CN113965250A - 一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，包括以下步骤：设置主无人机以及子无人机；以主无人机为中心，在主无人机的外侧由内至外依次设置有第一虚拟轨道以及第二虚拟轨道；将子无人机设置在第二虚拟轨道上，建立子无人机与主无人机的通信连接，驱动主无人机以及子无人机按照预设的路线进行飞行；子无人机检测飞行过程中所承受的风力载荷，主无人机根据风力载荷调节子无人机在第二虚拟轨道上的排列，将主无人机作为通信中继，子无人机采集的数据可以通过主无人机进行传输，保证数据传输的完整准确，同时通过采集子无人机所受风力载荷来适应性的调整子无人机的位置，以保证子无人机的损耗一致，方便进行统一报废或维修维护。
Description
技术领域
本发明涉及无人机勘灾技术领域，特别涉及一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法。
背景技术
在电力系统中，需要定时定期对架空线路、输电杆塔、变压器、金具等电力设备进行定期巡视巡查，以保证电能的正常输送，随着无人机技术的快速发展，使用无人机进行电力系统的巡查巡视也逐渐增多，通过无人机进行飞行监测，可以代替传统的人工巡检，对于一些高处的电力设备而言，可以更加方便的获取巡检数据，提高电力系统巡检巡视的自动化。
而在我国南方的台风多发地区，台风过境后会对电力系统造成损伤，其中包括对电力系统的通讯部分造成损坏，导致无人机在进行巡检巡视时无法有效及完整的进行数据的无线传输，另外的，为保证电力的快速修复输送，在台风过境后会采用无人机进行立即的勘灾，而此时高空区域还会存在较大的风速，飞手在操控无人机时并没有针对无人机的使用状态进行选择，而是选择熟悉的无人机进行使用，导致部分无人机长期在大风条件下飞行所承受的载荷较大，会出现寿命缩短情况。
发明内容
鉴以此，本发明提出一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，通过主无人机来进行通信中继，保证数据传输的完整性，同时进行子无人机的智能编制，并根据风力载荷适时调整各子无人机的位置，延长无人机的使用寿命，保证所有的无人机在同一时间报废或维修。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，包括以下步骤：
步骤S1、设置主无人机以及子无人机；
步骤S2、以主无人机为中心，在主无人机的外侧由内至外依次设置有第一虚拟轨道以及第二虚拟轨道；
步骤S3、将子无人机设置在第二虚拟轨道上，建立子无人机与主无人机的通信连接，驱动主无人机以及子无人机按照预设的路线进行飞行；
步骤S4、子无人机检测飞行过程中所承受的风力载荷，主无人机根据风力载荷调节子无人机在第二虚拟轨道上的排列。
优选的，所述主无人机以及子无人机上均搭载无线通信机构，所述子无人机上的无线通信机构与主无人机的无线通信机构数据通信，所述主无人机的无线通信机构与地面、塔台、杆塔上的无线通信机构数据通信。
优选的，所述步骤S2的具体步骤为：
步骤S21、驱动主无人机起飞至空中并悬浮；
步骤S22、选择任意一个子无人机与主无人机建立通信连接；
步骤S23、驱动子无人机起飞，使子无人机从主无人机附近向远离主无人机方向飞行；
步骤S24、控制子无人机向主无人机发送测试信号，在子无人机飞行过程中，主无人机检测接收测试信号的时延；
步骤S25、主无人机将时延大于其预设阈值的前一时刻时子无人机所处的位置设置为第二虚拟轨道。
优选的，所述第一虚拟轨道为第二虚拟轨道与主无人机之间的任一位置所处的环形轨道。
优选的，所述步骤S4中的子无人机检测飞行过程中所承受的风力载荷包括以下步骤：
步骤S41、子无人机通过风速传感器检测风速；
步骤S42、子无人机通过风向传感器检测风向；
步骤S43、子无人机根据风速以及风向获取其所承受的风力载荷；
优选的，所述步骤S4中的主无人机根据风力载荷调节子无人机在第二虚拟轨道上的排列包括以下步骤：
步骤S44、所述主无人机在预设的周期内根据所有的子无人机发送的风力载荷平均值进行排序，获得排序表；
步骤S45、所述主无人机获取排序表的中间值；
步骤S46、所述主无人机将排序表中以中间值对称的风力载荷平均值所对应的子无人机调换位置。
优选的，所述子无人机数量为单数时，所述中间值为一个；所述子无人机数量为双数时，所述中间值为两个，所述主无人机调换子无人机位置时，将中间值所对应的两个子无人机位置调换。
优选的，所述步骤S46的具体步骤为：将待调换位置的子无人机移动到第一虚拟轨道中，调换第一虚拟轨道上的子无人机的位置，将第一虚拟轨道上调换位置后的子无人机移动到第二虚拟轨道上。
优选的，在执行步骤S46时，所述主无人机以及子无人机悬浮在空中。
