CN109455307B - 一种无人值守智慧基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融合旋翼无人机（UAV）值守、机与站协同智能（Intelligent）与通信(5G)基站公用共享三大技术特征的“无人值守智慧基站”，由此称之为“UI5G基站”，分为固定式杆塔基站与移动式车载基站两种；基站主要由基于基站底座2的杆座塔体1、带太阳能舱盖3的旋翼无人机舱平台体4与基站智控系统三部分组成。所述基站杆座塔体1为按上中下支撑座层叠在基站底座上的塔体，用于集成无人机舱平台及其为完成无人机值守任务提供支撑的设备；基站底座2集成了智控系统智控模块等核心部件；所述带太阳能舱盖3的旋翼无人机舱平台4，装有一个或多个无人机舱；实现一机或多机常态替代人工值守对特定区域、特定对象精准监测，对于需求行业具有重大意义。

Description

一种无人值守智慧基站

技术领域

本发明涉及民用无人机、通讯基站技术领域，尤其涉及一种民用无人机协同无人值守基站实施对基站尤其对基站所在区域内环境及特定对象监测高新技术领域。

背景技术

借助旋翼无人机代替人工值守实现对特定区域地理环境或对特定区域内特定对象与事件进行监视与监测，不管在军用还是在民用中越来越广泛，比如在航拍，电力巡线，地图测绘，灾害监测等诸多民用领域取得了很好的实际应用成果。然而在同一个特定监测区域可能会有多个行业有多个不同专业队伍对不同内容对象进行监测，一般是全人工借助望远镜瞭望值守(防火瞭望塔、边、海防哨所等)，现在有条件的单位定时或根据事件发生不定时应用无人机巡视，这些都受人力、财力与环境所限制，尤其在无人区(如原始森林、戈壁沙漠)无人海岛等)很难实现监测常态化；随着无人机巡视普遍应用，会出现在同一区域出现多支监测队伍拥有无人机协助监测，这样会造成人力与设备资源浪费。为了解决上述问题，应用旋翼无人机技术、人工智能技术，可以在区域内新建或在现有建筑基础上(通信基站、电力杆塔、防火瞭望塔、边、海防哨所以及海上浮标(体)等)加装“鸟窝”即基于旋翼无人机无人值守监测基站，并以基站方式组入物联网为各行业不同需求提供共享服务(尤其在智慧城市建设中的应用)，可以预见这种基站将在不久的将来应市场需求呼之而出。

上述设想，例如电力公司要求无人监测基站及其值班的旋翼无人机代替人工对指定区域提供电力巡线服务，无人监测基站的智控系统接收到这样请求，启动对应的电力巡线智控程序，先对指定区域地理环境变化适时收集，整理分析，再应用人工智能算法作出何时、按何种路径巡线的决策，并将线路中监测对象完好与否的准确信息反馈到电力公司，在规定的时间段完成电力巡线任务并安全可靠地返回基站，为下一次执行区域内不同行业公司定制的不同任务做准备。这就是共享无人值守监测基站提供某行业管理公司定制的服务实例。

为了实现这一设想，本发明提供“一种无人值守智慧基站”将无人机“协同”进一步升级为“融入”无人值守监测基站构成一体化新型基站，为了提高这种基站的利用率可为专用，也可像通信基站一样公用为行业共享，满足各行业在指定区域内定制不同监测任务的服务需求。

发明内容

本发明目的是提供一种融合旋翼无人机(UAV)值守、机与站协同智能(Intelligent)与通信(5G)基站公用共享三大技术特征的“无人值守智慧基站”，由此称之为“UI5G基站”，满足市场对指定区域内空间及其指定对象由体到面，再由面到点的精准监测需求。

为满足旋翼无人机自动执行监测任务基站需提供必要的支撑条件，如为其提供合适的居住空间，为其提供执行任务的能源，为其提供自动执行任务所需的气象、地形、任务信息支持，为机与站、站与站等通信联络支持，以及为机与站提供安全保障信息支持等，这样，基站需成为旋翼无人机的智慧服务型管理站。

