CN110308739A - 一种输电线路无人机的塔上基站设备及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种输电线路无人机的塔上基站设备，包括电源模块、解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台；所述的电源模块为解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台供电；所述的无线通信模块、卫星信号接收天线、电台与解算模块进行电连接。该发明提高普通基站的定位精度，不受网络信号影响，保证了无人机的作业准确性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及到无人机控制的技术领域和高精度定位技术领域，更具体的，一种输电线路无人机的塔上基站设备及其应用方法。
背景技术
近年来，随着RTK载波相位差分、高精度激光雷达建模和人工智能图像识别等技术的发展，输电线路无人机巡检正向着自动驾驶智能巡检的方向发展；现有的输电线路自动驾驶无人机主要有以下三种类型，一、基于网络基站的自动驾驶无人机，无人机主要通过实时接收遥控器获取的网络差分数据，实现厘米级的定位精度；三、基于机载RTK技术的自动驾驶无人机，无人机主要通过机载RTK芯片获取的网络差分数据，实现厘米级的定位精度；三、基于固定基站的自动驾驶无人机，无人机主要通过实时接收基准站提供的差分数据，实现厘米级的定位精度；然而这三种类型的无人机都存在着不同程度的缺点；对于网络基站的自动驾驶无人机，由于遥控器的图像和数据传输链路通信距离限制，无人机的控制距离大多只能在2km以内，难以保证无人机持续高精度地开展作业，造成作业效率低下，作业安全性难以保证问题；对于机载RTK自动驾驶无人机，由于其易受信号的影响，通信不稳定造成定位误差较大，也难以保证无人机持续高精度地开展作业，作业安全性难以保证；对于固定基站的自动驾驶无人机虽然能保证一定的定位精度和控制范围，但仍然存在以下四个缺点：一、普通GPS基站定位精度低，造成了自动驾驶误差大，航线无法复现问题，严重影响了无人机自动驾驶巡视的应用与推广；二、RTK基站虽然可通过获取网络差分信号，解算得出高精度定位，但需时刻保证网络通信，占用资源，造成效率低下问题；三、基站有效控制距离不足，受通信距离限制，基站需架设在比较开阔的地方才能保证作业通信要求，但户外作业容易受场地限制，基站架设位置往往受到附近树木或构筑物遮挡，造成基站有效控制距离不足问题；四、基站携带不便，工作效率低，每次户外作业需携带基站，并寻找开阔的地方架设，浪费大量的时间，造成工作效率低下，不便于户外作业开展；
发明内容
针对现有技术中输电线路自动驾驶无人机存在定位精度低、受网络信号影响大、控制范围小的技术缺陷，本发明提出一种输电线路无人机的塔上基站设备，本发明采用的技术方案是：
一种输电线路无人机的塔上基站设备，包括电源模块、解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台；所述的电源模块为解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台供电；所述的无线通信模块、卫星信号接收天线、电台与解算模块进行电连接。系统包括工作模式和供电模式，其中系统处于工作模式时，电源模块对解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台进行供电；当系统处于休眠模式，电源模块只保留对无线通信模块和解算模块的基本供电需求，其他部件进入休眠状态。
在一种优选方案中，所述的电源模块包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，所述的太阳能控制器分别与太阳能电池板、蓄电池进行电连接；太阳能控制器接收解算模块发送的控制指令选择对应供电模式，同时也能够对电池充、放电过程进行保护，具有防过充、防过放、短路保护和温度补偿等功能，保证系统的合理供电，最大限度发挥设备的工作效率。
