CN113534215A - 一种基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统，该系统包括：N个无人机、M个控制终端、1个管理中心和L个用户终端；每个无人机控制终端用于控制所属局域网的多个无人机；用户终端配置作业参数向管理中心发起请求，待管理中心受理请求以及用户所选无人机准备就绪后，用户终端向无人机管理中心反馈确认信息；管理中心将所选无人机的ID信息、以及作业参数发送给控制终端，控制终端控制所选无人机进行相关操作，并将无人机传输的作业信息传送给管理中心，管理中心对收到的数据信息进行分析，同时用户终端可从管理中心获取结果信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统，涉及物联网通信和无人机控制技术。
背景技术
石油管道是我国陆上油气资源的主要运输途径，截至目前为止，我国已建油气管道总长度约为13万公里，部分石油管道由于建造时间早，零件老化、管道变薄、外保护破损的情况常有发生。勘探现场多数选在海上，环境检测也较为耗时耗力，同时石油作业需要组建四处延伸的复杂基础设施，监控困难，离岸的石油钻塔在离岸数英里的海上很难接近，想要获取海上故障点精确位置信息更是较为困难。传统的巡检、检测方式花费较多的人力与时间，操作难度大、效率低、危险性高，在地形复杂或者无法通行地段不适宜使用这种方式。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统；该系统包括：N个无人机、M个控制终端、1个管理中心和L个用户终端；每个无人机控制终端用于控制所属局域网的多个无人机；用户终端配置作业参数向管理中心发起请求，待管理中心受理请求以及用户所选无人机准备就绪后，用户终端向无人机管理中心反馈确认信息；管理中心将所选无人机的ID信息、以及作业参数发送给控制终端，控制终端控制所选无人机进行相关操作，并将无人机传输的作业信息传送给管理中心，管理中心对收到的数据信息进行分析，同时用户终端可从管理中心获取结果信息。本发明可实现石油作业中石油管道泄漏腐蚀检测、钻塔周边巡检、勘探现场环境探测等自动化，降低巡检作业对于工作人员的难度，结合星基增强系统能够对故障问题等进行精准定位，极大减轻了工作人员的强度和时间，大大提升了工作效率。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统，包括N个无人机、M个控制终端、1个管理中心和L个用户终端；
M个控制终端，每个控制终端与多个无人机组成一个局域网，每个局域网内的所有无人机均由该局域网内的控制终端控制；每个控制终端均能够与管理中心进行数据交互；
N个无人机，根据相应控制终端的控制实施作业，并向相应控制终端反馈作业信息；
管理中心，用于存储石油作业信息数据库、电子地图；并根据用户请求和作业参数配置详细参数，发送给一个或多个控制终端；管理中心能够与用户终端进行数据交互；
用户终端，用于与用户交互，并向管理中心发送请求和作业参数；
每个无人机上均装载导航定位模块和无线通信模块，导航定位模块根据星基导航增强系统发来的增强数据及自身收到的导航数据进行实时定位；无线通信模块用于与相应控制终端通信。
上述的石油领域无人机监控系统，每个无人机挂载的设备包括管道泄漏检测设备、高清拍照设备、腐蚀检测设备、环境检测设备中的一个或多个组合。
上述的石油领域无人机监控系统，作业参数包括作业区域、作业项目、无人机飞行轨迹、飞行时间。
上述的石油领域无人机监控系统，管理中心存储的电子地图上记载有不同区域与不同控制终端的ID之间的映射关系，以及每个控制终端的ID与对应的多个无人机的ID的映射关系。
上述的石油领域无人机监控系统，管理中心还用于对控制终端发来的数据进行分析、归类、存储，将分析结果生成报告，同时以界面形式显示检测结果，并对故障进行报警。
一种基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控方法，采用上述的石油领域无人机监控系统，包括如下步骤：
步骤201、管理中心获取用户和控制终端发来的数据；
步骤202、如果收到的数据为用户请求数据，转入步骤203，否则转入步骤208；
步骤203、获取用户请求、作业参数信息；
步骤204、管理中心受理用户请求、准备无人机，无人机根据用户请求挂载相应设备；
步骤205、管理中心向用户反馈无人机信息，如果用户确认转入步骤206，否则转入步骤203；