为了实现上述目的，本发明提供的“一种无人值守智慧基站”，它由基于基站底座的杆座塔体、带太阳能舱盖的旋翼无人机舱平台体与基站智控系统三部分组成。所述基站杆座塔体为按上中下支撑座层叠在基站底座上的塔体，用于集成无人机舱平台及其为完成无人机值守任务提供支撑的设备；所述基站底座集成智控系统智控模块等核心部件；所述带太阳能舱盖的旋翼无人机舱平台外形为花瓣型结构，是无人机栖身的“鸟窝”，根据需要旋翼无人机舱平台可以装一个或多个无人机“鸟窝”。按安装状态分固定式与移动式，固定式安装在杆塔上，移动式安装在移动车辆上。

所述基站的智控系统它包括带有数据库的智控模块、气象数据采集模块及其气象传感器(包括温度计、湿度计、风速计、风向计、雨量计、光照计以及气压计等)，通信模块及其天线(包括，根据区域内通信基站覆盖情况切换使用3D/4G/5G平面天线还是无线电天线(偏远地区无通信基站使用))，电源管理模块(管理给无人机与蓄电池充电、冷热风机开关与机舱盖电机开关)及其太阳能板、蓄电池与冷热风机与开闭机舱盖电机设备。

所述基站智控模块：①根据不同行业不同工程应用需求调用不同应用程序，不同应用程序从数据库调用对应的数据(如电力巡线)：巡线区域地形地貌数据，杆塔GPS数据，杆塔线路数据，气象数据，巡线路径，不同路径下的飞行参数，越限报警参数等；②根据任务指令编码，调用相应数据分析处理，优化并选择合适安全可靠的巡线路径，结合现时气象数据与无人机电源及状态检查，其作出无人机是否出舱巡线决策；③若下达无人机出舱巡线指令，开舱盖，启动监控并跟踪无人机进出站路径及其工作状态程序并调用相应的巡线越限报警参数，适时分析处理无人机回传数据、工作状态与巡线路径是否正常，结合气象数据作出是否继续还是停止巡线决策，确保无人机出舱巡线任务顺利完成安全返回；④无人机回舱后借助基站与无人机视觉传感器对机舱、无人机及基站其他设备体检，对视频数据分析处理，作出是否向基站使用管理维护公司发出维修指令及其维修内容编码；⑤非无人机巡线时间段，实施闭舱后舱内温度调控，给无人机充电等电源管理，收集本地气象与通过网络天气预报等数据，保持与基站使用管理维护公司通信待机状态。上述工作都是所述基站智控系统智控模块自动完成，实施一个“智慧型”基站功能。

附图说明

图1为本发明实施案例1整体结构示意图

图1a为双无人机值守基站闭舱示意图

图1b为双无人机值守基站开舱示意图

图2为本发明实施案例2整体结构示意图

图2a为四无人机值守基站闭舱示意图

图2b为四无人机值守基站开舱示意图

图3为本发明杆座塔体结构示意图

图4为本发明基站底座结构示意图

图4a为本发明基站底座A向结构示意图

图4b为本发明基站底座B向结构示意图

图5为本发明机舱平台体结构示意图

图5a为本发明机舱平台体仰视结构示意图

图5b为本发明机舱平台体俯视结构示意图

图6为本发明机舱结构示意图

图6a为本发明八翼机机舱结构示意图

图6b为本发明四翼机机舱结构示意图

图7为本发明旋翼无人机充电装置结构示意图

图7a为本发明旋翼无人机与充电马蹄结构示意图

图7b为本发明充电马蹄与充电盘配合示意图

图8为本发明机舱舱底盘结构示意图

图8a为本发明机舱舱底盘结构俯视图

图8b为本发明机舱舱底盘结构侧视图

图9为本发明无人机智控系统示意图

图10为本发明移动基站示意图

图10a为本发明移动基站闭舱示意图

图10b为本发明移动基站开舱示意图

图中:1、杆座塔体，1a、下层塔座(机舱平台塔座)，1b、水密门，1c、倒U型管门架，1d、杆底座，1e、中层杆座(天线杆座)，1f、平面天线，1g、无线天线锁扣、1h、无线天线，1i、无线天线锁扣，1j、上层杆座(传感器杆座)，1k、气象传感器，1m、视觉传感器，1n、GPS/北斗位置传感器，1p、避雷针；2、基站底座，2a、法兰型底板，2b、电气单元固定立板，2c、减速机，2d、电机，2e、联轴节，2f、丝杆，2g、八角帽、2h、蓄电池，2i、电源管理模块，2j、通信模块，2k、智控模块；3、太阳能舱盖，3a、舱盖，3b、太阳能板，3b1、太阳能板A，3b2、太阳能板B，3c、丝母，4、无人机舱平台，4a、舱平台支撑架，4b、机舱，4b1、圆锥舱壁，4b2、舱底盘，4b2a、绝缘板，4b2b、充电环路，4b2c、风窗，4b2d、定位标靶，4b2e、冷热风机，4b2f、充电盘插座，4c、旋翼无人机，4c1、四旋翼无人机，4c2、八旋翼无人机，4d、充电马蹄，4d1、充电马蹄触点，5、基站智控系统，6、移动车辆，7、充电天线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作一下进一步说明：

