CN114449689A - 基于无人机的油气管道巡检数据通信方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了存储器、基于无人机的油气管道巡检数据通信方法、装置、设备和系统，其中所述方法，包括步骤：预先在作为巡检对象的油气管道沿线的多个阴极保护桩内设有无线通信中继器；相邻无线通信中继器之间可以建立分段数据通信链路，通过无线通信中继器的接力数据转发将多个分段数据通信链路连接为一个整体的辅助数据通信链路；在对油气管道巡检过程中，无人机与距离最近的无线通信中继器建立无线数据通信链路并将采集的巡检数据发送至无线通信中继器；无线通信中继器将巡检数据经由辅助数据通信链路传输至测控站终端。本发明可以实时的控制无人机对异常情况进行及时的复检和确认，从而也就有效的提高了整个巡检的巡检效率和巡检效果。
Description
技术领域
本发明涉及输送管道安全领域，特别涉及基于无人机的油气管道巡检数据通信方法和系统。
背景技术
近年来随着无人机领域的发展，无人机巡检油气管道逐渐取代了传统意义上的人工巡检，大大提高了巡检工作效率。但是无人机在对油气长输管线进行巡检时，数据通信问题也面临着一些挑战。
无人机数据通信链路是无人机油气管道巡检系统的重要组成部分，是飞行器与地面系统联系的纽带。现有技术中，无人机数据通信链路中分为上行链路和下行链路；其中，上行链路主要负责完成地面站到无人机遥控指令的发送和接收，针对长输管线巡检；下行链路主要负责完成无人机到地面站的遥测数据以及红外或视频图像的发送和接收，并根据定位信息的传输利用上下行链路进行测距。
在实际应用中，由于下行链路受限于通信带宽和信号不稳定等因素，一般需要完成一次巡检后，无人机先存储整个巡检过程中所采集的巡检数据，等无人机返航后在提取整个巡检过程中的巡检数据进行分析。
发明人经过研究发现，现有技术中的无人机的油气管道巡检方式，无法对巡检过程中的疑似异常情况进行及时的复检和确认，从而影响巡检效率和巡检效果。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于能够及时的对巡检过程中的疑似异常情况进行复检和确认，以提高巡检效率和巡检效果。
本发明提供了一种基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，包括步骤：
S11、根据预设布设规则，预先在作为巡检对象的油气管道沿线的多个阴极保护桩内设有无线通信中继器；相邻所述无线通信中继器之间可以建立分段数据通信链路，通过所述无线通信中继器的接力数据转发将多个所述分段数据通信链路连接为一个整体的辅助数据通信链路；
S12、在对所述油气管道巡检过程中，无人机与距离最近的所述无线通信中继器建立无线数据通信链路并将采集的巡检数据发送至所述无线通信中继器；所述巡检数据包括图像数据；
S13、所述无线通信中继器将所述巡检数据经由所述辅助数据通信链路传输至测控站终端。
在本发明中，还包括：
S14、所述测控站终端通过所述辅助数据通信链路向所述无人机发送控制指令。
在本发明中，所述测控站终端通过所述辅助数据通信链路向所述无人机发送控制指令，包括：
在采集的所述图像数据中附加上所述无人机实时的位置数据；
通过对所述图像数据进行图像分析确定巡检对象是否异常；
当所述巡检对象发生需复检的异常时，根据所述图像数据中的位置数据确定异常发生位置；
根据所述异常发生位置更新所述无人机的飞行路径，并将包括有所述飞行路径的控制指令通过所述辅助数据通信链路发送至所述无人机。
在本发明中，所述位置数据根据所述无人机与所述无线通信中继器之间的无线信号的特性计算生成。
在本发明中，所述预设布设规则包括：
根据所述无线通信中继器的信号覆盖范围确定相邻所述无线通信中继器间的距离最大值，包括：
当所述分段数据通信链路为有线数据通信链路时，相邻所述无线通信中继器间的距离最大值小于所述无线通信中继器的信号覆盖半径的两倍。
在本发明中，当所述分段数据通信链路为无线数据通信链路时，相邻所述无线通信中继器间的距离最大值小于所述无线通信中继器的信号覆盖半径。
在本发明中，所述辅助数据通信链路的一端设有用于与所述测控站终端数据交互的无线通信模块。
在本发明中，所述图像数据包括图片和/或视频。