步骤206、根据准备好的无人机的ID筛选其对应的控制终端；并将作业信息发给对应的控制终端；
步骤207、控制终端将作业的无人机的作业信息反馈给管理中心；
步骤208、管理中心对控制终端发来的数据进行分析、归类、存储。
上述的石油领域无人机监控方法，在步骤208之后，如果用户需要检测结果，管理中心将分析获得的检测结果发给用户。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明采用基于星基增强的无人机监控系统，可实现石油作业中石油管道泄漏腐蚀检测、钻塔周边巡检、勘探现场环境探测等自动化，巡检频次可自由制定，作业灵活，实现无人机巡检无人化、操控远程化，同时解决了海洋作业难以获取故障点精确位置的问题，不仅降低巡检作业对于工作人员的难度，而且能够精准的获取故障点的位置信息，结合管理中心的地图信息准确定位，减轻了巡检作业人员的劳动强度的同时也节省了劳动时间；
(2)本发明采用星基导航增强系统，与其他定位方式不同，具有覆盖范围广、定位精度高等优点，能够对故障问题等进行精准定位，海上作业优势更为明显，克服了近海作业其他定位手段随着距离增大精度降低的问题，对于陆地巡检作业和近海巡检都具有较高的定位精度，工作人员能够根据定位模块返回的精确的定位信息，快速锁定故障具体位置，极大提高了巡检数据的分析、缺陷诊断效率和质量，大大提升了工作效率。
(3)本发明采用无人机，与传统巡检和电子感应巡检不同，具有花费人力与时间较少，操作难度小、效率高、危险性大大降低等优点，采用无人机巡检可使通勤作业所产生的车损、油耗、安全事故等大幅减少，很大程度上规避了人工巡检和作业的隐患，并且对于险峻恶劣环境，无人机高机动性更有着其无可比拟的优势；
附图说明
图1为本发明提出的一种星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统构成示意图；
图2是一示例性实施例提供的星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统管理中心实施流程示意图。
图3是一示例性实施例提供的星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统实施流程图。
图4是一示例性实施例提供的无人机定位模块利用星基导航增强系统进行定位的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
随着无人驾驶飞机技术成熟，促进了我国现代化的进程，无人机的作业效率比较高，能节省大量人力物力，但是现有的无人机石油作业监测多采用人工遥控的方式，无法实现自动导航和自动检测作业。随着科学技术的发展，面向服务区域生成可提高卫星导航系统导航定位精度、完好性、连续性和可用性的导航增强数据的星基导航增强系统应用领域越来越广泛。将星基导航增强系统与无人机结合，构建一套基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统，可实现石油领域中管道泄漏检测、腐蚀检测、钻塔周边巡检、勘探现场环境探测等自动化，降低巡检作业对于工作人员的难度，结合星基增强系统能够对故障问题等进行精准定位，同时对于近海作业星基增强系统利用其覆盖范围广的优势，有效解决了其他导航定位手段随着距离增加定位精度随之降低的问题，二者的结合极大减轻了工作人员的强度和时间，大大提升了工作效率。
实施例1：
一种基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统。所述系统包括：N个无人机、M个控制终端、1个管理中心和L个用户终端；
所述无人机包含有导航定位模块和无线通信模块，所述无人机与对应的无人机控制终端通过局域网连接，每个无人机控制终端用于控制所属局域网内的多个无人机；
所述星基导航增强系统与所述无人机的导航定位模块通信连接；
所述控制终端与管理中心通过网络连接；所述管理中心包含有石油作业相关信息数据库、电子地图等，所述管理中心与所述用户终端通过网络连接；
所述用户终端用于向所述管理中心发起请求、并配置相关信息参数上传至石油作业信息数据库，待管理中心受理请求以及用户所选无人机准备就绪后，所述用户终端向管理中心反馈确认信息，所述确认信息中包含有所选无人机的ID信息；
所述管理中心用于将所选无人机的ID信息、以及作业信息参数发送给控制终端，所述控制终端用于控制所选无人机进行相关作业。
在一些实施例中，所述多个无人机挂载不同设备，挂载设备包括管道泄漏检测设备、高清拍照设备、腐蚀检测设备、环境检测设备等。