如图1所示，一种无人机值守智慧基站(下面简称基站)，它由基于基站底座的杆座塔体、旋翼无人机舱平台体与基站智控系统(见图8)三部分组成，按安装状态分固定式与移动式，固定式安装在杆塔上，移动式安装在移动车辆上。

所述杆座塔体(图3)是两个杆座与一个塔座按上中下三层叠在基站底座2上，用于集成无人机舱平台体及其为完成无人机值守任务提供技术支撑的基站智控系统5设备；所述基站底座2(图4)为法兰型底板2a与电气单元固定立板2b组成，它上面装有基站智控系统5核心部件；法兰型底板2a中心装有驱动无人机舱太阳能舱盖3开闭的减速机2c，它驱动丝杆2f旋转向上抬起无人机太阳能舱盖3直至丝杆2f端部八角帽2g嵌入太阳能舱盖3中心丝母3c的八角孔内转动太阳能舱盖3至开闭盖位置；减速机2c输入轴通过联轴节2e与驱动电机2d相连。基座地板上减速机2c侧的电气单元固定立板2b上(蓄电池2h的左中右方向)分别装有电源管理模块2i、通信模块2j与智控模块2k；蓄电池2h安装靠近立板2b中线侧的基座地板2a上。

所述的下层塔座1a为侧边开水密门1b带法兰的圆筒盒体(见图3)，它倒扣在基站底座2上，保护基站底座2上电气设备；在它封闭顶面固定了两叶花瓣(见图1)或图2为四叶花瓣无人机舱平台4，故可称为机舱平台筒座；在接近两叶花瓣或四叶花瓣颈部从下层支撑座1a筒体顶面与其内壁接触处安装带倒U型管型门架1c的支撑座1d；所述的中层杆座1e为管型立杆，管型立杆上下端为法兰结构，下端法兰与下层门架支撑座1d通过螺丝紧固，立杆两侧分别通过锁扣(1g与1i)分别固定3D/4G/5G平面天线1f与无线天线1h，故可称为天线杆座；所述的上层杆座1j结构形式同中层杆座1e，下端法兰与中层杆座1e上端法兰通过螺丝紧固，上端法兰固定避雷针1p；上端法兰一侧伸出羊角板上面装有GPS/北斗位置传感器1n，下面装有视觉传感器1m；立杆中间左右两侧伸出羊角板装有气象传感器1k，故可称为传感器杆座。

所述无人机舱平台体它由无人机舱平台4(见图5)；与太阳能太阳能舱盖3(见图4)组成，其外形为花瓣型。一种外形为两叶花瓣结构拥有对称分布的两个机舱(见图1)；一种为四叶花瓣结构拥有对称分布的四个机舱(见图2)；无人机舱平台4由舱平台支撑架4a与机舱4b组成，固定在下层塔座1a上，机舱平台支撑架4a中心开孔与下层塔座1a中心孔贯通，为太阳能舱盖3开闭旋转驱动丝杆2f提供连接通道；所述太阳能舱盖3，它由舱盖3a与装在舱盖3a上的太阳能板3b构成，舱盖3a结构中心固定带八角孔的丝母3c，它由基站底座2中心减速机2c丝杆2f驱动抬起并通过丝杆2f端部八角帽2g嵌入其丝母3c的八角孔旋转实施开闭。太阳能板3b1与太阳能板3b2分别安装左右舱盖面3a上。所述无人机舱平台体可根据应用需求布置一个或多个无人机舱满足一机或多机巡察工程应用需求。案例1(见图1)示意是满足双无人机巡察应用需求，图1a为双无人机值守基站闭舱示意图，图1b为双无人机值守基站开舱示意图；案例2(见图2)示意满足四无人机巡察应用需求，图2a为四无人机值守基站闭舱示意图；图2b为四无人机值守基站开舱示意图。

