CN113596394A - 一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，涉及智能巡检领域。一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统包括：无人机模块，通过无人机上ROS的Topic和services的二次封装，进行无人机数据和机库的交互；机库模块，机库根据巡检周期和计划，将对应的航线按时间下发给无人机，并控制机库舱门和电机，根据舱门和电机的状态命令无人机自动执行巡检任务；后端服务模块，采用前后端分离的形式，与机库模块通过HTTP形式进行数据通信。

Description

一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统

技术领域

本发明涉及智能巡检领域，具体而言，涉及一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统。

背景技术

无人机集群包括多架无人机，无人机集群是为完成同一任务或者同一系列任务而构建的集群系统。单体无人机具备自动控制系统，无人机集群将多架无人机按照一定的结构形式进行三维空间排列，使多架无人机在飞行中保持稳定的队形，并且能够根据外部情况以及任务需求进行动态调整，以体现整个机群的协同一致性。无人机集群可以利用一定数量的无人机，快速发射、部署形成集群应用，通过重构、自组织组网、构成无人机编队，分别赋予干扰欺骗、预警探测、火力打击、电子对抗等功能。

为适应任务需求，无人机集群中的无人机需进行某种队形排列以及任务分配的组织模式，包括编队飞行的队形产生、保持和变化以及飞行任务的规划和组织。

目前，要实现无人机集群编队飞行，需要依赖功能强大的无人机机间通信网络。无人机主站通常将无人机集群编队中的一台无人机作为领航无人机，将领航无人机所需的飞行路线作为无人机集群编队的预设飞行路线，其它无人机根据相对领航无人机的相对位置信息，相对位置信息包括与领航无人机之间的相对距离、俯仰角和方位角，通过解算确定各自的飞行路线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其能够实现多个无人机可在机场中继，实现在巡逻路径上多个无人机的不间断巡逻。

本发明的另一目的在于提供一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其能够运行一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其包括无人机模块，通过无人机上ROS的Topic和services的二次封装，进行无人机数据和机库的交互；机库模块，机库根据巡检周期和计划，将对应的航线按时间下发给无人机，并控制机库舱门和电机，根据舱门和电机的状态命令无人机自动执行巡检任务；后端服务模块，采用前后端分离的形式，与机库模块通过HTTP形式进行数据通信。

在本发明的一些实施例中，上述无人机模块还包括：数据交换子模块，无人机模块拉起rsobridge节点，用于和JAVA侧的通信，机库模块和无人机模块网络连接正常的时保持数据通信，网络中断后机库模块周期性扫描无人机模块，当无人机模块和机库模块的通信重新连接后，机库模块重新发起连接，继续数据交互。

在本发明的一些实施例中，上述无人机模块还包括：巡检视频子模块，巡检视频在巡检结束后降落算法开始前结束，无人机降落后机库模块开始扫描对应的文件夹，若存在视频文件则开始下载，下载成功后无人机模块则删除相应的视频文件，机库模块下载成功后，将文件同步给后端服务模块。

在本发明的一些实施例中，上述无人机模块还包括：视频回传子模块，无人机模块将视频流推流至固定公网IP的流媒体服务器，后端服务模块从固定公网IP的流媒体服务器拉流，无人机模块通过nginx将摄像头的流数据转为RTMP流，并推到流媒体服务器。

在本发明的一些实施例中，上述机库模块还包括：工控机侧的巡检控制子模块，后端服务模块将巡检逻辑同步到机库模块，机库模块根据巡检周期和计划，将对应的航线按时间下发给无人机模块，并控制机库舱门和电机，根据舱门和电机的状态命令无人机自动执行巡检任务，巡检结束后控制无人机降落。

在本发明的一些实施例中，上述机库模块还包括：文件转存子模块，机库模块扫描无人机模块的文件系统，将对应目录的文件自动同步到机库模块，同时将无人机模块的文件删除，并主动通知后端服务模块进行文件同步。

在本发明的一些实施例中，上述机库模块还包括：机库控制子模块，控制舱门开/闭，推杆开/闭，升降台起/降，充电功能开始/结束。

在本发明的一些实施例中，上述后端服务模块还包括：远程作业任务管理子模块，后端服务模块WEB应用采用前后端分离的形式，与机库模块使用HTTP形式进行数据通信，后端服务模块采用Spring Boot框架，关系型数据库采用Mysql+Mybatis，非关系型数据采用redis，日志采取logback压缩管理并自动滚动删除。

在本发明的一些实施例中，上述包括：用于存储计算机指令的至少一个存储器；与上述存储器通讯的至少一个处理器，其中当上述至少一个处理器执行上述计算机指令时，上述至少一个处理器使上述系统执行：无人机模块、机库模块及后端服务模块。

