CN108762307A - 基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统，该系统以无人机为载体对天然气管道进行检测，整个管道检测过程无需人的现场参与，管道检测过程更加安全，同时，该系统将热红外技术、烟雾探测技术及声波探测技术综合应用于管道参数检测中，通过多参数检测得到更加准确可靠的管道信息，为后续管道异常起因的及时判断提供更加快速、准确的信息参考。
Description
技术领域
本发明涉及无人机遥感技术领域及天然气管道安全检测技术领域，具体涉及一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统。
背景技术
目前，各类天然气输送管道铺设量越来越大，一部分管道架设在高层建筑外侧，铺设高度及覆盖面较大，人工检测这种天然气立管的各项参数相对困难较大，且高空作业带来的危险不可忽视，这对天然气立管的管理工作提出更高的要求，虽然现有的检测方式，比如光纤检测手段，在一定程度上实现了对天然气立管泄漏点的排查工作，但是在天然气管道温度差较大时，可能发生泄漏，也可能是局部温度过高导致热胀冷缩，容易损害天然气管道，光纤检测手段在出现泄漏时泄漏情况、泄漏原因等信息的获取存在一定的不便捷性，这样造成检修人员不能及时获取更详细的管道信息而无法采取针对性的解决措施。
因此，如何在保证相关工作人员安全的前提下实时对高层建筑上架设的天然气立管进行可视化的安全检测，及时发现异常并将更加完整的管道信息传送给维修人员成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现可视化检测、检测信息更加完整且快捷、安全可靠的基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统，该系统包括无人机检测子系统和地面监控中心，所述无人机检测子系统包括
红外摄像头，所述红外摄像头拍摄现场管道附近的热红外图像，且可以在无人机四周均匀分布安装4个摄像头，每个摄像头均可以与水平方向作上下45°的转动，这样，在无人机四个方位东西南北各安装一个红外摄像头，飞过去的同时可以360°检测周围，避免空中停驻，旋转一周，才能检测完全部方位，造成拍摄过程费时耗电；
图像处理设备，所述红外摄像头与所述图像处理设备连接，所述图像处理设备分析热红外图像中管道周围温度场信息，识别并标记出温度差较大的管道位置，得到温度异常图像信息；
声波传感器，所述声波传感器实时检测天然气管道外侧出现声波信号时的声波强度，得到声波强度信息；
光电烟雾传感器，所述光电烟雾传感器实时采集管道外侧存在烟雾时的烟雾浓度，得到烟雾浓度信息；
中央处理器，所述图像处理设备、声波传感器及光电烟雾传感器均与所述中央处理器连接，所述中央处理器接收温度异常图像信息、声波强度信息及烟雾浓度信息，将所述声波强度信息、烟雾浓度信息及温度异常图像信息中的管道温度差值与对应的预设阈值进行比较，并在烟雾浓度、声波强度或管道温度差值中的任一个值大于对应的预设阈值时，发送警报信息；
而且要求就发出的警报作出确认处理，这时候调度控制监控中心
LED闪光警报模块，所述中央处理器与所述LED闪光警报模块连接，所述LED闪光警报模块接收所述警报信息并发出闪光警报提醒；
无人机定位模块，所述中央处理器与所述无人机定位模块连接，所述无人机定位模块实时定位无人机所在位置，得到无人机实时位置信息；
供电电源，所述供电电源为整个系统供电；
电量监测模块，所述供电电源和中央处理器均与所述电量监测模块连接，所述电量监测模块实时检测所述供电电源的剩余电量值，并在剩余电量值低于预设的电量警戒值时，向所述中央处理器发出电量过低提示信号，所述中央处理器根据电量过低提示信号发出返航信息；
航向控制模块，所述中央处理器与所述航向控制模块连接，所述航向控制模块接收所述返航信息，并控制无人机按原航线返回；所述航向控制模块还实时检测无人机附近障碍物信息，控制无人机在航行中躲避障碍物，并实时存储无人机航线信息；
无线通信模块，所述中央处理器与所述无线通信模块连接，所述无线通信模块接收所述温度异常图像信息、声波强度信息、烟雾浓度信息、警报信息、无人机实时位置信息及无人机航线信息，并将其发送至地面监控中心，同时等待地面控制中心对所述警报信息作出反馈；
