CN110488860A - 一种无人机电力巡检集群监控管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机电力巡检集群监控管理系统及方法，该系统包括机载终端和地面监控中心；所述机载终端用于安装在每辆需监控的无人机上、接收和处理卫星的定位信息，以得到无人机的位置信息，并将该位置信息发送到地面监控中心，同时用于接收和响应地面监控中心所发送的控制命令；地面监控中心用于接收机载终端所发出的位置信息，同时通过接收控制指令来实现对机载终端所在的无人机远程监控控制。本系统通过在每一需监控的无人机上均安装有机载终端，然后统一由地面监控中心来进行监控管理，一改传统由主机控制其他从机的监控管理方式，可以实现全局无人机的实时监控。

Description

一种无人机电力巡检集群监控管理系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机控制技术，具体涉及一种无人机电力巡检集群监控管理系统及方法。

背景技术

进入21世纪以来，由于国民经济的迅猛发展和居民生活水平的显著提高，生活与工业用电量与日俱增，我国电力工业以世界罕见的速度飞速发展。西电东送和全国联网的快速推进，使得电网的规模越来越大，截至目前，我国电网规模已跃居世界首位。

然而，随着电网规模的逐渐扩大，动植物入侵、人为外力破坏以及极端自然灾害等其他不可遇见因素都给输电线路的安全运行带来了前所未有的挑战。长期以来，电力巡检还是采用人工的方式进行逐点排查。我国幅员辽阔，输电线路大多分布在偏远山区，其中很多还穿越高山峻岭、江河湖泊等复杂特殊的地理环境，部分还会遭受洪水、山体滑坡、冰雪等极端自然灾害。传统的人工巡检方式不仅工作量大、效率低，大大增加了电力巡检的成本，而且还会对检修工作人员的人身安全产生极大的潜在威胁。

由于传统的人工巡线方式不能满足当前电力巡检的需要，因此国内外都加大了对新的电力巡检方式的研究并取得了突破性的进展。其中，多旋翼无人机巡检方式能够搭载相机和红外等任务设备在空中对巡视线路进行中、近距离的定点和机动巡查，合理的动力搭配可使巡检无人机具有很好的带负载和滞空能力，安全性高、操作简单、便于携带、环保无污染、运行与维护成本低，广泛应用于输电线路巡检作业。

尽管国内外越来越多的电网公司正在积极推进直升机、无人机和人工巡检协同的输电线路巡检作业模式，但是对于巡检无人机的实时位置监控方面，由于缺少无人机网络化管理的相关技术支撑和统一的标准规范，管理部门对无人机的作业情况缺少有效的统一监管手段，难以实现无人机位置信息的实时监控，更无法对监控数据进行关联综合分析。随着机巡工作的逐步推广，配备的无人机数量会逐步增加，并分别进行不同的机巡工作，届时对无人机集群监管的技术问题和难度将明显突出。

目前对于无人机的管理主要是通过对所有无人机进行任务规划，并将任务规划内容发送给主机和从机，而在主机执行任务进行飞行时将自身的位置和速度信息发送给其他所有从机，对应地，从机根据任务规划跟随主机飞行。这种方式属于集中式无人机集群管理技术，需要无人机集群中存在高性能计算节点(主控无人机)，随着无人机数目的增加，集群系统规模增大，集群管理问题将变得极其复杂，中心规划单元的计算资源难以满足无人机集群应用的实时性要求，若主控无人机损毁或无法保证全部无人机都能与主控无人机可靠通信，集群系统将无法正常工作，鲁棒性、灵活性差。

发明内容

为了解决管理部门对无人机的作业情况难以实现实时监控的问题，本发明实施例提供了一种无人机电力巡检集群监控管理系统及方法，以为作业管理部门对外场作业的无人机进行统一调度管理、提高作业效率提供有效解决方案。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机电力巡检集群监控管理系统，包括机载终端和地面监控中心；

所述机载终端用于安装在每辆需监控的无人机上、接收和处理卫星的定位信息，以得到无人机的位置信息，并将该位置信息发送到地面监控中心，同时用于接收和响应地面监控中心所发送的控制命令；

