CN108105593B - 一种红外相机及基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外相机及基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机,包括红外相机、机身、垂直尾翼、水平尾翼、副翼、旋翼、主翼，罗盘、GPS，前拉电机安装机身前部，主翼位于机身上部两侧，副翼分别位于所述主翼翼梢后缘外侧，旋翼分别位于机身两侧和主翼前后两侧，同时分别通过连接杆与主翼连接；当无人机起飞时，先解锁旋翼，无人机垂直起飞，飞到指定高度后，由主翼产生升力飞行，当无人机进入降落状态，无人机以旋翼模式降落,本发明的方案测出的天然气含量、所记录的经纬度、高度、无人机姿态信息可以实时传输给地面监控站，便于实时观察天然气管线泄漏情况。

Description

一种红外相机及基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机

技术领域

本发明涉及红外相机应用领域，特别是一种基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机的领域。

背景技术

天然气和居民生活息息相关，我国天然气管道具有运行总里程长、建设年代跨度大、安全事件和事故多发的特点，并且管道总里程呈高速增长趋势，加强管道的安全巡护管理，形势更加严峻，保证运输天然气的管道安全性是社会和企业一项重要的责任。过去传统天然气安全巡检主要依靠工作人员利用手持遥测仪进行检测，工作量大、效率低下。除此之外，手持遥测仪受地面地形的限制，无法适用于某些人类难以到达的地方，其替代方案直升机风险大、成本高、作业流程繁琐、不易于实时监测。目前的旋翼无人机航时较短，而且续航距离短，无法满足无人机在各领域内的应用，同时目前的旋翼无人机在巡检天然气管线时基本上都同时搭载了天然气含量检测系统以及相机，系统复杂，价格昂贵。

目前天然气管线巡检无人机大都为六旋翼无人机，六旋翼无人机虽然能够满足各种地形巡线的要求,但是飞行速度慢，巡航距离短，不能自主匹配飞行高度。

由于天然气管线有里程长、横跨地域地形复杂的特点，使得一般的巡线方式人力物力成本高，且数据单一、时效性差、处理工作量大，不能适应当前管道巡检的需要。因此，需要以一种结构简单、设计合理且使用操作简便、续航距离长，以弥补现有巡检方式存在的人力物力较大、巡检工作难度大、巡检效果较差等缺陷和不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种红外相机及基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机，本发明的技术方案是这样实现的：

一种红外相机，其特征在于：所述的红外相机的红外线波长为1.4-8μm。

优选的,所述的红外相机的红外线波长为1.66μm和3.33μm。

一种基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机,所述无人机包括前拉电机、垂直尾翼、水平尾翼、副翼、旋翼、主翼，所述的前拉电机安装机身前部，用于提供无人机向前飞行的动力，所述的主翼位于机身上部两侧，所述的副翼分别位于所述主翼翼梢后缘外侧，一端和所述主翼后缘外侧进行连接并可以活动，通过操纵所述副翼可使无人机做横滚机动，所述旋翼分别位于机身两侧和主翼前后两侧，同时分别通过连接杆与所述主翼连接；所述红外相机竖直向下安装在所述机身腹部位置，所述无人机飞行有两种模式：旋翼模式和固定翼模式；当所述无人机起飞时，先解锁所述旋翼，在所述旋翼的作用下，无人机垂直起飞，无人机飞到指定高度后，所述前拉电机启动，所述旋翼逐渐减小油门，待无人机能够只在所述前拉电机的作用下飞行时，所述旋翼完全停止转动，无人机开始在前拉电机的作用下由主翼产生升力飞行，当无人机进入降落状态，所述前拉电机减小油门，待速度下降到规定速度时，所述旋翼启动，所述前拉电机逐渐停止，无人机以旋翼模式降落所述的红外相机的红外线波长为1.4-8μm；所述红外相机所拍摄的照片可以实时传输到地面监控站以便监控天然气管线泄漏情况；所述的地面监控站安装地形高度跟随系统，所述地形高度跟随系统可以获取在待测区域任意地理位置下对应的地理地形海拔高度数据，同时可以将所述地形海拔高度数据通过地形高度预处理系统处理得到的所有目标跟随点，对应到地图的相应位置上，所述地面监控站自动生成待飞行线路的高度跟随航线规划，生成结束后，装订到无人机飞行任务队列，无人机在基于GPS+气压机做出不同高度下的飞行任务。