在本发明中，当所述图像数据为图片时，所述无人机实时将所述图像数据发送至所述无线通信中继器；
当所述图像数据为视频时，每隔预设时间段向所述无线通信中继器发送一次视频数据。
在本发明中，所述有线数据通信链路包括光纤数据通信链路。
本发明实施例的另一面，还提供了一种基于无人机的油气管道巡检数据通信系统，包括：测控站终端、无人机和多个无线通信中继器；
多个所述无线通信中继器根据预设布设规则分别预先设置在作为巡检对象的油气管道沿线的多个阴极保护桩内；相邻所述无线通信中继器之间可以建立分段数据通信链路，通过所述无线通信中继器的接力数据转发将多个所述分段数据通信链路连接为一个整体的辅助数据通信链路；
在对所述油气管道巡检过程中，所述无人机通过与距离最近的所述无线通信中继器建立无线数据通信链路，将采集的巡检数据发送至所述无线通信中继器；所述巡检数据包括图像数据；
所述无线通信中继器将所述巡检数据经由所述辅助数据通信链路传输至测控站终端。
在本发明中，还包括：
所述测控站终端用于通过所述辅助数据通信链路向所述无人机发送控制指令。
在本发明中，所述无人机包括固定翼无人机或多旋翼无人机。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中，预先在作为巡检对象的油气管道沿线的多个阴极保护桩内设有了无线通信中继器，从而能够通过多个无线通信中继器的接力数据转发构建出一个整体的辅助数据通信链路；此外，在巡检过程中，无人机还可以与距离最近的无线通信中继器建立无线数据通信链路并将采集的巡检数据发送至该无线通信中继器中；这样，无人机所采集的巡检数据不再通过无人机与测控站终端之间的下行链路，而是能够通过辅助数据通信链路即可传输至测控站终端。
由上可知，通过本发明中的技术方案，向测控站终端发送的巡检数据不再受到通信带宽和信号不稳定等因素的影响，从而使得测控站终端能够实时的获取巡检过程中的巡检数据，这样，当在巡检过程中发现有异常情况时，可以实时的控制无人机对异常情况进行及时的复检和确认，从而也就有效的提高了整个巡检的巡检效率和巡检效果。
进一步的，在本发明中，测控站终端还可以通过辅助数据通信链路向无人机发送控制指令，这样，即使无人机的上行链路通信受限(如无人机处于没有GPS信号的区域)，也可以通过辅助数据通信链路对无人机进行有效和及时的控制，从而增强了无人机巡检对于多种工况的适用性。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是本发明中所述基于无人机的油气管道巡检数据通信方法的步骤图；
图2是本发明中所述基于无人机的油气管道巡检数据通信系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
实施例一
为了能够及时的对巡检过程中的异常情况进行复检和确认，以提高巡检效率和巡检效果，如图1所示，在本发明实施例中提供了一种基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，包括步骤：
S11、根据预设布设规则，预先在作为巡检对象的油气管道沿线的多个阴极保护桩内设有无线通信中继器；相邻所述无线通信中继器之间可以建立分段数据通信链路，通过所述无线通信中继器的接力数据转发将多个所述分段数据通信链路连接为一个整体的辅助数据通信链路；
本发明实施例的实现是在一个基于无人机的油气管道巡检数据通信系统(如图2所示)的基础上的，该油气管道巡检数据通信系统包括测控站终端04、无人机02和多个无线通信中继器03。
其中，多个无线通信中继器03根据预设布设规则分别预先设置在作为巡检对象的油气管道01沿线的多个阴极保护桩内；相邻无线通信中继器之间可以建立分段数据通信链路，通过无线通信中继器的接力数据转发将多个分段数据通信链路连接为一个整体的辅助数据通信链路；
目前的油气管道，其沿线每隔一段距离就会设有一个阴极保护桩，本发明实施例一方面利用了阴极保护桩的壳体来对无线通信中继器起到保护作用，另一方面阴极保护桩还可以为无线通信中继器进行供电。
一般情况下，油气管道沿线的阴极保护桩的设置方式为每隔1至2公里设置一个阴极保护桩；而本发明实施中的无线通信中继器03的信号覆盖半径一般可达5公里，因此，可以根据分段数据通信链路不同的构成方式来确定无线通信中继器03不同的预设布设规则，具体的：