在一些实施例中，所述控制终端包含有路由器模块，所述控制终端所覆盖区域对应的多个无人机的无线通信模块，通过所述路由器模块与该无人机控制终端网络连接，所述覆盖区域为控制终端预先设置的陆地及近海区域。
在一些实施例中，所述用户终端配置的作业参数，包括作业区域、作业项目、无人机飞行轨迹、飞行时间等参数；所述的作业区域是由用户终端在管理中心的电子地图中选取，所述作业项目是进行石油管道检测、腐蚀检测、钻塔周边巡检、勘探现场环境检测等。
在一些实施例中，所述管理中心预先存储有电子地图，电子地图上区域与控制终端ID之间的映射关系，以及存储有控制终端ID与对应的多个无人机ID的映射关系。
在一些实施例中，在每个区域对应设置有一个控制终端，每个区域设置一个无人机自动化机场，通过控制终端控制该区域的无人机实现无人机存储、换电、充电，任务通勤、自动起降、设备组装、电池更换等问题。
在一些实施例中，所述无人机在巡检操作时，将巡检信息和位置信息发送给对应的控制终端，所述控制终端将所述无人机的ID以及巡检信息和位置信息发送给管理中心，管理中心对巡检信息进行分析，分析结果通过界面显示，对于存在管道泄漏、腐蚀严重、钻塔周围非法入侵、选址错误等情况进行报警，结合定位信息在电子地图上精确显示故障点位置，并将结果发送给有需求的用户终端。
实施例2：
基于实施例1，图1为本申请实施例提供的一种星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统构成示意图。
该系统包括N个无人机、M个控制终端、1个管理中心和L个用户终端，各组成部分可以进行双向通信，L个用户终端均可向管理中心发送请求，管理中心控制M个控制终端，根据不同用户需求将作业信息发送给相应的控制终端；M个控制终端与N个无人机预先设置可映射关系，每个控制终端控制1～N个无人机，同一无人机可被1～2个控制终端控制，两个控制终端互为备份；
所述用户终端配置作业参数向管理中心发起请求，待管理中心受理请求以及用户所选无人机准备就绪后，用户终端向无人机管理中心反馈确认信息；管理中心将所选无人机的ID信息、以及作业参数发送给控制终端，控制终端根据M个控制终端与N个无人机之间的映射关系，所述控制终端控制选取的无人机进行相关作业操作，并将无人机传输的作业信息传送给管理中心，管理中心对收到的数据信息进行分析，同时用户终端可从管理中心获取结果信息
图2是一示例性实施例提供星基导航增强系统的石油作业无人机监控系统管理中心实施流程示意图。
步骤201、管理中心获取用户和控制终端发来的数据；
步骤202、判断收到的数据是否是用户请求数据，是则执行步骤203，否则重新执行步骤208。
步骤203、获取用户请求、作业参数信息。
步骤204、管理中心受理用户请求、准备无人机，并根据用户请求挂载相应设备。
步骤205、判断用户是否确认当前管理中心反馈的无人机信息，如果是，则执行步骤206，否则执行步骤203。
步骤206、判断根据无人机ID筛选对应的控制终端。
步骤207、将作业信息及无人机ID发给控制终端。
步骤208、对终端发来的数据进行分析、归类、存储，将分析结果生成报告，同时以界面形式显示检测结果，并对故障进行报警。
步骤209、判断用户是否需要检测数据，是则执行步骤210。
步骤210、管理中心将检测数据发给用户。
图3是星基导航增强系统的石油作业无人机监控系统实施流程图，该系统包括N个无人机、M个控制终端、1个管理中心和L个用户终端。
所述无人机包含有导航定位模块和无线通信模块，所述无人机与对应的无人机控制终端通过局域网连接，每个无人机控制终端用于控制所属局域网内的多个无人机；
所述星基导航增强系统与所述无人机的导航定位模块通信连接；
所述控制终端与管理中心通过网络连接；所述管理中心包含有石油作业相关信息数据库、电子地图等，所述管理中心与所述用户终端通过网络连接；
用户终端向管理中心发起请求、并配置相关信息参数上传至石油作业信息数据库，待管理中心受理请求以及用户所选无人机准备就绪后，所述用户终端向管理中心反馈确认信息，所述确认信息中包含有所选无人机的ID信息；
所述管理中心根据石油作业相关数据库和电子地图，可以对用户发起的请求进行详细参数配置，连同用户所选无人机的ID信息、以及作业信息参数一起发送给控制终端；
M个控制终端与N个无人机之间具有映射关系，每个控制终端具有无人机数据库，能够根据管理中心发来的指令选取对应的无人机进行相关作业操作；