所述地面监控中心用于接收机载终端所发出的位置信息，同时通过接收控制指令来实现对机载终端所在的无人机远程监控控制。

优选地，所述机载终端包括北斗卫星接收机、控制模块和短报文通信模块；所述北斗卫星接收机用于接收北斗卫星定位信号并将所接收到的北斗卫星定位信号传输至控制模块，由控制模块解算出当前无人机的位置信息，并将位置信息数据通过短报文通信模块发送至地面监控中心；所述短报文通信模块还用于接收地面监控中心所发送来的控制指令，并将该控制指令传输至控制模块，由控制模块输出控制信号至无人机。

优选地，所述地面监控中心包括北斗指挥机、数据库以及监控客户端；所述北斗指挥机用于接收机载终端所发出的位置信息，并对该位置信息进行解析，解析后的位置信息被存储到所述数据库中，所述监控客户端通过对所述数据库位置信息数据的读取、显示，实现对所需监控无人机的定位。

优选地，所述监控客户端还用于接收用户控制命令，当用户向目标无人机下达控制命令时，监控客户端向北斗指挥机发送数据库操作请求，北斗指挥机获取监控客户端的请求后，将监控客户端发送的命令信息保存到数据库中，同时更新系统的控制命令标志位；所述北斗指挥机定时对控制命令标志位的值进行检查，当发现标志位发生改变后，将从数据库中读取更新的命令信息，并根据通信协议将命令信息进行封装后发送到机载终端。

优选地，所述监控客户端包括GIS功能模块、数据管理模块以及通信模块；所述GIS功能模块用于可视化显示无人机的位置信息；所述数据管理模块用于管理用户登录、用户信息修改、用户信息查询；所述通信模块用于与北斗指挥机实现数据通信。

优选地，所述GIS功能模块用于实现电子地图的加载、显示、放大、缩小以及漫游，并通过接收数据库中无人机的当前位置信息，在图层中实现无人机图元的绘制，并定期更新无人机的实时位置信息。

优选地，所述GIS功能模块具有历史轨迹回放功能，所述历史轨迹回放功能通过如下方式实现：首先需要选择用户无人机和回放时间段，根据选择的无人机和回放时间段从数据库中获取符合条件的历史记录，当用户选择轨迹播放时，根据设定的时间间隔绘制历史轨迹，地图也会根据轨迹的变化作出相应位移，以实现历史轨迹的动态显示。

优选地，所述GIS功能模块还具有飞行区域限制功能，所述飞行区域限制功能通过如下方式进行：首先在电子地图上为无人机绘制一块飞行区域，以限制无人机的行驶范围，如果无人机超出指定区域，监控中心会产生报警，并显示越界无人机。

第二方面，本发明实施例提供了一种无人机电力巡检集群监控管理方法，用于机载终端中，所述方法包括：

接收和处理北斗卫星定位信号，以得到机载终端所在的无人机的位置信息；

向地面监控中心发送所述位置信息；

接收控制命令，所述控制命令是根据所述位置信息而做出的，以对无人机实现控制。

第三方面，本发明实施例提供了一种无人机电力巡检集群监控管理方法，用于地面监控中心中，所述方法包括：

接收和处理机载终端所发出的位置信息，以显示无人机的实时位置信息；

接收用户控制命令，并将控制命令信息保存到数据库中，以更新控制命令标志位；

向机载终端发送控制命令，若控制命令标志位发送改变，则向机载终端终端发送更新的命令信息。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本系统通过在每一需监控的无人机上均安装有机载终端，然后统一由地面监控中心来进行监控管理，一改传统由主机控制其他从机的监控管理方式，可以实现全局无人机的实时监控，且无人机集群可以实现完全分布式工作，集群中任何一架无人机或地面测控站损毁，其他无人机任务执行能力均不受影响。随着无人机数目的增加，集群管理问题复杂性不会有较大提升，从而降低对无人机载计算能力的要求，具有普适性，可在具有不同计算能力的计算平台上进行实现。在管理层面，可以使管理部门全面掌握无人机业务整体工作情况；在技术层面，可以基于获取到的无人机监控数据开展综合分析和数据挖掘，充分运用人工智能技术为无人机业务的科学发展提供强大的辅助决策技术支持。同时，通过利用北斗卫星系统独有的实时通信优势，通信覆盖范围广，传输安全可靠，可实现输电线路现场与主站间信息的实时传递。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的无人机电力巡检集群监控管理系统的组成示意图；