根据无线通信中继器03的信号覆盖范围确定相邻无线通信中继器03间的距离最大值，包括：
当分段数据通信链路为有线数据通信链路时，相邻无线通信中继器03间的距离最大值小于无线通信中继器03的信号覆盖半径的两倍。
分段数据通信链路为有线数据通信链路，也就意味着两个相邻无线通信中继器03间是通过如光线线路等物理链路进行数据的通信；此时，只需要考虑无人机02能够随时与任一无线通信中继器03实现数据通信即可，因此，可以无线通信中继器03间的距离最大值设为小于无线通信中继器03的信号覆盖半径的两倍，这样无人机02可以在飞离一个无线通信中继器03的信号覆盖半径之前进入到下一个无线通信中继器03的信号覆盖半径中，从而保持始终能够与至少一个无线通信中继器03的建立分段数据通信链路。
另外一种情况是，分段数据通信链路为无线数据通信链路，此时，相邻无线通信中继器03间的距离最大值则需要小于无线通信中继器03的信号覆盖半径。具体来说，分段数据通信链路为无线数据通信链路时，相邻无线通信中继器03的间距不能大于无线通信中继器03的信号覆盖半径，否则将无法实现相邻无线通信中继器03间的数据通信。
在实际应用中，在各相邻无线通信中继器03之间建立了分段数据通信链路后，通过无线通信中继器03的接力数据转发，就可以将多个分段数据通信链路连接为一个整体的辅助数据通信链路，通过在辅助数据通信链路的一端建立与测控站终端04的数据通信链路，既可以实现将每个无线通信中继器03中的数据发送至测控站终端04；
优选的，还可以在辅助数据通信链路的一端设有用于与测控站终端04数据交互的无线通信模块，来实现辅助数据通信链路与测控站终端04的无线数据通信。
在实际应用中，本发明实施例中的无人机02可以是固定翼无人机或多旋翼无人机等。
S12、在对所述油气管道巡检过程中，无人机与距离最近的所述无线通信中继器建立无线数据通信链路并将采集的巡检数据发送至所述无线通信中继器；所述巡检数据包括图像数据；
在油气管道巡检的路径上，已经设有了多个能够与无人机02建立无线数据通信链路的无线通信中继器03，因此，在对油气管道巡检过程中，无人机02只需要不断的与距离最近的无线通信中继器03建立无线数据通信链路，就可以实现整个巡检过程随时能够将巡检数据发送至无线通信中继器03。
在实际应用中，本发明实施例中的巡检数据可以是如图片和视频等图像数据，也可以遥测数据或红外图像等。
进一步的，图片和视频作为两种最为常用的巡检数据，其各自的传输方式还可以分别采用不同的方式，具体的：
当图像数据为图片时，由于图片的生成时间段，数据量小，因此无人机可以实时将图像数据发送至无线通信中继器03；
当图像数据为视频时，可以采用每隔预设时间段向无线通信中继器03发送一次视频数据的方式，将各个具有一定时长的视频数据陆续的发送无线通信中继器03。
需要说明的是，如果分段数据通信链路为光纤线路，那么，由于光纤线路有着充分的通信带宽，所以可以采用视频直播的方式实时的传输无人机所采集的巡检数据。
S13、所述无线通信中继器将所述巡检数据经由所述辅助数据通信链路传输至测控站终端测控站终端。
当无线通信中继器03接收到上述图像数据后，即可沿辅助数据通信链路将巡检数据传输至测控站终端04。在测控站终端04可以通过人工监测或是利用图像处理的方式来对异常情况进行辨识，然后通过对无人机02的控制，对疑似异常的位置进行相应的复检或确认。
综上所述，在本发明实施例中，预先在作为巡检对象的油气管道沿线的多个阴极保护桩内设有了无线通信中继器，从而能够通过多个无线通信中继器的接力数据转发构建出一个整体的辅助数据通信链路；此外，在巡检过程中，无人机还可以与距离最近的无线通信中继器建立无线数据通信链路并将采集的巡检数据发送至该无线通信中继器中；这样，无人机所采集的巡检数据不再通过无人机与测控站终端之间的下行链路，而是能够通过辅助数据通信链路即可传输至测控站终端。
由上可知，通过本发明中的技术方案，向测控站终端发送的巡检数据不再受到通信带宽和信号不稳定等因素的影响，从而使得测控站终端能够实时的获取巡检过程中的巡检数据，这样，当在巡检过程中发现有异常情况时，可以实时的控制无人机对异常情况进行及时的复检和确认，从而也就有效的提高了整个巡检的巡检效率和巡检效果。
为了便于对于进行异常情况复检和确认时无人机飞行路径的控制，在本发明实施例中，还可以包括：