所述无人机装载导航定位模块和无线通信模块，导航定位模块根据星基导航增强系统发来的增强数据及自身收到的观测数据进行实时定位，可根据要求挂载不同检测设备，检测设备主要包括管道泄漏检测设备、腐蚀检测设备、勘探环境检测设备、高清拍照设备等；无人机根据控制终端发来的指令进行作业操作，主要包括石油管道泄漏检测、腐蚀检测、近海钻塔周边巡检、勘探现场环境检测等作业内容，并将作业信息实时传送给对应的控制终端；
控制终端将无人机检测信息发给管理中心，管理中心对获取M个控制终端发来的无人机检测信息进行分析，将管道泄漏检测、腐蚀检测、近海钻塔周边巡检、勘探现场环境检测等情况生成相应报告信息，以界面显示的方式，结合精确定位信息对于故障点快速定位，并进行报警，便于监控人员监测，根据用户需要将结果发送给用户终端。
图4是无人机定位模块利用星基导航增强系统进行定位的结构框图。该模块包含：
接收子模块401，获取地球同步轨道卫星(GEO)播发的星基增强系统(SBAS)增强信号和GNSS导航星播发的导航信号，其增强信号包含的增强信息是由SBAS数据处理中心利用GNSS实时数据流通过GNSS卫星精密星历钟差确定、电离层建模等生成，然后按照RTCA格式进行编码输出的RTCA格式的SBAS增强信息流，GNSS导航信号包含内容为GNSS广播星历，发给处理子模块402；
处理子模块402，对获取的GNSS导航信号和增强信号进行处理，获取SBAS增强信息、广播星历和GNSS观测数据，对观测数据进行预处理，包括粗差剔除、周跳探测等，并将处理完的数据发给定位子模块404；
存储子模块403，存储能够在所述处理子模块402上运行的可执行指令；
定位子模块404，利用处理子模块402处理后的增强信息、广播星历和GNSS观测数据进行定位解算。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控系统，其特征在于，包括N个无人机、M个控制终端、1个管理中心和L个用户终端；
M个控制终端，每个控制终端与多个无人机组成一个局域网，每个局域网内的所有无人机均由该局域网内的控制终端控制；每个控制终端均能够与管理中心进行数据交互；
N个无人机，根据相应控制终端的控制实施作业，并向相应控制终端反馈作业信息；
管理中心，用于存储石油作业信息数据库、电子地图；并根据用户请求和作业参数配置详细参数，发送给一个或多个控制终端；管理中心能够与用户终端进行数据交互；
用户终端，用于与用户交互，并向管理中心发送请求和作业参数；
每个无人机上均装载导航定位模块和无线通信模块，导航定位模块根据星基导航增强系统发来的增强数据及自身收到的导航数据进行实时定位；无线通信模块用于与相应控制终端通信。
2.根据权利要求1所述的石油领域无人机监控系统，其特征在于，每个无人机挂载的设备包括管道泄漏检测设备、高清拍照设备、腐蚀检测设备、环境检测设备中的一个或多个组合。
3.根据权利要求1所述的石油领域无人机监控系统，其特征在于，作业参数包括作业区域、作业项目、无人机飞行轨迹、飞行时间。
4.根据权利要求1所述的石油领域无人机监控系统，其特征在于，管理中心存储的电子地图上记载有不同区域与不同控制终端的ID之间的映射关系，以及每个控制终端的ID与对应的多个无人机的ID的映射关系。
5.根据权利要求1所述的石油领域无人机监控系统，其特征在于，管理中心还用于对控制终端发来的数据进行分析、归类、存储，将分析结果生成报告，同时以界面形式显示检测结果，并对故障进行报警。
6.一种基于星基导航增强系统的石油领域无人机监控方法，其特征在于，采用权利要求1至5中任一项所述的石油领域无人机监控系统，包括如下步骤：
步骤201、管理中心获取用户和控制终端发来的数据；
步骤202、如果收到的数据为用户请求数据，转入步骤203，否则转入步骤208；
步骤203、获取用户请求、作业参数信息；
步骤204、管理中心受理用户请求、准备无人机，无人机根据用户请求挂载相应设备；
步骤205、管理中心向用户反馈无人机信息，如果用户确认转入步骤206，否则转入步骤203；
步骤206、根据准备好的无人机的ID筛选其对应的控制终端；并将作业信息发给对应的控制终端；
步骤207、控制终端将作业的无人机的作业信息反馈给管理中心；
步骤208、管理中心对控制终端发来的数据进行分析、归类、存储。
7.根据权利要求6所述的石油领域无人机监控方法，其特征在于，在步骤208之后，如果用户需要检测结果，管理中心将分析获得的检测结果发给用户。
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