所述地面监控中心包括无线收发设备和监控设备，所述无线收发设备与所述无线通信模块通讯连接，所述无线收发设备还与所述监控设备连接，所述无线收发设备接收所述无线通信模块发送的所述温度异常图像信息、声波强度信息、烟雾浓度信息、警报信息、无人机实时位置信息及无人机航线信息，并将其发送至监控设备，所述监控设备将温度异常图像信息、声波强度信息、烟雾浓度信息、无人机实时位置信息及无人机航线信息进行显示，并对所述警报信息作出反馈，控制无人机对异常管道状态进行进一步的检测，比如可以直接发送指令控制无人机抵近侦查，飞到异常点进行近距离确认侦查，如果检测到温度异常扩大、烟雾扩大、声波异常扩大，再通过无人机摄像机的视频录像，可以进一步确认有没有发生泄漏或火灾爆炸等严重事故，有利于地面监控中心马上发送指令关闭紧急切断阀等防护措施。
本发明的有益效果是：本发明以无人机为载体对管道进行检测，整个管道检测过程无需人的现场参与，管道检测过程更加安全，同时，该系统将热红外技术、烟雾探测技术及声波探测技术同时应用于管道参数检测中，通过多参数检测得到更加准确可靠的管道信息，为后续管道异常起因的及时判断提供更加准确的信息参考。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述电量监测模块包括电流检测单元、模数转换器和电量换算单元，所述电流检测单元与所述供电电源连接，所述电流检测单元采集所述供电电源的耗电电流，所述电流检测单元与所述模数转换器连接，所述模数转换器将所述耗电电流转换成电压信号，所述模数转换器与所述电量换算单元连接，所述电量换算单元将电压信号换算成供电电源的剩余电量信息，并将剩余电量信息发送给所述中央处理器。
采用上述进一步方案的有益效果是通过对电源耗电电流的实时检测，并经过模数转换及相关换算过程得到准确的剩余电量值，在电量低于设定阈值时控制无人机返航从而保证无人机可以安全着陆，不会因电量过低难以正常飞行导致坠落损坏。
进一步，所述无人机定位模块采用的定位系统为BDS导航系统或GPS定位系统。中国北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，该系统中共有24颗人造卫星分布在工作6个轨道上运转，每个轨道间互成120度角，使得GPS使用者在任何时间、地点都可接收到卫星信号加以定位，且不受天气的影响。
进一步，所述航向控制模块包括
航线设定单元，所述航线设定单元用于预先设置无人机的航线信息；
障碍物检测单元，所述障碍物检测单元实时检测无人机周围的障碍物信息；
航向规划单元，所述航线设定单元和障碍物检测单元均与所述航向规划单元连接，所述航向规划单元按照预设的无人机航线信息实时规划无人机航向，并根据障碍物信息及时调整无人机航向，生成无人实时航向信息；
存储器，所述航向规划单元与所述存储器连接，所述存储器存储有无人机航线数据；
航向控制单元，所述航向规划单元和所述中央控制器均与所述航向控制单元连接，所述航向控制单元根据无人实时航向信息控制无人机飞行方向，同时，所述航向控制单元在接收到中央处理器发出的返航信息后控制无人机按原航线返航。
采用上述进一步方案的有益效果是通过预设的无人机航线信息、无人机周围的障碍物信息及无人机电源电量过低时中央处理器发出的返航信息共同决定无人机航向，无人机航向的受控因素也存在一定的优先等级，比如障碍物信息的优先等级是最高的，其次是返航信息，这样可以最大程度上保证无人机航行过程的安全。
进一步，所述障碍物检测单元包括用于获取障碍物相对于无人机机体位置信息的激光测距传感器和用于获取障碍物相对于无人机机体角度信息的三维电子罗盘，所述光测距传感器与所述三维电子罗盘电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是通过激光测距传感器和三维电子罗盘共同对障碍物位置进行精确检测，准确定位障碍物位置从而保证无人机及时准确的躲避障碍物，避免与障碍物碰撞造成危险。
进一步，所述无线通信模块的数据传输方式为雷达传输、WLAN传输或GPRS传输。无线通信模块是无人机与地面监控中心地面监控中心的连接枢纽，其数据传输方式可以根据实际情况合理选择。
附图说明
图1为本发明一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统的结构示意图；