在一种优选方案中，所述的解算模块包括MCU微控制单元与RTK解算板卡；所述的MCU微控制单元与无线通信模块、RTK解算板卡、电源模块电连接，所述的RTK解算板卡与卫星信号接收天线电连接；所述的MCU微控制单元为解算模块的控制单元，用于处理各种网络指令、验证和传输 GPGGA、RTVM32等格式报文；RTK解算板卡通过对比卫星信号接收天线接收的卫星信号和无线通信模块获取的网络差分信息，即可计算厘米级精度坐标信息，并回传到MCU微处理单元，实现基站厘米级定位。
在一种优选方案中，所述的无线通信模块为4G透传模块，通过通用协议获取网络指令；通过Ntrip协议连接网络差分信号播报服务器，发送网络差分账号信息和获取网络差分信息，实现网络通信功能。
在一种优选方案中，所述的卫星信号接收天线为三星三频接收天线，接收GPS卫星、GLONASS卫星、Compass卫星的定位信息。
本发明提供一种输电线路无人机的塔上基站设备应用方法，所述的方法上述的输电线路无人机的塔上基站设备，包括以下步骤；
S1：4G透传模块接收网络指令，并传送给MCU微控制单元，MCU微控制单元判断是为启动基站指令，若是启动基站命令，即进行下一步S2；若不是启动基站命令，MCU微控制单元即发送控制指令至电源模块太阳能控制器，控制系统进入休眠模式，降低功耗，节省资源；
S2：MCU微控制单元发出指令至电源模块太阳能控制器，控制基站进入工作模式，RTK解算板卡进入移动站工作模式，MCU微控制单元获取通过网络指令设置的网络差分服务地址、端口与账号信息，完成设备初始化；
S3：天线获取卫星信号，发送给RTK解算板卡解算，生成GPGGA定位报文，同时MCU微控制单元解析GPGGA报文是否有效；若有效即可进行下一步S4；若无效，重复S3步骤，获取卫星信号并解算生成GPGGA定位报文，并通过MCU微控制单元解析是否有效；
S4：若GPGGA报文有效，MCU微控制单元通过4G透传模块向网络服务器发送账号信息，4G透传模块接收返回信息，并传送给MCU微控制单元，若返回账号验证成功消息，即可进行下一步S5；若无验证成功消息，重复S4步骤，继续发送账号信息，4G透传模块接收返回信息，并传送给MCU微控制单元判断账号是否验证成功；
S5：若账号验证成功，4G透传模块向网络服务器获取有效的RTCM32报文消息，发送给解算模块RTK解算板卡解算，得出高精度坐标，并传送给MCU微控制单元判断是否为固定解；若为固定解即可进行下一步S6；若不是固定解，重复S5步骤，持续获取有效的RTCM32报文，发送给解算模块RTK解算板卡解算，得出高精度坐标，并传送给MCU微控制单元判断是否为固定解；若长时间没有得到固定解，MCU微控制单元自动提取记录的高精度坐标，锁定RTK解算板卡为此高精度坐标位置，RTK解算板卡进入基站工作模式，并通过电台向无人机广播RTCM32报文，直接进入步骤S7；
S6：若解算坐标为固定解，MCU微控制单元发送指令锁定RTK解算板卡为此高精度坐标位置，使RTK解算板卡进入基站工作模式，记录此高精度坐标位置，并通过4G透传模块向网络服务器发送断开与网络服务器连接指令，最大限度降低功耗，节省资源，从而保证了作业效率；同时MCU微控制单元通过电台向无人机广播RTK解算板卡播报的RTCM32报文，并进行下一步S7；
S7:开始无人机作业；无人机通过解算电台播报的RTCM32报文信息，即可实现厘米级的定位精度，实现在强电磁场中精准定位、准确导航飞行和采集高精度航测照片数据的作业效果效果；
S8：作业结束后，4G透传模块接收网络指令，并传送给MCU微控制单元，MCU微控制单元判断是否为休眠指令，若是即发送控制指令至电源模块太阳能控制器，控制基站进入休眠模式；若否即继续保持基站工作模式，继续开展无人机作业。
在一种优选方案中，所述的网络服务器为网络服务器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)具有自动高精度定位功能，保证无人机定位精度。本设备具有网络通信功能，通过网络RTK技术，获取并解算得出基站的高精度位置，从而实现多旋翼无人机在强电磁场中精准定位、准确导航飞行和采集高精度航测照片数据的效果。该方式大大提高了普通基站的定位精度，保证了无人机的作业准确性和安全性，有效提高了无人机的作业质量，为无人机自动驾驶巡视的应用与推广创造了条件。