优选的，所述子无人机上设置有摄像头、激光雷达以及红外探头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，通过设置主无人机和子无人机的形式，以主无人机作为通信中继和子无人机以及地面通讯设备建立通信连接方式，提高数据传输的稳定性，并且可以扩大通信的范围，保证在台风灾后进行无人机勘灾时数据可以完整的进行传输，另外的，在进行无人机勘灾时，子无人机可以检测飞行过程中所受的风力载荷，并定期的根据风力载荷的排序调整子无人机的位置，防止持续性的大风对一侧的子无人机造成损害，使子无人机的损耗平均，从而可以进行统一的报废或维修维护，降低使用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法的流程图。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1，本发明提供的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，包括以下步骤：
步骤S1、设置主无人机以及子无人机。
所述主无人机以及子无人机上均搭载无线通信机构，所述子无人机上的无线通信机构与主无人机的无线通信机构数据通信，所述主无人机的无线通信机构与地面、塔台、杆塔上的无线通信机构数据通信。
本发明通过设置了具有通信功能的主无人机以及子无人机来实现智能化的勘灾，无线通信机构可以采用目前常用的无线通信芯片来实现，例如ZigBee无线通信芯片等，由主无人机位于整个勘察区域的中心作为通信中继，而子无人机在主无人机的通信范围内进行飞行勘灾，将收集的数据发送给主无人机，主无人机再与地面通信机构通信后，可以保证数据传输的完整准确。
步骤S2、以主无人机为中心，在主无人机的外侧由内至外依次设置有第一虚拟轨道以及第二虚拟轨道，第一虚拟轨道为第二虚拟轨道与主无人机之间的任一位置所处的环形轨道。
在保证数据传输的基础上，为了扩大勘灾的范围，本发明以主无人机中心，在外侧设置了第二虚拟轨道，子无人机环绕主无人机设置在第二虚拟轨道上，可以保证最佳的传输距离以及最大的勘灾范围，而所设置的第一虚拟轨道是位于第二虚拟轨道和主无人机之间的任一个位置的环形轨道，第一虚拟轨道的半径大小可以根据实际选择，其作用是供子无人机进行位置的调换。
步骤S2的具体步骤为：
步骤S21、驱动主无人机起飞至空中并悬浮；
步骤S22、选择任意一个子无人机与主无人机建立通信连接；
步骤S23、驱动子无人机起飞，使子无人机从主无人机附近向远离主无人机方向飞行；
步骤S24、控制子无人机向主无人机发送测试信号，在子无人机飞行过程中，主无人机检测接收测试信号的时延；
步骤S25、主无人机将时延大于其预设阈值的前一时刻时子无人机所处的位置设置为第二虚拟轨道。
在确定主无人机的中心位置后，驱动其起飞并悬停在空中，然后选取任意一个子无人机起飞用于确定第二虚拟轨道的位置，控制该子无人机与主无人机建立通信连接后，驱动该子无人机远离主无人机飞行，子无人机实时的发送测试信号给主无人机，主无人机对接收到的测试信号进行时延检测，在主无人机的处理系统中预设有阈值，当时延大于阈值时，代表主无人机所接收到的数据不够准确完整，因此将大于阈值前一刻时子无人机所处的位置设定为第二虚拟轨道。
步骤S3、将子无人机设置在第二虚拟轨道上，建立子无人机与主无人机的通信连接，驱动主无人机以及子无人机按照预设的路线进行飞行。
将子无人机设置在第二虚拟轨道上后，建立所有的子无人机与主无人机的通信连接，然后驱动主无人机和子无人机按照预设的巡检路线进行飞行，在飞行过程中，子无人机可以对电力系统的各部分进行信息的采集，并通过主无人机进行数据的传输。
步骤S4、子无人机检测飞行过程中所承受的风力载荷，主无人机根据风力载荷调节子无人机在第二虚拟轨道上的排列。
优选的，所述步骤S4中的子无人机检测飞行过程中所承受的风力载荷包括以下步骤：
步骤S41、子无人机通过风速传感器检测风速；
步骤S42、子无人机通过风向传感器检测风向；
步骤S43、子无人机根据风速以及风向获取其所承受的风力载荷；
在台风过境后，陆地上面仍然会存在较大风力的阵风，因此无人机在飞行时，所承受的大风会造成无人机部件的损耗，为此，本发明通过风速传感器和风向传感器来检测飞行过程中所承受的风速和风向，并以此获取风力载荷，作为调整子无人机位置的依据。
对于风力载荷的计算而言，采用加权方法对风速和风向进行赋权，风力载荷等于α*风速+β*风向，其中α和β为赋权因子，具体数值根据地区以及季节选定。
优选的，所述步骤S4中的主无人机根据风力载荷调节子无人机在第二虚拟轨道上的排列包括以下步骤：
步骤S44、所述主无人机在预设的周期内根据所有的子无人机发送的风力载荷平均值进行排序，获得排序表；
步骤S45、所述主无人机获取排序表的中间值；
步骤S46、所述主无人机将排序表中以中间值对称的风力载荷平均值所对应的子无人机调换位置。
本发明针对风力载荷的大小来调节子无人机的位置，主无人机接收子无人机发送的风力载荷，并设定一定的周期，获取该周期内子无人机发送的风力载荷平均值，然后主无人机对风力载荷平均值进行排序，并获得排序表，根据排序表可以获得风力载荷平均值的中间值，然后将以中间值对称的风力载荷平均值所对应的子无人机进行位置的调换，使所受风力载荷较大的子无人机移动到受风力载荷较小的子无人机的位置处，保证所有的子无人机所受的损耗相同。