S14、测控站终端通过所述辅助数据通信链路向所述无人机发送控制指令。
也就是说，在本发明实施例中，测控站终端04还可以通过辅助数据通信链路向无人机02发送控制指令，这样，即使无人机02的上行链路通信受限(如无人机处于没有GPS信号的区域)，也可以通过辅助数据通信链路对无人02机进行有效和及时的控制，从而增强了无人机02巡检对于多种工况的适用性。
优选的，为了快速的对异常发生地进行定位，以准确的确定无人机02进行复检和异常确认的飞行路径，在本发明实施例中，测控站终端04通过所述辅助数据通信链路向无人机02发送控制指令，具体可以包括步骤：
在采集的图像数据中附加上所述无人机02实时的位置数据；
通过对所述图像数据进行图像分析确定巡检对象是否发生异常；
当巡检对象发生需复检的异常时，根据图像数据中的位置数据确定异常发生位置；
根据异常发生位置更新无人机02的飞行路径，并将包括有飞行路径的控制指令通过辅助数据通信链路发送至无人机02。
在实际应用中，图像数据中附加的位置数据可以根据无人机02的GPS生成；也就是说，无人机02通过其自身设有的GPS等定位装置来在生成图像数据的同时，在其中附加位置数据。
此外，还可以根据无人机02与无线通信中继器03之间的无线信号的特性来计算生成无人机02的位置；比如，可以根据无人机02所接收无线通信中继器03的信号中的标识，来确定异常发生地所对应的无线通信中继器03的信号覆盖范围；此外，还可以根据同时接收的两个无线通信中继器03的信号，来计算无人机02的当前位置。
实施例二
在本发明实施例的另一面，如图2所示，还提供了一种基一种基于无人机的油气管道巡检数据通信系统，包括：测控站终端04、无人机02和多个无线通信中继器03；
多个无线通信中继器03根据预设布设规则分别预先设置在作为巡检对象的油气管道01沿线的多个阴极保护桩内；相邻无线通信中继器03之间可以建立分段数据通信链路，通过无线通信中继器03的接力数据转发将多个分段数据通信链路连接为一个整体的辅助数据通信链路；
在对油气管道巡检过程中，无人机02通过与距离最近的无线通信中继器03建立无线数据通信链路，将采集的巡检数据发送至无线通信中继器03；巡检数据包括图像数据；
无线通信中继器03将所33巡检数据经由3辅助数据通信链路传输至测控站终端04。
进一步的，本发明实施例还可以包括：
测控站终端04用于通过辅助数据通信链路向无人机02发送控制指令。
由于本发明实施例中基于无人机的油气管道巡检数据通信系统的工作原理和有益效果已经在图1所对应的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法中也进行了记载和说明，因此可以相互参照，在此就不再赘述。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元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，本发明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全部或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设备中，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)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储设备包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、ReRAM、MRAM、PCM、NAND Flash，NOR Flash，Memristor、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (13)
1.一种基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，包括步骤：
S11、根据预设布设规则，预先在作为巡检对象的油气管道沿线的多个阴极保护桩内设有无线通信中继器；相邻所述无线通信中继器之间建立分段数据通信链路，通过所述无线通信中继器的接力数据转发将多个所述分段数据通信链路连接为一个整体的辅助数据通信链路；