优选的,所述红外相机按照等间隔方式进行拍照，拍摄的照片会经过正射影处理软件处理为正射影图像，发送给地面监控站，同时无人机机身安装有GPS，所述GPS记录曝光点纬度、经度、高度位置信息，生成数字地图，可在地图上确认管线位置。

优选的,所述机身安装罗盘，用于提供无人机坐标轴各个方向的磁通量，根据磁通量计算出无人机姿态信息，当所述红外相机拍照同时可以确定无人机姿态信息，传输给所述地面监控站。

优选的,所述的GPS和罗盘安装在机体尾部。

本发明的有益效果为：

1、这种红外相机对天然气的主要成分甲烷十分敏感，即使红外相机与甲烷之间有其他气体，也能将天然气管线的泄漏情况以红外影像的形式呈现在照片中，将所述相片处理为正射影图像，该图像直观地反映被测管线的天然气泄漏情况，测量准确。方便直观，通过中波红外相机拍摄的照片直接观察天然气管线泄漏情况；

2、结构简单小巧，所诉相机集成了天然气检测设备和可见光相机的功能，使得无人机需要搭载的物品更少。

2、对场地要求不高，无人机起飞降落采用旋翼模式，可垂直起飞降落，不需要跑道；

3、起飞后切换到固定翼模式，飞行距离远，滞空时间长，飞行效率高；

4、采用高度跟随飞行模式，保证安全飞行的同时使无人机保持对地恒定低高度飞行，确保红外相机检测准确率高；

附图说明

图1是一种基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：

旋翼1、副翼2、前拉电机3、连接杆4、主翼5、垂直尾翼6、水平尾翼7。

实施例

试验场地：中国西部某天然气管线

获得被测地点高程数据，高度跟随系统生成飞行计划，将飞行计划载入到无人机中，无人机采用旋翼模式起降，平飞时采用固定翼模式，本次天然气管线巡检总航程50km，耗时30min，对地高度设定为120m，整个飞行过程可通过地面监控站实时监控，巡线完毕消耗6S电池2个,本方案和传统方案的检测结果及性能对比如表1。

具体如图1中的基于垂直起降固定翼无人机，包括机身、前拉电机、垂直尾翼、水平尾翼、副翼、旋翼、主翼，前拉电机安装机身前部，用于提供无人机向前飞行的动力，主翼位于机身上部两侧，副翼分别位于所述主翼翼梢后缘外侧，是小块可动的翼面，通过操纵副翼可使无人机做横滚机动，旋翼分别位于机身两侧和主翼前后两侧，同时分别通过连接杆与主翼连接，机身上还安装有红外相机，红外相机的红线外波长选择为1.66μm，相机按照等间隔方式进行拍照，拍摄的照片会经过正射影处理软件处理为正射影图像，同时无人机记录曝光点纬度、经度、高度位置信息和俯仰角、横滚角、航向角姿态信息，对照片进行正射影像处理，生成数字地图，可在地图上确认管线位置，纬度、经度、高度位置信息和俯仰角、横滚角、航向角姿态信息可以实时传输到地面监控站。地面监控站安装地形高度跟随系统，地形高度跟随系统可以获取待测区域任意地理位置下对应的地理地形海拔高度数据，同时可以将形海拔高度数据通过地形高度预处理得到的所有目标跟随点，对应到地图的相应位置上，地面监控站自动生成待飞行线路的高度跟随航线规划，生成结束后，装订到无人机飞行任务队列，无人机在基于GPS+气压机做出不同高度下的飞行任务。

检查各个部件和系统的完整性,当检测完没有问题后，无人机可以执行飞行任务和天然气管线巡检任务，当无人机起飞时，先解锁旋翼，在旋翼的作用下，无人机垂直起飞，无人机飞到指定高度后，前拉电机启动，旋翼逐渐减小油门，待无人机能够只在前拉电机的作用下飞行时，旋翼完全停止转动，无人机开始以固定翼模式飞行。

