌复杂、环境危险的场景进行监测的监测方法，以及所用的监测系统。
背景技术
在野外、矿山、矿井等场地进行各种工作之前，首先需要摸清这些场地的各种环境状况，如地形、地貌、气体、高度、深度等，以准确把握这些区域的工况条件及是否存在有毒气体、深坑深沟等危险状况。一般而言，上述区域往往存在地形地貌复杂、危险因素较多等特征，人工直接探测、监测存在较大风险，不利于保障工作人员的健康和安全。采用无人机监测是目前发展起来的一种新的监测方式，无人机在空中飞行并接受地面人员的遥控，其上携带各种监测传感器，可以测量高度、深度、气体性质等等。但限于目前电池技术及无人机负载能力，无人机监测存在续航能力不足的弊端，对于较大区域且包含多种深、高、坡、坎等复杂地形因素的情况，无人机监测还存在遥控信号容易丢失的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种复杂危险场景的监测方法，该方法能够有效解决无人机续航能力不足、无线信号易丢失等问题，可以在更大区域内不停歇作业，克服环境阻扰，获取更多监测信息。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种复杂危险场景的监测方法，其特征在于，该方法采用无人车与多翼无人机相结合的方式进行监测，并且：
（a）针对无人车可到达的场景，利用无人车携带多翼无人机实现通行，并利用车载监测装置进行监测；
（b）针对无人车不可到达的场景，利用多翼无人机起飞并利用机载监测装置进行监测，多翼无人机通过与无人车进行定位通信实现在无人车上的降落。
为了增大控制灵活度，优选的,通过基站对所述无人车和多翼无人机分别进行无线控制，并且通过令无人车和多翼无人机抛撒通信节点的方式扩大对无人车及无人机的无线控制范围，无人车和多翼无人机通过无线信号将监测信息回传给基站。
为了顺利实现多翼无人机降落, 无人车利用超声波定位装置、陀螺仪或超带宽定位装置引导多翼无人机进行降落。或者更进一步的，在所述无人车和多翼无人机上安装差分GPS定位模块或激光雷达模块来实现多翼无人机在无人车上的精准降落。
为了能够对无人机进行合适的充电，避免金属接触产生火花及由此可能引发的爆炸，在所述无人车和多翼无人机上安装无线充电装置，利用无人车为多翼无人机进行无线充电。
还可以利用无人车携带多架多翼无人机来提升本监测方法的续航能力。
为了落实上述监测方法，本发明的另一个目的是提供实现上述方法的系统：
一种用于复杂危险场景的监测系统，包括多翼无人机，多翼无人机上装有机载监测装置，其特征在于，还包括无人车，无人车上装有车载监测装置，还装有用于携带所述多翼无人机的载机平台，无人车和多翼无人机上均装有定位模块，通过定位模块实现多翼无人机在所述载机平台上的降落。
优选的，在所述无人车上装有车载通信节点抛撒装置，在所述多翼无人机上装有机载通信节点抛撒装置。
优选的，所述无人车和多翼无人机上的定位模块为差分GPS定位模块或激光雷达定位模块。
进一步优选的，在所述载机平台上装有无线充电发射模块，在所述多翼无人机上装有无线充电接收模块。
本发明的优点在于，采用无人车与多翼无人机相结合的方式，利用无人车具有负载能力大的特点，可以携带大容量电池并同时携带多翼无人机，在无人车可以通过的场合利用无人车上的监测设备实现对监测信息的获取，对无人车无法达到的井下、高空等通过多翼无人机飞行实现监测。无人车和多翼无人机抛撒通信节点，可以快速建立新的通信网络，不受原有通信网络的限制，不因地形阻挡而使通信信号丢失。无人车对无人机进行无线充电，可以使无人机补充能力二次起飞，还可以避免有线充电产生火花导致的爆炸危险。利用本监测方法和监测系统对复杂危险场景进行监测，可以扩大监测的区域范围，更好的应对监测对象的阻扰，获取更丰富的监测信息，保证人员健康和安全。
附图说明
图1为无人车的结构示意图；
图2为多翼无人机的结构示意图；
图3为无人车和多翼无人机的组合状态示意图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明：
本复杂危险场景的监测方法，采用无人车与多翼无人机相结合的方式进行监测，（a）针对无人车可到达的场景，利用无人车携带多翼无人机实现通行，并利用车载监测装置进行监测；（b）针对无人车不可到达的场景，利用多翼无人机起飞并利用机载监测装置进行监测，多翼无人机通过与无人车进行定位通信实现在无人车上的降落。无人车负载能力强，可以携带大容量电池，并能携带无人机一起运动，通过山地、丛林、坡沟等区域，运动时通过车载监测装置进行监测，并获取各种监测数据。对于矿井、山峰、天空等无人车无法到达的区域或空间，多翼无人机通过飞行可以到达并利用机载监测装置进行各种监测，获取各种监测数据，然后再降落在无人车上。