第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统中任一项的系统。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

其能够实现多个无人机可在机场中继，实现在巡逻路径上多个无人机的不间断巡逻。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

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统模块示意图；

图2为本发明实施例提供的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统详细模块示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电子设备；

图4为本发明实施例提供的应用场景示意图。

图标：10-无人机模块；11-数据交换子模块；12-巡检视频子模块；13-视频回传子模块；20-机库模块；21-工控机侧的巡检控制子模块；22-文件转存子模块；23-机库控制子模块；30-后端服务模块；31-远程作业任务管理子模块；101-存储器；102-处理器；103-通信接口。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，术语“包括”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、系统、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、系统、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、系统、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

实施例1

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统模块示意图，其如下所示：

无人机模块10，通过无人机上ROS的Topic和services的二次封装，进行无人机数据和机库的交互；

在一些实施方式中，机器人操作系统(ROS,Robot Operating System)是一个机器人软件平台，它能为异质计算机集群提供类似操作系统的功能。ROS提供了一系列程序库和工具，包括：硬件抽象、设备驱动、库函数、可视化、进程间消息传递和软件包管理等。ROS是一个分布式的进程(也就是“节点”)框架，这些进程被封装在不同的程序包或功能包中。ROS可以分成两层，底层是操作系统层(通常不需要用户关心)，上层则是实现不同功能的软件包，如感知、定位、规划、控制等。

Topic消息以一种发布/订阅的方式传递，一个或多个节点可以在一个给定的主题中发布消息，多个节点可以订阅同一个主题。

services基于主题发布/订阅的通信方法是一种异步方法，该发布/订阅模型是一种很灵活的通讯模式。但在某些情况下，需要一种同时使用请求和响应的同步消息交换方案，ROS提供了叫做服务的消息同步方法，是一种一对一的机制。

机库模块20，机库根据巡检周期和计划，将对应的航线按时间下发给无人机，并控制机库舱门和电机，根据舱门和电机的状态命令无人机自动执行巡检任务；

在一些实施方式中，AI控制+无人机全自动机场+云端数据处理，实现无人值守，离线任务规划，远程精细化高频常态自动巡检作业。高精度3D点云离线标注巡检目标，系统自动生成无人机航点动作和飞行航迹。自动机场就近部署在作业现场，自动起飞，高精度视觉自动降落。自动进行电池更换，支持高频作业，三分钟即可再次起飞作业。通过机器视觉识别目标，如绝缘子、杆塔顶部等等。通过图像算法控制云台锁定巡检目标，并始终处于画幅中央，自动调整焦距放大目标区域进行拍摄。

后端服务模块30，采用前后端分离的形式，与机库模块通过HTTP形式进行数据通信。

在一些实施方式中，HTTP报文分为请求报文和响应报文。都是由三部分组成：头行、头部和主体。Hypertext Transfer Protocol超文本传输协议，是在互联网上进行通信时使用的一种协议。HTTP属于应用层协议，底层是靠TCP进行可靠地信息传输。

实施例2

请参阅图2及图4，图2为本发明实施例提供的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统详细模块示意图，其如下所示：

无人机模块10，通过无人机上ROS的Topic和services的二次封装，进行无人机数据和机库的交互；

在一些实施方式中，还包括数据交换子模块11，无人机模块拉起rsobridge节点，用于和JAVA侧的通信，机库模块20和无人机模块网络连接正常的时保持数据通信，网络中断后机库模块20周期性扫描无人机模块，当无人机模块10和机库模块20的通信重新连接后，机库模块20重新发起连接，继续数据交互。

在一些实施方式中，还包括巡检视频子模块12，巡检视频在巡检结束后降落算法开始前结束，无人机降落后机库模块20开始扫描对应的文件夹，若存在视频文件则开始下载，下载成功后无人机模块10则删除相应的视频文件，机库模块20下载成功后，将文件同步给后端服务模块30。

在一些实施方式中，还包括视频回传子模块13，无人机模块10将视频流推流至固定公网IP的流媒体服务器，后端服务模块30从固定公网IP的流媒体服务器拉流，无人机模块通过nginx将摄像头的流数据转为RTMP流，并推到流媒体服务器。

机库模块20，机库根据巡检周期和计划，将对应的航线按时间下发给无人机，并控制机库舱门和电机，根据舱门和电机的状态命令无人机自动执行巡检任务；

在一些实施方式中，还包括工控机侧的巡检控制子模块21，后端服务模块30将巡检逻辑同步到机库模块20，机库模块20根据巡检周期和计划，将对应的航线按时间下发给无人机模块10，并控制机库舱门和电机，根据舱门和电机的状态命令无人机自动执行巡检任务，巡检结束后控制无人机降落。