优选的，所述子无人机数量为单数时，所述中间值为一个；所述子无人机数量为双数时，所述中间值为两个，所述主无人机调换子无人机位置时，将中间值所对应的两个子无人机位置调换。
优选的，所述步骤S46的具体步骤为：将待调换位置的子无人机移动到第一虚拟轨道中，调换第一虚拟轨道上的子无人机的位置，将第一虚拟轨道上调换位置后的子无人机移动到第二虚拟轨道上。
对于排序表的中间值而言，可能存在一个，也可能存在两个，在子无人机数量为单数时，中间值为一个，此时中间值所对应的子无人机无需调整位置；当子无人机的数量为两个是，中间值为两个，此时需要将中间值的两个子无人机对调位置。
优选的，在执行步骤S46时，所述主无人机以及子无人机悬浮在空中。
为保证位置调整的准确性，本发明在调整子无人机的位置时，停止主无人机和子无人机的飞行前景。
优选的，所述子无人机上设置有摄像头、激光雷达以及红外探头。
子无人机在飞行的过程中，其上设置的摄像头、激光雷达以及红外探头等数据可以采集电力系统的灾后数据，用于进行灾后勘测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
Claims (10)
1.一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、设置主无人机以及子无人机；
步骤S2、以主无人机为中心，在主无人机的外侧由内至外依次设置有第一虚拟轨道以及第二虚拟轨道；
步骤S3、将子无人机设置在第二虚拟轨道上，建立子无人机与主无人机的通信连接，驱动主无人机以及子无人机按照预设的路线进行飞行；
步骤S4、子无人机检测飞行过程中所承受的风力载荷，主无人机根据风力载荷调节子无人机在第二虚拟轨道上的排列。
2.根据权利要求1所述的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，所述主无人机以及子无人机上均搭载无线通信机构，所述子无人机上的无线通信机构与主无人机的无线通信机构数据通信，所述主无人机的无线通信机构与地面、塔台、杆塔上的无线通信机构数据通信。
3.根据权利要求1所述的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：
步骤S21、驱动主无人机起飞至空中并悬浮；
步骤S22、选择任意一个子无人机与主无人机建立通信连接；
步骤S23、驱动子无人机起飞，使子无人机从主无人机附近向远离主无人机方向飞行；
步骤S24、控制子无人机向主无人机发送测试信号，在子无人机飞行过程中，主无人机检测接收测试信号的时延；
步骤S25、主无人机将时延大于其预设阈值的前一时刻时子无人机所处的位置设置为第二虚拟轨道。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，所述第一虚拟轨道为第二虚拟轨道与主无人机之间的任一位置所处的环形轨道。
5.根据权利要求1所述的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，所述步骤S4中的子无人机检测飞行过程中所承受的风力载荷包括以下步骤：
步骤S41、子无人机通过风速传感器检测风速；
步骤S42、子无人机通过风向传感器检测风向；
步骤S43、子无人机根据风速以及风向获取其所承受的风力载荷。
6.根据权利要求5所述的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，所述步骤S4中的主无人机根据风力载荷调节子无人机在第二虚拟轨道上的排列包括以下步骤：
步骤S44、所述主无人机在预设的周期内根据所有的子无人机发送的风力载荷平均值进行排序，获得排序表；
步骤S45、所述主无人机获取排序表的中间值；
步骤S46、所述主无人机将排序表中以中间值对称的风力载荷平均值所对应的子无人机调换位置。
7.根据权利要求6所述的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，所述子无人机数量为单数时，所述中间值为一个；所述子无人机数量为双数时，所述中间值为两个，所述主无人机调换子无人机位置时，将中间值所对应的两个子无人机位置调换。
8.根据权利要求6所述的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，所述步骤S46的具体步骤为：将待调换位置的子无人机移动到第一虚拟轨道中，调换第一虚拟轨道上的子无人机的位置，将第一虚拟轨道上调换位置后的子无人机移动到第二虚拟轨道上。
9.根据权利要求6所述的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，在执行步骤S46时，所述主无人机以及子无人机悬浮在空中。
10.根据权利要求1所述的一种基于通信中继的灾后无人机勘灾方法，其特征在于，所述子无人机上设置有摄像头、激光雷达以及红外探头。
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