所述机舱4b是无人机栖身之所(见图6)，形态为大型不锈钢盆，是一个圆锥型容器。它由圆锥型舱壁4b2与舱底盘3b3组成。圆锥舱壁4b2下端内向平口法兰垫上密封圈通过螺丝与舱底盘4b3紧固构成圆锥盆体。圆锥盆体即舱壁4b2上端外向平口法兰固定在机舱平台支架4a上，通过舱口密封圈与太阳能舱盖3构成密闭的无人机舱。

所述无人机4c为民用旋翼无人机，可以是四旋翼无人机4c1(见图6b)、八多旋翼无人机4c2(见图6a)，在无人机落地支腿加装本发明提供的充电马蹄4d(见图7a)，充电马蹄4d可称充电插头，它内置向下的弹簧电气触点4d1，当无人机4c落地时装在无人机落地支腿上充电马蹄4d电气触点4d1与舱底盘4b2的充电环路4b2b上对应电源极性接触，实现停机充电功能。充电马蹄4d外侧曲面为与机舱4b的圆锥舱壁4b2曲面同曲率，当无人机4c回机舱4b降落时受外力影响视觉定位时，在机舱4b圆锥舱壁4b2曲面范围内沿其坡面自动滑动调节落位到机舱4b中心，保证充电马蹄4d的电气触点4d1自动准确地对准舱底盘4b2(见图7b)的充电环路对应电源极性环路上。

所述无人机舱舱底盘(见图8)：它由绝缘板4b2a、充电环路4b2b、带定位标靶4b2d的风窗4b2c与带充电盘插座4b2f的冷热风机4b2e组成并构成一体；与无人机充电马蹄4d配套的充电环路4b2b布置在绝缘板4b2a周边，带无人机定位标靶4b2d的风窗4b2c开在绝缘板4b2a的中心，绝缘板4b2a背面安装形状像漏勺的冷热风机4b2e，漏勺柄端内置了电气插座4b2f，为无人机充电与机舱冷热风机4b2e提供电源接口。

所述移动式基站(见图10)为一柜体，为一装在车辆平板车架6上机舱柜体，柜体收藏了一个桌面与三层抽屉机舱(见图10a)，上中下层抽屉机舱分别可向后面、右侧、左侧抽出；桌面机舱向车头上方伸出一台板支撑天线塔座与传感器杆座，该天线塔座加装了充电天线7支持无线充电；柜体上面装有可向两侧放开的太阳能舱盖3(见图10b)。

所述基站智控系统(见图9)它包括带有数据库的智控模块2k、气象数据采集模块及其气象传感器1k(包括温度计、湿度计、风速计、风向计、雨量计、光照计以及气压计等)，通信模块2j及其天线(包括，根据区域内通信基站覆盖情况切换使用3D/4G/5G平面天线1f还是无线电天线1h(偏远地区无通信基站使用))，电源管理模块2i(管理给无人机与蓄电池2h充电、冷热风机4b2e开关与机舱盖电机2d开关)及其太阳能板3b、蓄电池2h与冷热风机4b2e与开闭机舱盖电机2d设备。

所属的智控模块2k功能：①根据不同行业不同工程应用需求调用不同应用程序，不同应用程序从数据库调用对应的数据(如电力巡线)：巡线区域地形地貌数据，杆塔GPS数据，杆塔线路数据，气象数据，巡线路径，不同路径下的飞行参数，越限报警参数等；②根据任务指令编码，调用相应数据分析处理，优化并选择合适安全可靠的巡线路径，结合现时气象数据与无人机电源及状态检查，其作出无人机是否出舱巡线决策；③若下达无人机出舱巡线指令，开舱盖，启动监控并跟踪无人机进出站路径及其工作状态程序并调用相应的巡线越限报警参数，适时分析处理无人机回传数据、工作状态与巡线路径是否正常，结合气象数据作出是否继续还是停止巡线决策，确保无人机出舱巡线任务顺利完成安全返回；④无人机回舱后借助基站与无人机视觉传感器对机舱、无人机及基站其他设备体检，对视频数据分析处理，作出是否向基站使用管理维护公司发出维修指令及其维修内容编码；⑤非无人机巡线时间段，闭舱后舱内温度调控，给无人机充电等电源管理，收集本地气象与通过网络天气预报等数据，保持与基站使用管理维护公司通信待机状态。上述工作都是基站智控系统智控模块2k自动完成，实施一个“智慧型”基站功能。