图2为本发明一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统中电量监测模块的结构示意图；
图3为本发明一个实施例中电流检测单元检测电源耗电电流的原理示意图；
图4为本发明一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统中航向控制模块的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、红外摄像头，2、图像处理设备，3、声波传感器，4、光电烟雾传感器，5、无人机定位模块，6、LED闪光警报模块，7、电量监测模块，701、电流检测单元，702、模数转换器，703、电量换算单元，8、供电电源，9、航向控制模块，901、障碍物检测单元，902、航线设定单元，903、航向规划单元，904、存储器，905、航向控制单元，10、无线通信模块，11、中央处理器，12、无线收发设备，13,、监控设备。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参见附图1，本实施例公开了一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统，该系统包括无人机检测子系统和地面监控中心，无人机检测子系统包括
红外摄像头1，红外摄像头1拍摄现场管道附近的热红外图像；
图像处理设备2，红外摄像头1与图像处理设备2连接，图像处理设备2分析热红外图像中的管道周围温度场信息，识别并标记出温度差较大的管道位置，得到温度异常图像信息；
声波传感器3，声波传感器3实时检测天然气管道外侧出现声波信号时的声波强度，得到声波强度信息；
光电烟雾传感器4，光电烟雾传感器4实时采集管道外侧存在烟雾时的烟雾浓度，得到烟雾浓度信息；
中央处理器11，图像处理设备2、声波传感器3及光电烟雾传感器4均与中央处理器11连接，中央处理器11接收温度异常图像信息、声波强度信息及烟雾浓度信息，将声波强度信息、烟雾浓度信息及温度异常图像信息中的管道温度差值与对应的预设阈值进行比较，并在现场实际监测值大于预设阈值时，发送警报信息；
LED闪光警报模块6，中央处理器11与LED闪光警报模块6连接，LED闪光警报模块6接收警报信息并发出闪光警报提醒；
无人机定位模块5，中央处理器11与无人机定位模块5连接，无人机定位模块5实时定位无人机所在位置，得到无人机实时位置信息；
供电电源8，供电电源8为整个系统供电；
电量监测模块7，供电电源8和中央处理器11均与电量监测模块7连接，电量监测模块7实时检测供电电源的剩余电量值，并在剩余电量值低于预设的电量警戒值时，向中央处理器11发出电量过低提示信号，中央处理器11根据电量过低提示信号发出返航信息；
航向控制模块9，中央处理器11与航向控制模块9连接，航向控制模块9接收返航信息，并控制无人机按原航线返回；航向控制模块9还实时检测无人机附近障碍物信息，控制无人机在航行中躲避障碍物，并实时存储无人机航线信息；
无线通信模块10，中央处理器11与无线通信模块10连接，无线通信模块10接收温度异常图像信息、声波强度信息、烟雾浓度信息、警报信息、无人机实时位置信息及无人机航线信息，并将其发送至地面监控中心；
地面监控中心包括无线收发设备12和监控设备13，无线收发设备12与无线通信模块10通讯连接，无线收发设备12还与监控设备13连接，无线收发设备12接收无线通信模块10发送的温度异常图像信息、声波强度信息、烟雾浓度信息、警报信息、无人机实时位置信息及无人机航线信息，并将其发送至监控设备13，监控设备13将温度异常图像信息、声波强度信息、烟雾浓度信息、无人机实时位置信息及无人机航线信息进行显示。
参见附图2，电量监测模块7包括电流检测单元701、模数转换器702和电量换算单元703，电流检测单元701与供电电源8连接，电流检测单元701采集供电电源8的耗电电流，电流检测单元701与模数转换器702连接，模数转换器702将耗电电流转换成电压信号，模数转换器702与电量换算单元703连接，电量换算单元703将电压信号换算成供电电源的剩余电量信息，并将剩余电量信息发送给中央处理器11。