(2)低功耗，保证作业效率。本设备可通过网络命令启动，平时处于休眠状态，需要作业时再通过简单的命令启动，同时也可通过网络命令启动自动高精度定位功能，当基站解算位置达到固定解精度后，设备自动锁定位置，停止获取网络差分信号，最大限度降低功耗，节省资源，从而保证了作业效率。
(3)不受网络信号影响，保证无人机高精度定位，从而安全可靠地开展自动驾驶作业。本设备只需首次使用时启动自动高精度定位功能，设备即可自动锁定解算后的高精度坐标，之后使用若网络信号不好可直接使用锁定后的坐标，不用获取网络差分信号，保证无人机自动驾驶作业不受网络信号影响，保证了无人机作业的精度和安全性。
(4)安装在塔上，保证作业通信要求，从而最大限度提高基站有效控制距离。本设备安装在塔上合适的高度，由此提供了较为开阔的环境，保证了基站不受树木或构筑物遮挡，保证了通信要求，有效提高了基站的控制距离。
(5)外出作业无需携带基站，操作方便，有效降低了作业时间，提高工作效率。本设备安装在塔上，外出作业时无需携带，同时只需通过无人机控制终端对基站进行简单差分账号配置和发送启动指令，即可启动设备，便于户外开展作业，有效减少作业时间，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明提出的一种输电线路无人机的塔上基站设备的模块示意图；
图2为本发明提供的一种输电线路无人机的塔上基站设备应用方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种输电线路无人机的塔上基站设备，包括电源模块、解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台；所述的电源模块为解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台供电；所述的无线通信模块、卫星信号接收天线、电台与解算模块进行电连接。系统包括工作模式和供电模式，其中系统处于工作模式时，电源模块对解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台进行供电；当系统处于休眠模式，电源模块只保留对无线通信模块和解算模块的基本供电需求，其他部件进入休眠状态。本发明提供的系统在工作过程中与网络服务器进行连接，
在一种优选方案中，所述的电源模块包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，所述的太阳能控制器分别与太阳能电池板、蓄电池进行电连接；太阳能控制器接收解算模块发送的控制指令选择对应供电模式，同时也能够对电池充、放电过程进行保护，具有防过充、防过放、短路保护和温度补偿等功能，保证系统的合理供电，最大限度发挥设备的工作效率。
在一种优选方案中，所述的解算模块包括MCU微控制单元与RTK解算板卡；所述的MCU微控制单元与无线通信模块、RTK解算板卡、电源模块电连接，所述的RTK解算板卡与卫星信号接收天线电连接；所述的MCU微控制单元为解算模块的控制单元，用于处理各种网络指令、验证和传输 GPGGA、RTVM32等格式报文；RTK解算板卡通过对比卫星信号接收天线接收的卫星信号和无线通信模块获取的网络差分信息，即可计算厘米级精度坐标信息，并回传到MCU微处理单元，实现基站厘米级定位。
在一种优选方案中，所述的无线通信模块为4G透传模块，通过通用协议获取网络指令；通过Ntrip协议连接网络差分信号播报服务器，发送网络差分账号信息和获取网络差分信息，实现网络通信功能。
在一种优选方案中，所述的卫星信号接收天线为三星三频接收天线，接收GPS卫星、GLONASS卫星、Compass卫星的定位信息。
实施例2
本实施例内容与实施例1一致，仅对实施例1提供的输电线路无人机的塔上基站设备的各个部件进行进一步限定。
在本实施例中，太阳能电池板由高透光率的钢化玻璃、抗老化的EVA、高性能的晶体硅太阳电池、耐候性优良的TPT层压而成，拥有优良的耐热性以及防紫外线、防雨、防外力破坏的能力。高强铝合金边框保证了各部分构件连接可靠，方便安装抗风性能优良。采用氟碳树脂做为玻璃防尘涂料，借此来解决太阳能供电系统的灰尘难题。
蓄电池采用铅酸电池或锂电池。蓄电池与太阳能电池板组成基站设备的供电模块。通过太阳能控制器的自动控制，有阳光时太阳能电池板可对系统供电并为蓄电池充电，而在夜晚或无阳光时则由蓄电池供电，实现系统的免维护、自供电功能。