在一些实施方式中，还包括文件转存子模块22，机库模块20扫描无人机模块10的文件系统，将对应目录的文件自动同步到机库模块20，同时将无人机模块10的文件删除，并主动通知后端服务模块30进行文件同步。

在一些实施方式中，还包括机库控制子模块23，控制舱门开/闭，推杆开/闭，升降台起/降，充电功能开始/结束。

后端服务模块30，采用前后端分离的形式，与机库模块通过HTTP形式进行数据通信。

在一些实施方式中，还包括远程作业任务管理子模块31，后端服务模块30WEB应用采用前后端分离的形式，与机库模块20使用HTTP形式进行数据通信，后端服务模块30采用Spring Boot框架，关系型数据库采用Mysql+Mybatis，非关系型数据采用redis，日志采取logback压缩管理并自动滚动删除。

如图3所示，本申请实施例提供一种电子设备，其包括存储器101，用于存储一个或多个程序；处理器102。当一个或多个程序被处理器102执行时，实现如上述第一方面中任一项的系统。

还包括通信接口103，该存储器101、处理器102和通信接口103相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器101可用于存储软件程序及模块，处理器102通过执行存储在存储器101内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。该通信接口103可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。

其中，存储器101可以是但不限于，随机存取存储器101(Random Access Memory，RAM)，只读存储器101(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器101(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器101(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器101(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。

处理器102可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器102可以是通用处理器102，包括中央处理器102(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器102(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器102(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和系统，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

另一方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器102执行时实现如上述第一方面中任一项的系统。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述系统的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器101(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器101(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本申请实施例提供的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其能够实现多个无人机可在机场中继，实现在巡逻路径上多个无人机的不间断巡逻。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。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其特征在于，包括：

无人机模块，通过无人机上ROS的Topic和services的二次封装，进行无人机数据和机库的交互；

机库模块，机库根据巡检周期和计划，将对应的航线按时间下发给无人机，并控制机库舱门和电机，根据舱门和电机的状态命令无人机自动执行巡检任务；

后端服务模块，采用前后端分离的形式，与机库模块通过HTTP形式进行数据通信。

2.如权利要求1所述的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其特征在于，所述无人机模块还包括：

数据交换子模块，无人机模块拉起rsobridge节点，用于和JAVA侧的通信，机库模块和无人机模块网络连接正常的时保持数据通信，网络中断后机库模块周期性扫描无人机模块，当无人机模块和机库模块的通信重新连接后，机库模块重新发起连接，继续数据交互。

3.如权利要求1所述的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其特征在于，所述无人机模块还包括：

巡检视频子模块，巡检视频在巡检结束后降落算法开始前结束，无人机降落后机库模块开始扫描对应的文件夹，若存在视频文件则开始下载，下载成功后无人机模块则删除相应的视频文件，机库模块下载成功后，将文件同步给后端服务模块。

4.如权利要求1所述的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其特征在于，所述无人机模块还包括：

视频回传子模块，无人机模块将视频流推流至固定公网IP的流媒体服务器，后端服务模块从固定公网IP的流媒体服务器拉流，无人机模块通过nginx将摄像头的流数据转为RTMP流，并推到流媒体服务器。

5.如权利要求1所述的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其特征在于，所述机库模块还包括：

工控机侧的巡检控制子模块，后端服务模块将巡检逻辑同步到机库模块，机库模块根据巡检周期和计划，将对应的航线按时间下发给无人机模块，并控制机库舱门和电机，根据舱门和电机的状态命令无人机自动执行巡检任务，巡检结束后控制无人机降落。

6.如权利要求1所述的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其特征在于，所述机库模块还包括：

文件转存子模块，机库模块扫描无人机模块的文件系统，将对应目录的文件自动同步到机库模块，同时将无人机模块的文件删除，并主动通知后端服务模块进行文件同步。

7.如权利要求1所述的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其特征在于，所述机库模块还包括：

机库控制子模块，控制舱门开/闭，推杆开/闭，升降台起/降，充电功能开始/结束。

8.如权利要求1所述的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其特征在于，所述后端服务模块还包括：

远程作业任务管理子模块，后端服务模块WEB应用采用前后端分离的形式，与机库模块使用HTTP形式进行数据通信，后端服务模块采用Spring Boot框架，关系型数据库采用Mysql+Mybatis，非关系型数据采用redis，日志采取logback压缩管理并自动滚动删除。

9.如权利要求1所述的一种集群式无人机和自动机场多功能智能巡检系统，其特征在于，包括：

用于存储计算机指令的至少一个存储器；

与所述存储器通讯的至少一个处理器，其中当所述至少一个处理器执行所述计算机指令时，所述至少一个处理器使所述系统执行：无人机模块、机库模块及后端服务模块。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的系统。

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