CN111098795A - 车载无人机综合控制系统 - Google Patents

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龙福刚
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刘宁畅
吴贵
胡荣俊
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Abstract

本发明公开了一种车载无人机综合控制系统，包括巡检车本体、平板天线增益放大装置、高倍率光学变焦自动监控跟踪装置、自动升降装置以及控制作业中心平台；该系统解决了日常工作中因信号传输不足问题而影响线路巡检工作效率的问题，保证了无人机的安全飞行环境监控，大大减少了因为周边复杂的山区飞行环境而导致意外坠机的风险性，减少资产损失，同时能够对巡检人员的工作环境进行优化，使其在车内即可完成无人机的飞行操控作业，减少疲劳操作，提高工作效率；同时可以通过控制作业平台传输无人机4G图像信号到后端调度指挥中心，在线实时保证巡检前端与后台的通信联络；通过采用优化的电源管理系统，利用太阳能对车辆设备进行能源补给，有效地增加了系统续航时间，扩大了应用场景。

Description

车载无人机综合控制系统
技术领域
本发明涉及输电线路巡视和故障排查技术领域，特别涉及一种车载无人机综合控制系统。
背景技术
随着电力系统的发展，输电线路越来越长，电压等级越来越高，我国目前110千伏及以 上的电力线路近九十万公里，巡线作业每年要进行多次，工作量浩大。在这种情况下，人们 研发了无人机系统进行巡检，无人机图像应用是当今高速发展的机械电子技术、飞行控制、 IT、通信技术交融的产物，当前无人机在电力、警用、城市管理、农业、地质、气象、抢险 救灾、视频拍摄等行业越来越得到广泛应用。
但是目前实际工作中所应用的常规无人机，其无线信号标称控制距离和图像传输距离一 般是方圆3km范围内，无人机的实际飞行距离只能达到方圆2km左右，超出该范围则无人机 的控制信号和图像传输信号极其不稳定，无人机的作业半径和作业稳定性受到限制和影响， 严重的影响了输电线路日常巡视和故障查找工作的效率及安全稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种车载无人机综合控制系统。能够克服日常工作中因 为信号传输问题而影响巡检效率的问题，能有效扩大无人机作业半径、增强无人机图像传输 效果及稳定性，同时易于操作，续航时间长。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
该种车载无人机综合控制系统，包括可装设于巡检车本体上的平板天线增益放大装置、 高倍率光学变焦自动监控跟踪装置、自动升降装置以及控制中心；
所述平板天线增益放大装置包括平板天线和功率放大器，所述平板天线的信号输出端接 入功率放大器的信号输入端，所述功率放大器的信号输出端接入无人机控制器的天线信号输 入端；
所述高倍率光学变焦自动监控跟踪装置包括具有光学镜头的摄像机、控制摄像机运动的 自动跟踪伺服机构和主控制器；所述摄像机的信号输出端连接主控制器的输入端，所述主控 制器的第一信号输出端连接所述摄像机的信号输入端；
所述自动升降装置包括设置在巡检车本体上的可遥控调整升降高度的升降杆，所述平板 天线、摄像机以及自动跟踪伺服机构均设置在升降杆上；
所述控制中心包括图像传输系统I和图像传输系统II，以及遥控天线升降系统，所述图 像传输系统I用于传输无人机摄像头采集的图像信号，所述图像传输系统II用于传输高倍率 光学变焦自动监控跟踪装置监控无人机飞行轨迹及周边安全距离环境监测的图像信号；所述 遥控天线升降系统用于控制自动升降装置的升降程度。
特别地，所述控制中心还包括显示器，所述主控制器的第二信号输出端连接所述显示器 的信号输入端。
特别地，所述升降杆包括可升降的杆身，所述杆身的顶部设置有摄像机以及自动跟踪伺 服机构，所述杆身的侧面上设置有平板天线。
特别地，所述平板天线的数量为两个且对称设置于杆身的两侧。
特别地，所述系统还包括电源综合管理系统，所述电源综合管理系统包括无人机电池充 电智能管家装置以及蓄电池智能管理装置。