图2为机载终端的结构图；

图3为地面监控客户端功能结构图；

图4为实时定位功能流程图；

图5为历史轨迹流程图；

图6为本发明实施例二提供的无人机电力巡检集群监控管理方法的流程图；

图7为本发明实施例三提供的无人机电力巡检集群监控管理方法的流程图；

图中：1、地面监控中心；2、北斗卫星；11、北斗指挥机；12、数据库；13、监控客户端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参阅图1所示，本实施例一提供的人机电力巡检集群监控管理系统包括机载终端和地面监控中心1。

其中，该机载终端用于安装在每辆需监控的无人机上、接收和处理北斗卫星2的定位信息，以得到无人机的位置信息，并将该位置信息发送到地面监控中心1，同时用于接收和响应地面监控中心1所发送的控制命令；而该地面监控中心1用于接收机载终端所发出的位置信息，同时通过接收控制指令来实现对机载终端所在的无人机远程监控控制。

由此可知，本系统通过在每一需监控的无人机上均安装有机载终端，然后统一由地面监控中心来进行监控管理，一改传统由主机控制其他从机的监控管理方式，可以实现全局无人机的实时监控，且无人机集群可以实现完全分布式工作，集群中任何一架无人机或地面测控站损毁，其他无人机任务执行能力均不受影响。随着无人机数目的增加，集群管理问题复杂性不会有较大提升，从而降低对无人机载计算能力的要求，具有普适性，可在具有不同计算能力的计算平台上进行实现。在管理层面，可以使管理部门全面掌握无人机业务整体工作情况；在技术层面，可以基于获取到的无人机监控数据开展综合分析和数据挖掘，充分运用人工智能技术为无人机业务的科学发展提供强大的辅助决策技术支持。同时，通过利用北斗卫星系统独有的实时通信优势，通信覆盖范围广，传输安全可靠，可实现输电线路现场与主站间信息的实时传递。

具体地，如图2所示，上述的机载终端包括北斗卫星接收机、控制模块、电源模块和短报文通信模块；该北斗卫星接收机接收到北斗卫星的导航电文后，对导航电文进行解算，将解算后的数据以标准协议的形式传送到控制模块，控制模块是机载终端的核心部分，其主要工作是根据标准协议从接收机数据中提取出经纬度信息、速度信息以及时间信息等位置信息，并将提取出的数据按通信协议进行封装；短报文通信模块实现数据的发送和接收，短报文通信模块是机载终端与监控中心的通信纽带，能够通过北斗短报文技术和北斗指挥机向监控中心传送和接收数据，为监控中心实现对无人机的监控提供了重要保障。

其中，机载终端中流通的信号分为输入信号和输出信号，输入信号包括了北斗卫星导航系统的导航电文、监控中心的控制命令；输出信号则包括了无人机地理位置的经纬度信息、无人机的速度、方向和时间信息。导航电文是通过卫星接收机的天线接收，控制命令是由短报文通信模块接收。北斗卫星接收机、控制模块、短报文通信模块之都是通过串口进行通信，串口1用来接收无人机定位信息，串口2用来传送对短报文通信的控制指令、通信数据和接收监控中心控制命令。

也就是说，机载终端的主要工作是利用北斗卫星导航系统对无人机位置进行实时定位，同时将无人机的位置信息通过北斗短报文通信发送到监控中心，系统通过机载终端与监控中心之间的数据通信实现对无人机的远程监控。

而该地面监控中心1则包括北斗指挥机11、数据库12以及监控客户端13；其中，该北斗指挥机11用于接收机载终端所发出的位置信息，并对该位置信息进行解析，解析后的位置信息被存储到所述数据库12中，该监控客户端13通过对所述数据库12位置信息数据的读取、显示，实现对所需监控无人机的定位。

优选地，该监控客户端13还用于接收用户控制命令，当用户向目标无人机下达控制命令时，监控客户端13向北斗指挥机11发送数据库操作请求，北斗指挥机11获取监控客户端13的请求后，将监控客户端13发送的命令信息保存到数据12库中，同时更新系统的控制命令标志位；该北斗指挥机11定时对控制命令标志位的值进行检查，当发现标志位发生改变后，将从数据库12中读取更新的命令信息，并根据通信协议将命令信息进行封装后发送到机载终端，从而可以使得机载终端能够根据命令信息更改任务，实现对无人机的远程监控。