在上述过程中，操控人员可以通过基站对无人车和多翼无人机分别进行无线控制，发出各项控制指令，并接受无人车和多翼无人机回传的各种监测数据。为了针对复杂地形对无线信号的干扰，无人车和无人机可以抛撒自备电源的mesh设备建立无线mesh通信节点，通过无线mesh节点的建立，随时扩展无人机、无人车、mesh设备与基站之间的通讯网络，进而保证无人车、无人机与基站之间的通信联系。
无人机降落时可以通过超声波、陀螺仪或超带宽（UWB）定位等导航装置，或者通过差分GPS或激光雷达等定位方式确定无人车的位置,实现在无人车上的精准定位。
无人车和多翼无人机上可安装无线充电装置，利用无人车为多翼无人机进行无线充电。还可以利用无人车携带多架多翼无人机来提升本监测方法的续航能力。
实现上述监测方法可以通过如图1至图3所示的监测系统，该监测系统包括无人车1和多翼无人机2，多翼无人机2上装有机载监测装置3，机载监测装置3包括摄像机、气体、温度等各种传感器，测量高度的高度仪等，用于获取各项监测参数。无人车1上装有车载监测装置4，车载监测装置4包括摄像机、气体、温度等各种传感器，测量高度的高度仪等，同样用于获取各项监测参数。无人车1上还装有用于携带所述多翼无人机的载机平台5，载机平台5上还可以留有与多翼无人机2下方支架7相配合的支架槽8，支架槽8内安有电磁铁，可以吸附支架，从而使无人机更好固定，避免无人车运动中无人机从车上脱落。无人车上装有定位模块9，多翼无人机上均装有定位模块10，通过定位模块实现多翼无人机在所述载机平台上的降落。定位模块9、10可以是超声波、陀螺仪或超带宽（UWB）定位装置，也可以是差分GPS模块或激光雷达等定位装置。
无人车1上装有车载通信节点抛撒装置12，车载通信节点抛撒装置可以是机械手，机械手将无线mesh设备从存储槽13中取出并抛撒出去，这样可以自动构建无线mesh网络。多翼无人机上可安装自动开闭的多个挂钩，用于悬挂无线mesh设备，需要时打开挂钩进行释放。悬挂在多翼无人机上的无线mesh设备可配带降落缓冲装置，如降落伞、弹性保护装置等，避免触地损伤，影响使用。载机平台上装有无线充电发射模块，多翼无人机上装有无线充电接收模块,这样载机平台可以为多翼无人机进行充电。
无人车和多翼无人机上还安装有与基站进行无线通信的设备，以便基站对无人车和无人机进行控制，并在此基础上通过抛撒的通信节点扩展网络。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种复杂危险场景的监测方法，其特征在于，该方法采用无人车与多翼无人机相结合的方式进行监测，并且：
（a）针对无人车可到达的场景，利用无人车携带多翼无人机实现通行，并利用车载监测装置进行监测；
（b）针对无人车不可到达的场景，利用多翼无人机起飞并利用机载监测装置进行监测，多翼无人机通过与无人车进行定位通信实现在无人车上的降落。
2.根据权利要求1所述的复杂危险场景的监测方法，其特征在于,通过基站对所述无人车和多翼无人机分别进行无线控制，并且通过令无人车和多翼无人机抛撒通信节点的方式扩大对无人车及无人机的无线控制范围，无人车和多翼无人机通过无线信号将监测信息回传给基站。
3.根据权利要求1或2所述的复杂危险场景的监测方法，其特征在于,无人车利用超声波定位装置、陀螺仪或超带宽定位装置引导多翼无人机进行降落。
4.根据权利要求1或2所述的复杂危险场景的监测方法，其特征在于，在所述无人车和多翼无人机上安装差分GPS定位模块或激光雷达定位模块来实现多翼无人机在无人车上的精准降落。
5.根据权利要求4所述的复杂危险场景的监测方法，其特征在于，在所述无人车和多翼无人机上安装无线充电装置，利用无人车为多翼无人机进行无线充电。
6.根据权利要求1、2或者5所述的复杂危险场景的监测方法，其特征在于，利用无人车携带多架多翼无人机来提升本监测方法的续航能力。
7.一种用于复杂危险场景的监测系统，包括多翼无人机，多翼无人机上装有机载监测装置，其特征在于，还包括无人车，无人车上装有车载监测装置，还装有用于携带所述多翼无人机的载机平台，无人车和多翼无人机上均装有定位模块，通过定位模块实现多翼无人机在所述载机平台上的降落。
8.如权利要求7所述的用于复杂危险场景的监测系统，其特征在于，在所述无人车上装有车载通信节点抛撒装置，在所述多翼无人机上装有机载通信节点抛撒装置。
9.如权利要求7或8所述的用于复杂危险场景的监测系统，其特征在于，所述无人车和多翼无人机上的定位模块为差分GPS定位模块或激光雷达定位模块。
10.如权利要求7或9所述的用于复杂危险场景的监测系统，其特征在于，在所述载机平台上装有无线充电发射模块，在所述多翼无人机上装有无线充电接收模块。
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