特别地，所述系统还包括太阳能电池功能装置，所述太阳能电池供能装置包括柔性太阳 能薄膜电池以及太阳能电池管理模块，所述柔性太阳能薄膜电池设置在巡检车本体的车顶位 置，所述柔性太阳能薄膜电池的输出端通过太阳能电池管理模块连接至无人机电池充电智能 管家装置以及蓄电池智能管理装置。
特别地，所述升降杆通过一安装底座设置在巡检车本体的车顶，所述安装底座包括垂直 高度控制装置，所述垂直高度控制装置用于控制杆身在竖直高度上的升降高度。
本发明的有益效果是：本发明的车载综合控制系统，克服了日常工作中因为信号传输不 问题而影响巡检效率的问题，保证了无人机的安全飞行环境监控，大大减少了因为周边环境 而导致意外坠机的风险性，减少资产损失，同时能够对巡检人员的工作环境进行优化，减少 疲劳操作，提高工作效率；通过采用优化的电源管理系统，利用太阳能进行能源补给，有效 地增加了系统续航时间，扩大了应用场景。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且 在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一 步的详细描述，其中：
图1为本发明的车载无人机综合控制系统外部示意图；
图2为本发明的信息传递连接示意图；
图3为本发明的平板天线增益放大装置架构图；
图4为本发明的垂直高度控制装置结构示意图；
图5为本发明的太阳能薄膜电池板展开示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或 者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两 个，三个等，除非另有明确具体的限定。
如图1和图2所示，本发明的车载无人机综合控制系统，包括可装设于巡检车本体1上 的平板天线增益放大装置、高倍率光学变焦自动监控跟踪装置、自动升降装置以及控制中心；
控制中心包括控制主机5、图像传输系统I 6、图像传输系统II 7以及显示器8，图像 传输系统I、图像传输系统II均与控制主机控制联接，高倍率光学变焦自动监控跟踪装置的 主控制器与控制主机电联接，显示器与控制主机的信号输出端电联接，这样就能够非常轻松 地在车内实时观看无人机采集的相关图像资料。本实施例中的图像传输系统分为两套，其中， 图像传输系统I用于接收并传输无人机摄像头采集的图像信号，图像传输系统II用于接收并 传输高倍率光学变焦自动监控跟踪装置监控无人机飞行轨迹及周边安全距离环境监测的图像 信号，这样就不会发生图像传输相互干扰的问题，增强了稳定性。
本实施例中，控制中心利用4G高清布控箱组成的控制系统，可将高倍率光学变焦自动监 控跟踪装置拍摄的全高清数字视频信号和无人机实时的图传数字信号利用4G网络传输到后 台指挥中心，布控箱内置大容量锂电池，4G/3G通讯模块，具备通过4G网络传输到中心服务 器的功能，可以通过多种类移动终端获取摄像机的实时视频画面。同时，后台指挥中心可利 用通讯网络随时与控制主机实现联网控制，并且后台指挥中心可与工作现场进行实时对讲， 单次充电后可以连续工作8-10个小时，实现移动协同实时办公。
本实施例中，图像传输系统I和图像传输系统II采用4G图像传输系统，包括支持1路 HDMI输入；支持GPS或GPS北斗双定位；支持TCP/IP协议；支持WCDMA、EVDO、TD-TLE等 多模无线传输。结合安全管理的内容，加强了TCP/IP协议的各个层次的防范措施，对每 个层析都实行加密技术，以便保证网络的安全性服务，对网络中的各种协议进行加密。
高倍率光学变焦自动监控跟踪装置包括具有光学镜头的摄像机、控制摄像机运动的自动 跟踪伺服机构和主控制器；自动跟踪伺服机构和主控制器能够配合天线的指向性，始终朝向 无人机，并能实现在直视无遮挡的情况下能够让无人机始终出现在监控画面内，使飞手实时 了解并掌握无人机的实时状况，通过RS485和RJ45双控制协议进行云台及镜头的控制。摄像 机的信号输出端连接主控制器的输入端，主控制器的第一信号输出端连接摄像机的信号输入 端；
如图3所示，本实施例中，平板天线增益放大装置包括平板天线2和功率放大器3，平 板天线2的信号输出端接入功率放大器3的信号输入端，功率放大器3的信号输出端接入无 人机控制器4的天线信号输入端；通过功率放大器3将信号发射和接收功率放大，可利用原 无人机控制器的信号源及通讯回路进行图像传输，无人机的控制距离和图像传输距离大大增 加，有效地扩大了无人机作业半径、增强了无人机图像传输效果及稳定性、使无人机的控制 和图像传输距离不受标称范围限制。