具体地，如图3所示，该监控客户端13包括GIS功能模块、数据管理模块以及通信模块；该GIS功能模块是整个客户端的基础，为可视化显示无人机位置提供了重要保证。GIS功能模块提供了一系列地图显示操作功能，例如：地图加载、地图放大、缩小、漫游，图层管理位置査询等。该数据管理模块在监控客户端中实现了用户登录、用户信息修改、用户信息査询等功能，为用户査询和维护信息提供了一种安全有效的手段；该通信模块则是监控客户端与北斗指挥机连接的桥梁，通过建立通信，实现了客户端数据的接收与发送，监控客户端对无人机的控制指令最终由北斗指挥机转发到指定无人机上，实现了真正意义上的远程监控。

优选地，上述的GIS功能模块还可以通过接收数据库中无人机的当前位置信息，在图层中实现无人机图元的绘制，监控系统中，每隔10秒会更新一次无人机实时信息，为了保证运行效率，采用多线程方法实现实时定位功能，对每一架无人机的绘制都在单独的线程中完成，实时定位功能程序流程如图4所示。

此外，该GIS功能模块具有历史轨迹回放功能，历史轨迹回放功能是将指定无人机在一段时间内的行驶轨迹动态的在地图上显示，帮助用户观察行迹。进行历史轨迹回放，首先需要选择用户无人机和回放时间段，根据选择的无人机和回放时间段从数据库中获取符合条件的历史记录，当用户选择轨迹播放时设定的时间间隔绘制历史轨迹，地图也会根据轨迹的变化作出相应位移，保证能够对轨迹进行很好的观测，实现历史轨迹的动态显示，具体如图5所示。

进一步地，该GIS功能模块还具有飞行区域限制功能，监控人员可以根据实际情况在地图上为无人机绘制一块飞行区域，限制无人机的行驶范围。如果无人机超出指定区域，监控中心会产生报警，并显示越界无人机。飞行区域限制功能是通过对无人机位置和区域图元范围比较实现的，当幵启飞行区域限制功能后，系统获得无人机的位置信息后首先判断无人机位置是否在区域图元中，验证无人机是否越界。

参阅图6所示，本实施例二提供了一种无人机电力巡检集群监控管理方法，用于机载终端中，该方法包括：

S601、接收和处理北斗卫星定位信号，以得到机载终端所在的无人机的位置信息；

S602、向地面监控中心发送所述位置信息；

S603、接收控制命令，所述控制命令是根据所述位置信息而做出的，以对无人机实现控制。

在本实施例中，机载终端通过利用北斗卫星导航系统对无人机位置进行实时定位，同时将无人机的位置信息通过北斗短报文通信发送到监控中心，系统通过机载终端与监控中心之间的数据通信实现对无人机的远程监控。

参阅图7所示，本实施例三提供了一种无人机电力巡检集群监控管理方法，用于地面监控中心中，所述方法包括：

S701、接收和处理机载终端所发出的位置信息，以显示无人机的实时位置信息；

S702、接收用户控制命令，并将控制命令信息保存到数据库中，以更新控制命令标志位；

S703、向机载终端发送控制命令，若控制命令标志位发送改变，则向机载终端终端发送更新的命令信息。

在本实施例中，通过地面监控中心能够实现无人机的实时监控，且无人机集群可以实现完全分布式工作，集群中任何一架无人机或地面测控站损毁，其他无人机任务执行能力均不受影响。随着无人机数目的增加，集群管理问题复杂性不会有较大提升，从而降低对无人机载计算能力的要求，具有普适性，可在具有不同计算能力的计算平台上进行实现。在管理层面，可以使管理部门全面掌握无人机业务整体工作情况；在技术层面，可以基于获取到的无人机监控数据开展综合分析和数据挖掘，充分运用人工智能技术为无人机业务的科学发展提供强大的辅助决策技术支持。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机电力巡检集群监控管理系统，其特征在于，包括机载终端和地面监控中心；