Claims (5)

1.一种无人值守智慧基站，其特征在于：是由旋翼无人机及其机舱平台体、杆座塔体以及协同机站的智控系统构成一体的信息平台，分为固定式杆塔基站与移动式车载基站两种；

所述机舱平台体由无人机舱平台（4）与太阳能舱盖（3）组成，所述无人机舱平台（4）由舱平台支撑架与机舱组成；

所述旋翼无人机设有适配于所述机舱的充电马蹄（4d），降落时可实现自动滑动调节落位到机舱中心停机充电；

所述机舱为开口向上的圆锥容器型结构，由圆锥型舱壁与舱底盘构成，所述舱底盘由绝缘板、充电环路、带定位标靶的风窗与带充电盘插座的冷热风机构成，与无人机的充电马蹄（4d）配套的充电环路布置在绝缘板周边，带无人机定位标靶的风窗开在绝缘板的中心，绝缘板背面安装形态为漏勺的冷热风机，漏勺柄端内置了电气插座；

所述充电马蹄（4d）安装在旋翼无人机落地支腿上，外侧面为与所述机舱的圆锥型舱壁曲面同曲率的曲面，内置了向下的与充电环路电源极性配套的弹簧电气触点；

所述杆座塔体用于集成机舱平台体及其为完成无人机值守任务提供技术支撑的智控系统设备；

所述智控系统包括带有数据库的智控模块、气象数据采集模块、通信模块和电源管理模块，所述气象数据采集模块包括气象传感器，所述通信模块包括天线，所述电源管理模块包括太阳能板、蓄电池、冷热风机与开闭机舱盖电机设备，所述智控系统的智控模块智控无人机及其基站自动执行任务实施一个“智慧型”基站的功能。

2.根据权利要求1所述的一种无人值守智慧基站，其特征在于：所述固定式杆塔基站的无人机舱平台（4）形态为两叶花瓣结构拥有对称分布的两个机舱，或形态为四叶花瓣结构拥有对称分布的四个机舱。

3.根据权利要求1所述的一种无人值守智慧基站，其特征在于：所述固定式杆塔基站的杆座塔体是两个杆座与一个塔座按上中下三层叠在基站底座（2）上；所述基站底座（2）上装有基站智控系统核心部件，罩在基站底座（2）上为下层机舱平台塔座（1a），往上叠是中层天线杆座（1e），再往上叠是上层传感器杆座（1j）。

4.根据权利要求1所述的一种无人值守智慧基站，其特征在于：所述移动式车载基站为一装在车辆平板车架（6）上机舱柜体，柜体收藏了一个桌面与三层抽屉机舱，上中下层抽屉机舱分别可向后面、右侧、左侧抽出，桌面机舱向车头上方伸出一台板支撑天线塔座与传感器杆座，该天线塔座加装了充电天线（7）支持无线充电，柜体上面装有可向两侧放开的太阳能舱盖（3）。

5.根据权利要求1所述的一种无人值守智慧基站，其特征在于：所述智慧基站的应用方 法包括步骤：①根据不同行业不同工程应用需求调用不同应用程序，不同应用程序从数据 库调用对应的数据；②可根据任务指令编码，调用相应数据分析处理，优化并选择合适安全 可靠的巡线路径；③结合现时气象数据与无人机电源及状态检查，作出无人机是否出舱巡 线决策，若下达无人机出舱巡线指令，开舱盖；④启动监控并跟踪无人机进出站路径及其工 作状态程序并调用相应的巡线越限报警参数，适时分析处理无人机回传数据、工作状态与 巡线路径是否正常，结合气象数据作出是否继续还是停止巡线决策；⑤无人机回舱后借助 基站与无人机视觉传感器对机舱、无人机及基站其他设备体检，对视频数据分析处理，作出 是否向基站使用管理维护公司发出维修指令及其维修内容编码的决定；

非无人机巡线时 间段，实施闭舱后舱内温度调控，给无人机充电电源管理，收集本地气象与网络天气预报数 据，保持与基站使用管理维护公司通信待机状态。

Images