本实施例中，平板增益天线装置是基于相应频段进行开发的符合IEEE 802.11b/g/n标准 的双向功率放大器。本装置与直接序列(DSSS)、正交频分复用(OFDM)等频率扩展技术相 匹配。采用Time Division Duplex(TDD)快速微波检测技术和线性功放技术，在保证 802.11b/g/n无线设备传输速率不变的情况下，扩展无线射频通讯距离至少7KM(该通信距离 指通过平板增益天线在进行线路巡检时，无人机能按照线路巡检精细化作业要求完成相应的 飞行作业，即无人机同时需要观察和拍摄杆塔、导线等目标，能达到精细化作业所要求的相 应相对高度、水平和垂直距离的要求，而非单纯的增加飞行半径距离)。
作为进一步的改进，本发明对无人机控制器也进行了改造，在满足原厂遥控器原有全部 功能的前提下参照固定翼飞机或直升机的控制方式对无人机的飞行全过程、全功能进行控 制。技术难点主要在原功能键二次开发布局后其操控方式与大型飞行器(直升机、商用固定 翼飞机、军用固定翼飞机等)采用相同摇杆控制方式，并符合人体工学的要求，提升操控者 在车内长时间工作的舒适性。
本实施例中，自动升降装置包括设置在巡检车本体上的可通过遥控调整升降高度的升降 杆，平板天线、摄像机以及自动跟踪伺服机构均设置在升降杆上；
本实施例中，升降杆包括可升降的杆身，杆身的顶部设置有摄像机9以及自动跟踪伺服 机构10，杆身的侧面上设置有平板天线11，本实施例中，平板天线11的数量为两个且对称 设置于杆身的两侧。本实施例中，平板天线通过一可转动连接件12与杆身相连接，该可转动 连接件包括一可通过控制主机远程控制的马达以及轴承结构，该马达的输出轴连接轴承结构 以后再与平板天线相联接，通过输出轴的转动角度改变平板天线的倾斜角度，从而能够更好 地增强传输辐射范围。
本实施例中，升降杆通过一安装底座设置在巡检车本体的车顶，如图4所示，安装底座 包括垂直高度控制装置，垂直高度控制装置用于控制杆身在竖直高度上的升降高度，作为其 中的一种实施方式，本实施例中，垂直高度控制部包括套筒13、螺杆14和驱动电机15，驱 动电机15设置于套筒13的底部，升降杆的杆身16垂直套置套筒内部，升降杆的杆身的上端 与自动跟踪伺服机构相连接，杆身下端设置有内螺纹，螺杆的下端与驱动电机的输出轴固定 连接，螺杆设置在杆身的管状腔体内部，且与杆身下端的内螺纹旋置在一起。
当驱动电机在控制主机发出指令下驱动螺杆转动时，螺杆就会通过杆身下端的内螺纹带 动杆身上下移动，从而实现自动升降。当然，该升降结构还可以通过其他方式实现，比如液 压升降控制方式等，本发明对此不作限制。
作为进一步的改进，套筒的内侧沿纵向设置有至少一条限位槽17，杆身上沿纵向设置有 与之适配的防转限位凸条，防转限位凸条嵌入限位槽内，从而杆身只能沿限位槽在竖直方向 上上下移动，避免与螺杆同时旋转。
作为进一步的改进，本发明的系统还包括电源综合管理系统，电源综合管理系统包括无 人机电池充电智能管家装置以及蓄电池智能管理装置。无人机电池充电智能管家装置能够同 时满足给执行线路巡检机型无人机15块以上的电池进行充放电，在户外作业时车上12V能 充、工作结束回到车间、班组220V也能进行充电，并具备快拆装置,方便拆卸且易于携带。
如图5所示，系统还包括太阳能电池功能装置，太阳能电池供能装置包括太阳能薄膜电 池板19以及太阳能电池管理模块，太阳能薄膜电池板设置在巡检车本体的车顶位置，太阳能 薄膜电池板的输出端通过太阳能电池管理模块连接至无人机电池充电智能管家装置以及蓄电 池智能管理装置。如图3所示，本实施例中，巡检车本体的车顶位置设置有夹层，夹层的两 侧设置有轨道，太阳能薄膜电池板的两侧设置有与轨道相适配的滑动机构，在外力的作用下， 太阳能薄膜电池板可沿轨道移动，实现从夹层伸出展开或进入夹层隐藏，从而满足不同条件 下的使用要求。本实施例中所述的外力，可以是人力拖出或者推入，也可以采用电机进行驱 动，然后由控制主机或遥控装置进行控制其进退。经太阳能薄膜电池板转化后的电能能够储 存在蓄电池智能管理装置的蓄电池模块内，然后通过逆变进行转化后对车载设备进行有效供 电。