参见附图3，为电流检测单元701的一个具体实施例，本实施例中采用型号为FAN4010电流检测传感器实时采集电源的耗电电流，FAN4010芯片的1引脚(VIN引脚)与6引脚(Load引脚)之间串接有电阻R1，6引脚(Load引脚)与5引脚(GND引脚)均接地，6引脚(Load引脚)与接地端之间串接有电阻R2,3引脚(IOUT引脚)接地，其与接地端之间串接有电阻R3，在测量时用模数转换器702监测电压VOUT，再通过电量换算单元703将电压VOUT除以电阻R1的阻值和电阻R3的阻值，再对所求值积分，即可得到电源消耗的电量值，最后用电源总电量值减去消耗的电量值，即可得到剩余电量值。
具体地，无人机定位模块5采用的定位系统为BDS导航系统或GPS定位系统。本实施例中采用GPS定位系统(全球定位系统)，该系统是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，该系统中共有24颗人造卫星分布在工作6个轨道上运转，每个轨道间互成120度角，使得GPS使用者在任何时间、地点都可接收到卫星信号加以定位，且不受天气的影响。
参见附图4，航向控制模块9包括
航线设定单元902，航线设定单元902用于预先设置无人机的航线信息；
障碍物检测单元901，障碍物检测单元901实时检测无人机周围的障碍物信息；
航向规划单元903，航线设定单元902和障碍物检测单元901均与航向规划单元903连接，航向规划单元903按照预设的无人机航线信息实时规划无人机航向，并根据障碍物信息及时调整无人机航向，生成无人实时航向信息；
存储器904，航向规划单元903与存储器904连接，存储器904存储有无人机航线数据；
航向控制单元905，航向规划单元903和中央控制器11均与航向控制单元905连接，航向控制单元905根据无人实时航向信息控制无人机飞行方向，同时，航向控制单元905在接收到中央处理器11发出的返航信息后控制无人机按原航线返航。
在一些实施例中，障碍物检测单元901包括用于获取障碍物相对于无人机机体位置信息的激光测距传感器和用于获取障碍物相对于无人机机体角度信息的三维电子罗盘，光测距传感器与三维电子罗盘电连接。
在一些实施例中，无线通信模块10的数据传输方式为雷达传输、WLAN传输或GPRS传输。本实施例中无线通信模块10的数据传输方式为WLAN传输方式。
本实施例中以无人机为载体对管道进行检测，整个管道检测过程无需人的现场参与，管道检测过程更加安全，同时，该系统将热红外技术、烟雾探测技术及声波探测技术同时应用于管道参数检测中，通过多参数检测得到更加准确可靠的管道信息，为后续管道异常起因的判断提供更加准确的信息参考。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)
1.一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统，其特征在于，包括无人机检测子系统和地面监控中心，所述无人机检测子系统包括
红外摄像头(1)，所述红外摄像头(1)拍摄现场管道附近的热红外图像；
图像处理设备(2)，所述红外摄像头(1)与所述图像处理设备(2)连接，所述图像处理设备(2)分析所述热红外图像中的管道周围温度场信息，识别并标记出温度差较大的管道位置，得到温度异常图像信息；
声波传感器(3)，所述声波传感器(3)实时检测天然气管道外侧出现声波信号时的声波强度得到声波强度信息；
光电烟雾传感器(4)，所述光电烟雾传感器(4)实时采集管道外侧出现烟雾时的烟雾浓度，得到烟雾浓度信息；
中央处理器(11)，所述图像处理设备(2)、声波传感器(3)及光电烟雾传感器(4)均与所述中央处理器(11)连接，所述中央处理器(11)接收温度异常图像信息、声波强度信息及烟雾浓度信息，将所述声波强度信息、烟雾浓度信息及温度异常图像信息中的管道温度差值与对应的预设阈值进行比较，并在声波强度、烟雾浓度或管道温度差值大于对应的预设阈值时，发送警报信息；
LED闪光警报模块(6)，所述中央处理器(11)与所述LED闪光警报模块(6)连接，所述LED闪光警报模块(6)接收所述警报信息并发出闪光警报提醒；
无人机定位模块(5)，所述中央处理器(11)与所述无人机定位模块(5)连接，所述无人机定位模块(5)实时定位无人机所在位置，得到无人机实时位置信息并发送给所述中央处理器(11)；
供电电源(8)，所述供电电源(8)为整个系统供电；