所述机载终端用于安装在每辆需监控的无人机上、接收和处理卫星的定位信息，以得到无人机的位置信息，并将该位置信息发送到地面监控中心，同时用于接收和响应地面监控中心所发送的控制命令；

所述地面监控中心用于接收机载终端所发出的位置信息，同时通过接收控制指令来实现对机载终端所在的无人机远程监控控制。

2.如权利要求1所述的无人机电力巡检集群监控管理系统，其特征在于，所述机载终端包括北斗卫星接收机、控制模块和短报文通信模块；所述北斗卫星接收机用于接收北斗卫星定位信号并将所接收到的北斗卫星定位信号传输至控制模块，由控制模块解算出当前无人机的位置信息，并将位置信息数据通过短报文通信模块发送至地面监控中心；所述短报文通信模块还用于接收地面监控中心所发送来的控制指令，并将该控制指令传输至控制模块，由控制模块输出控制信号至无人机。

3.如权利要求1或2所述的无人机电力巡检集群监控管理系统，其特征在于，所述地面监控中心包括北斗指挥机、数据库以及监控客户端；所述北斗指挥机用于接收机载终端所发出的位置信息，并对该位置信息进行解析，解析后的位置信息被存储到所述数据库中，所述监控客户端通过对所述数据库位置信息数据的读取、显示，实现对所需监控无人机的定位。

4.如权利要求3所述的无人机电力巡检集群监控管理系统，其特征在于，所述监控客户端还用于接收用户控制命令，当用户向目标无人机下达控制命令时，监控客户端向北斗指挥机发送数据库操作请求，北斗指挥机获取监控客户端的请求后，将监控客户端发送的命令信息保存到数据库中，同时更新系统的控制命令标志位；所述北斗指挥机定时对控制命令标志位的值进行检查，当发现标志位发生改变后，将从数据库中读取更新的命令信息，并根据通信协议将命令信息进行封装后发送到机载终端。

5.如权利要求3所述的无人机电力巡检集群监控管理系统，其特征在于，所述监控客户端包括GIS功能模块、数据管理模块以及通信模块；所述GIS功能模块用于可视化显示无人机的位置信息；所述数据管理模块用于管理用户登录、用户信息修改、用户信息查询；所述通信模块用于与北斗指挥机实现数据通信。

6.如权利要求5所述的无人机电力巡检集群监控管理系统，其特征在于，所述GIS功能模块用于实现电子地图的加载、显示、放大、缩小以及漫游，并通过接收数据库中无人机的当前位置信息，在图层中实现无人机图元的绘制，并定期更新无人机的实时位置信息。

7.如权利要求6所述的无人机电力巡检集群监控管理系统，其特征在于，所述GIS功能模块具有历史轨迹回放功能，所述历史轨迹回放功能通过如下方式实现：首先需要选择用户无人机和回放时间段，根据选择的无人机和回放时间段从数据库中获取符合条件的历史记录，当用户选择轨迹播放时，根据设定的时间间隔绘制历史轨迹，地图也会根据轨迹的变化作出相应位移，以实现历史轨迹的动态显示。

8.如权利要求6或7所述的无人机电力巡检集群监控管理系统，其特征在于，所述GIS功能模块还具有飞行区域限制功能，所述飞行区域限制功能通过如下方式进行：首先在电子地图上为无人机绘制一块飞行区域，以限制无人机的行驶范围，如果无人机超出指定区域，监控中心会产生报警，并显示越界无人机。

9.一种无人机电力巡检集群监控管理方法，其特征在于，用于机载终端中，所述方法包括：

接收和处理北斗卫星定位信号，以得到机载终端所在的无人机的位置信息；

向地面监控中心发送所述位置信息；

接收控制命令，所述控制命令是根据所述位置信息而做出的，以对无人机实现控制。

10.一种无人机电力巡检集群监控管理方法，其特征在于，用于地面监控中心中，所述方法包括：

接收和处理机载终端所发出的位置信息，以显示无人机的实时位置信息；

接收用户控制命令，并将控制命令信息保存到数据库中，以更新控制命令标志位；

向机载终端发送控制命令，若控制命令标志位发送改变，则向机载终端终端发送更新的命令信息。