MCU微控制单元包括以下功能：一、识别4G透传模块获取的网络指令，并发送控制指令至电源模块太阳能控制器，控制基站的启动和休眠；二、识别RTK解算板卡发送的GPGGA定位报文，判别其位置信息是否有效；三、识别4G透传模块获取的网络差分服务地址、端口与账号信息，并通过4G透传模块向网络服务器发送账号信息，完成设备初始化；四、发送4G透传模块传输的RTCM32报文至RTK解算板卡解算；五、识别RTK解算板卡解算的坐标，判定其是否为固定解；六、当RTK解算板卡解算的坐标为固定解时，锁定RTK解算板卡为此高精度坐标位置，使RTK解算板卡进入基站工作模式，转发RTK解算板卡传输的RTCM32报文至电台，同时记录此高精度坐标位置，并通过4G透传模块向网络服务器发送断开连接指令。
实施例3
如图2所示，本发明提供一种输电线路无人机的塔上基站设备应用方法，所述的方法上述的输电线路无人机的塔上基站设备，包括以下步骤；
S1：4G透传模块接收网络指令，并传送给MCU微控制单元，MCU微控制单元判断是为启动基站指令，若是启动基站命令，即进行下一步S2；若不是启动基站命令，MCU微控制单元即发送控制指令至电源模块太阳能控制器，控制系统进入休眠模式，降低功耗，节省资源；
S2：MCU微控制单元发出指令至电源模块太阳能控制器，控制基站进入工作模式，RTK解算板卡进入移动站工作模式，MCU微控制单元获取通过网络指令设置的网络差分服务地址、端口与账号信息，完成设备初始化；
S3：天线获取卫星信号，发送给RTK解算板卡解算，生成GPGGA定位报文，同时MCU微控制单元解析GPGGA报文是否有效；若有效即可进行下一步S4；若无效，重复S3步骤，获取卫星信号并解算生成GPGGA定位报文，并通过MCU微控制单元解析是否有效；
S4：若GPGGA报文有效，MCU微控制单元通过4G透传模块向网络服务器发送账号信息，4G透传模块接收返回信息，并传送给MCU微控制单元，若返回账号验证成功消息，即可进行下一步S5；若无验证成功消息，重复S4步骤，继续发送账号信息，4G透传模块接收返回信息，并传送给MCU微控制单元判断账号是否验证成功；
S5：若账号验证成功，4G透传模块向网络服务器获取有效的RTCM32报文消息，发送给解算模块RTK解算板卡解算，得出高精度坐标，并传送给MCU微控制单元判断是否为固定解；若为固定解即可进行下一步S6；若不是固定解，重复S5步骤，持续获取有效的RTCM32报文，发送给解算模块RTK解算板卡解算，得出高精度坐标，并传送给MCU微控制单元判断是否为固定解；若长时间没有得到固定解，MCU微控制单元自动提取记录的高精度坐标，锁定RTK解算板卡为此高精度坐标位置，RTK解算板卡进入基站工作模式，并通过电台向无人机广播RTCM32报文，直接进入步骤S7；
S6：若解算坐标为固定解，MCU微控制单元发送指令锁定RTK解算板卡为此高精度坐标位置，使RTK解算板卡进入基站工作模式，记录此高精度坐标位置，并通过4G透传模块向网络服务器发送断开与网络服务器连接指令，最大限度降低功耗，节省资源，从而保证了作业效率；同时MCU微控制单元通过电台向无人机广播RTK解算板卡播报的RTCM32报文，并进行下一步S7；
S7:开始无人机作业；无人机通过解算电台播报的RTCM32报文信息，即可实现厘米级的定位精度，实现在强电磁场中精准定位、准确导航飞行和采集高精度航测照片数据的作业效果效果；
S8：作业结束后，4G透传模块接收网络指令，并传送给MCU微控制单元，MCU微控制单元判断是否为休眠指令，若是即发送控制指令至电源模块太阳能控制器，控制基站进入休眠模式；若否即继续保持基站工作模式，继续开展无人机作业。
在一种优选方案中，所述的网络服务器为网络服务器。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定；对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内；
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序；而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (7)