电量监测模块(7)，所述供电电源(8)和中央处理器(11)均与所述电量监测模块(7)连接，所述电量监测模块(7)实时检测所述供电电源(8)的剩余电量值，并在剩余电量值低于预设的电量警戒值时向所述中央处理器(11)发出电量过低提示信号，所述中央处理器(11)根据电量过低提示信号向所述无人机发出返航信息；
航向控制模块(9)，所述航向控制模块(9)位于所述无人机上且与所述中央处理器(11)无线通讯连接，所述航向控制模块(9)接收中央处理器(11)发出的所述返航信息，并控制无人机返航；所述航向控制模块(9)还实时检测无人机附近障碍物信息，控制无人机在航行中躲避障碍物，并实时存储无人机航线信息；
无线通信模块(10)，所述中央处理器(11)与所述无线通信模块(10)连接，所述无线通信模块(10)接收所述温度异常图像信息、声波强度信息、烟雾浓度信息、警报信息、无人机实时位置信息及无人机航线信息，并将其发送至地面监控中心；
所述地面监控中心包括无线收发设备(12)和监控设备(13)，所述无线收发设备(12)与所述无线通信模块(10)通讯连接，所述无线收发设备(12)还与所述监控设备(13)连接，所述无线收发设备(12)接收所述无线通信模块(10)发送的所述温度异常图像信息、声波强度信息、烟雾浓度信息、警报信息、无人机实时位置信息及无人机航线信息，并将其发送至监控设备(13)，所述监控设备(13)将温度异常图像信息、声波强度信息、烟雾浓度信息、无人机实时位置信息及无人机航线信息进行显示，并根据所述警报信息生成进一步检测的反馈信息。
2.根据权利要求1所述一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统，其特征在于，所述电量监测模块(7)包括电流检测单元(701)、模数转换器(702)和电量换算单元(703)，所述电流检测单元(701)与所述供电电源(8)连接，所述电流检测单元(701)采集所述供电电源(8)的耗电电流，所述电流检测单元(701)与所述模数转换器(702)连接，所述模数转换器(702)将所述耗电电流转换成电压信号，所述模数转换器(702)与所述电量换算单元(703)连接，所述电量换算单元(703)将电压信号换算成供电电源的剩余电量信息，并将剩余电量信息发送给所述中央处理器(11)。
3.根据权利要求1所述一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统，其特征在于，所述无人机定位模块(5)采用的定位系统为BDS导航系统或GPS定位系统。
4.根据权利要求1所述一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统，所述航向控制模块(9)包括
航线设定单元(902)，所述航线设定单元(902)用于预先设置无人机的航线信息；
障碍物检测单元(901)，所述障碍物检测单元(901)实时检测无人机周围的障碍物信息；
航向规划单元(903)，所述航线设定单元(902)和障碍物检测单元(901)均与所述航向规划单元(903)连接，所述航向规划单元(903)按照预设的无人机航线信息实时规划无人机航向，并根据障碍物信息及时调整无人机航向，生成无人实时航向信息；
存储器(904)，所述航向规划单元(903)与所述存储器(904)连接，所述存储器(904)存储有无人机航线数据；
航向控制单元(905)，所述航向规划单元(903)和所述中央控制器(11)均与所述航向控制单元(905)连接，所述航向控制单元(905)根据无人实时航向信息控制无人机飞行方向，同时，所述航向控制单元(905)在接收到中央处理器(11)发出的返航信息后控制无人机返航。
5.根据权利要求4所述一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统，其特征在于，所述障碍物检测单元(901)包括用于获取障碍物相对于无人机机体位置信息的激光测距传感器和用于获取障碍物相对于无人机机体角度信息的三维电子罗盘，所述光测距传感器与所述三维电子罗盘电连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述一种基于无人机检测的高层建筑天然气立管安全预警系统，其特征在于，所述无线通信模块(10)的数据传输方式为雷达传输、WLAN传输或GPRS传输。
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