S12、在对所述油气管道巡检过程中，无人机与距离最近的所述无线通信中继器建立无线数据通信链路并将采集的巡检数据发送至所述无线通信中继器；所述巡检数据包括图像数据；
S13、所述无线通信中继器将所述巡检数据经由所述辅助数据通信链路传输至测控站终端。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，还包括：
S14、所述测控站终端通过所述辅助数据通信链路向所述无人机发送控制指令。
3.根据权利要求2所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，所述测控站终端通过所述辅助数据通信链路向所述无人机发送控制指令，包括：
在采集的所述图像数据中附加上所述无人机实时的位置数据；
通过对所述图像数据进行图像分析确定巡检对象是否发生异常；
当所述巡检对象发生需复检的异常时，根据所述图像数据中的位置数据确定异常发生位置；
根据所述异常发生位置更新所述无人机的飞行路径，并将包括有所述飞行路径的控制指令通过所述辅助数据通信链路发送至所述无人机。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，所述位置数据根据所述无人机与所述无线通信中继器之间的无线信号的特性计算生成。
5.根据权利要求1或2中所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，所述预设布设规则包括：
根据所述无线通信中继器的信号覆盖范围确定相邻所述无线通信中继器间的距离最大值，包括：
当所述分段数据通信链路为有线数据通信链路时，相邻所述无线通信中继器间的距离最大值小于所述无线通信中继器的信号覆盖半径的两倍。
6.根据权利要求3所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，
当所述分段数据通信链路为无线数据通信链路时，相邻所述无线通信中继器间的距离最大值小于所述无线通信中继器的信号覆盖半径。
7.根据权利要求1或2所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，所述辅助数据通信链路的一端设有用于与所述测控站终端数据交互的无线通信模块。
8.根据权利要求1或2所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，所述图像数据包括图片和/或视频。
9.根据权利要求8所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，
当所述图像数据为图片时，所述无人机实时将所述图像数据发送至所述无线通信中继器；
当所述图像数据为视频时，每隔预设时间段向所述无线通信中继器发送一次视频数据。
10.根据权利要求5所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信方法，其特征在于，所述有线数据通信链路包括光纤数据通信链路。
11.一种基于无人机的油气管道巡检数据通信系统，其特征在于，包括：测控站终端、无人机和多个无线通信中继器；
多个所述无线通信中继器根据预设布设规则分别预先设置在作为巡检对象的油气管道沿线的多个阴极保护桩内；相邻所述无线通信中继器之间建立分段数据通信链路，通过所述无线通信中继器的接力数据转发将多个所述分段数据通信链路连接为一个整体的辅助数据通信链路；
在对所述油气管道巡检过程中，所述无人机通过与距离最近的所述无线通信中继器建立无线数据通信链路，将采集的巡检数据发送至所述无线通信中继器；所述巡检数据包括图像数据；
所述无线通信中继器将所述巡检数据经由所述辅助数据通信链路传输至测控站终端。
12.根据权利要求11所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信系统，其特征在于，还包括：
所述测控站终端用于通过所述辅助数据通信链路向所述无人机发送控制指令。
13.根据权利要求11所述的基于无人机的油气管道巡检数据通信系统，其特征在于，所述无人机包括固定翼无人机或多旋翼无人机。
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