无人机在执行飞行计划时，会将红外相机所拍摄到的信息传输到地面监控站，通过地面监控站可以监测到无人机实时的位置和状态、直观地反映被测管线的天然气泄漏情况以及整个被测管线的整体情况，便于直观地检查天然气管线是否有明显损坏。

当无人机进入降落状态，前拉电机减小油门，待速度下降到规定速度时，旋翼启动，前拉电机停止，无人机以旋翼模式降落。

表1、本方案和传统方案的检测结果及性能对比

从上表1对比可以发现：本发明的红外相机对天然气的主要成分甲烷十分敏感，即使红外相机与甲烷之间有其他气体，也能将天然气管线的泄漏情况以红外影像的形式呈现在照片中，将所述相片处理为正射影图像，该图像直观地反映被测管线的天然气泄漏情况，测量准确；结构简单小巧，所诉相机集成了天然气检测设备和可见光相机的功能，使得无人机需要搭载的物品更少。本发明的无人机对场地要求不高，起飞降落采用旋翼模式，可垂直起飞降落，不需要跑道；起飞后切换到固定翼模式，飞行距离远，滞空时间长，飞行效率高；采用高度跟随飞行模式，保证安全飞行的同时使无人机保持对地恒定低高度飞行，确保激光检测系统检测准确率高；使用成本低，大幅提升天然气巡检效率，降低巡检人力成本，通过地面监控站实时准确监控天然气管线的状况。

Claims (4)

1.一种基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机，其特征在于：所述无人机包括前拉电机、垂直尾翼、水平尾翼、副翼、旋翼、主翼，所述的前拉电机安装机身前部，用于提供无人机向前飞行的动力，所述的主翼位于机身上部两侧，所述的副翼分别位于所述主翼翼梢后缘外侧，一端和所述主翼后缘外侧进行连接并可以活动，通过操纵所述副翼可使无人机做横滚机动，所述旋翼分别位于机身两侧和主翼前后两侧，同时分别通过连接杆与所述主翼连接；所述红外相机竖直向下安装在所述机身腹部位置，所述无人机飞行有两种模式：旋翼模式和固定翼模式；当所述无人机起飞时，先解锁所述旋翼，在所述旋翼的作用下，无人机垂直起飞，无人机飞到指定高度后，所述前拉电机启动，所述旋翼逐渐减小油门，待无人机能够只在所述前拉电机的作用下飞行时，所述旋翼完全停止转动，无人机开始在前拉电机的作用下由主翼产生升力飞行，当无人机进入降落状态，所述前拉电机减小油门，待速度下降到规定速度时，所述旋翼启动，所述前拉电机逐渐停止，无人机以旋翼模式降落；所述的红外相机的红外线波长为1.4-8μm；所述红外相机所拍摄的照片可以实时传输到地面监控站以便监控天然气管线泄漏情况；所述的地面监控站安装地形高度跟随系统，所述地形高度跟随系统可以获取在待测区域任意地理位置下对应的地理地形海拔高度数据，同时可以将所述地形海拔高度数据通过地形高度预处理系统处理得到的所有目标跟随点，对应到地图的相应位置上，所述地面监控站自动生成待飞行线路的高度跟随航线规划，生成结束后，装订到无人机飞行任务队列，无人机在基于GPS+气压机做出不同高度下的飞行任务。

2.如权利要求1所述的一种基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机，其特征在于：所述红外相机按照等间隔方式进行拍照，拍摄的照片会经过正射影处理软件处理为正射影图像，发送给地面监控站，同时无人机机身安装有GPS，所述GPS记录曝光点纬度、经度、高度位置信息，生成数字地图，可在地图上确认管线位置。

3.如权利要求2所述的一种基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机，其特征在于：所述机身安装罗盘，用于提供无人机坐标轴各个方向的磁通量，根据磁通量计算出无人机姿态信息，当所述红外相机拍照同时可以确定无人机姿态信息，传输给所述地面监控站。

4.如权利要求3所述的一种基于红外相机进行天然气管线巡检的无人机，其特征在于：所述的GPS和罗盘安装在机体尾部。

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