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例 的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言， 由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法 步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的 可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟 以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可 以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发 明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软 件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器 (ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术 领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳 实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发 明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.车载无人机综合控制系统，其特征在于：所述系统包括可装设于巡检车本体上的平板天线增益放大装置、高倍率光学变焦自动监控跟踪装置、自动升降装置以及控制中心；
所述平板天线增益放大装置包括平板天线和功率放大器，所述平板天线的信号输出端接入功率放大器的信号输入端，所述功率放大器的信号输出端接入无人机控制器的天线信号输入端；
所述高倍率光学变焦自动监控跟踪装置包括具有光学镜头的摄像机、控制摄像机运动的自动跟踪伺服机构和主控制器；所述摄像机的信号输出端连接主控制器的输入端，所述主控制器的第一信号输出端连接所述摄像机的信号输入端；
所述自动升降装置包括设置在巡检车本体上的可遥控调整升降高度的升降杆，所述平板天线、摄像机以及自动跟踪伺服机构均设置在升降杆上；
所述控制中心包括图像传输系统I和图像传输系统II，以及遥控天线升降系统，所述图像传输系统I用于传输无人机摄像头采集的图像信号，所述图像传输系统II用于传输高倍率光学变焦自动监控跟踪装置所采集的无人机飞行轨迹及周边安全距离环境监测的图像信号；所述遥控天线升降系统用于控制自动升降装置的升降程度。
2.根据权利要求1所述的车载无人机综合控制系统，其特征在于：所述控制中心还包括显示器，所述主控制器的第二信号输出端连接所述显示器的信号输入端。
3.根据权利要求1或2所述的车载无人机综合控制系统，其特征在于：所述升降杆包括可升降的杆身，所述杆身的顶部设置有摄像机以及自动跟踪伺服机构，所述杆身的侧面上设置有平板天线。
4.根据权利要求3所述的车载无人机综合控制系统，其特征在于：所述平板天线的数量为两个且对称设置于杆身的两侧。
5.根据权利要求1所述的车载无人机综合控制系统，其特征在于：所述系统还包括电源综合管理系统，所述电源综合管理系统包括无人机电池充电智能管家装置以及蓄电池智能管理装置。
6.根据权利要求5所述的车载无人机综合控制系统，其特征在于：所述系统还包括太阳能电池功能装置，所述太阳能电池供能装置包括柔性太阳能薄膜电池以及太阳能电池管理模块，所述柔性太阳能薄膜电池设置在巡检车本体的车顶位置，所述柔性太阳能薄膜电池的输出端通过太阳能电池管理模块连接至无人机电池充电智能管家装置以及蓄电池智能管理装置。
7.根据权利要求3所述的车载无人机综合控制系统，其特征在于：所述升降杆通过一安装底座设置在巡检车本体的车顶，所述安装底座包括垂直高度控制装置，所述垂直高度控制装置用于控制杆身在竖直高度上的升降高度。
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