1.一种输电线路无人机的塔上基站设备，其特征在于，包括电源模块、解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台；所述的电源模块为解算模块、无线通信模块、卫星信号接收天线和电台供电；所述的无线通信模块、卫星信号接收天线、电台与解算模块进行电连接。
2.根据权利要求1所述的输电线路无人机的塔上基站设备，其特征在于，所述的电源模块包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，所述的太阳能控制器分别与太阳能电池板、蓄电池进行电连接。
3.根据权利要求1所述的输电线路无人机的塔上基站设备，其特征在于，所述的解算模块包括MCU微控制单元与RTK解算板卡；所述的MCU微控制单元与无线通信模块、RTK解算板卡、电源模块电连接，所述的RTK解算板卡与卫星信号接收天线电连接。
4.根据权利要求1所述的输电线路无人机的塔上基站设备，其特征在于，所述的无线通信模块为4G透传模块。
5.根据权利要求1所述的输电线路无人机的塔上基站设备，其特征在于，所述的卫星信号接收天线为三星三频接收天线，接收GPS卫星、GLONASS卫星、Compass卫星的定位信息。
6.一种输电线路无人机的塔上基站设备应用方法，所述的方法基于权利要求1-5所述的输电线路无人机的塔上基站设备，其特征在于，包括以下步骤；
S1：4G透传模块接收网络指令，并传送给MCU微控制单元，MCU微控制单元判断是为启动基站指令，若是启动基站命令，即进行下一步S2；若不是启动基站命令，MCU微控制单元即发送控制指令至电源模块太阳能控制器，控制系统进入休眠模式，降低功耗，节省资源；
S2：MCU微控制单元发出指令至电源模块太阳能控制器，控制基站进入工作模式，RTK解算板卡进入移动站工作模式，MCU微控制单元获取通过网络指令设置的网络差分服务地址、端口与账号信息，完成设备初始化；
S3：天线获取卫星信号，发送给RTK解算板卡解算，生成GPGGA定位报文，同时MCU微控制单元解析GPGGA报文是否有效；若有效即可进行下一步S4；若无效，重复S3步骤，获取卫星信号并解算生成GPGGA定位报文，并通过MCU微控制单元解析是否有效；
S4：若GPGGA报文有效，MCU微控制单元通过4G透传模块向网络服务器发送账号信息，4G透传模块接收返回信息，并传送给MCU微控制单元，若返回账号验证成功消息，即可进行下一步S5；若无验证成功消息，重复S4步骤，继续发送账号信息，4G透传模块接收返回信息，并传送给MCU微控制单元判断账号是否验证成功；
S5：若账号验证成功，4G透传模块向网络服务器获取有效的RTCM32报文消息，发送给解算模块RTK解算板卡解算，得出高精度坐标，并传送给MCU微控制单元判断是否为固定解；若为固定解即可进行下一步S6；若不是固定解，重复S5步骤，持续获取有效的RTCM32报文，发送给解算模块RTK解算板卡解算，得出高精度坐标，并传送给MCU微控制单元判断是否为固定解；若长时间没有得到固定解，MCU微控制单元自动提取记录的高精度坐标，锁定RTK解算板卡为此高精度坐标位置，RTK解算板卡进入基站工作模式，并通过电台向无人机广播RTCM32报文，直接进入步骤S7；
S6：若解算坐标为固定解，MCU微控制单元发送指令锁定RTK解算板卡为此高精度坐标位置，使RTK解算板卡进入基站工作模式，记录此高精度坐标位置，并通过4G透传模块向网络服务器发送断开与网络服务器连接指令，最大限度降低功耗，节省资源，从而保证了作业效率；同时MCU微控制单元通过电台向无人机广播RTK解算板卡播报的RTCM32报文，并进行下一步S7；
S7:开始无人机作业；无人机通过解算电台播报的RTCM32报文信息，即可实现厘米级的定位精度，实现在强电磁场中精准定位、准确导航飞行和采集高精度航测照片数据的作业效果效果；
S8：作业结束后，4G透传模块接收网络指令，并传送给MCU微控制单元，MCU微控制单元判断是否为休眠指令，若是即发送控制指令至电源模块太阳能控制器，控制基站进入休眠模式；若否即继续保持基站工作模式，继续开展无人机作业。
7.根据权利要求6所述的输电线路无人机的塔上基站设备应用方法，其特征在于，所述的网络服务器为网络服务器。
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