CN115085990B - 一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，数据传输系统包括主站、服务器、以及无人机，数据传输系统还包括交互模块、安全认证模块、监测装置、光纤环网基站、至少一个云盒，光纤环网基站用于与主站和云盒之间传输数据；监测装置用于对输电线路和输电线路的环境进行监测；交互模块用于与云盒和光纤环网基站进行交互，以实现将监测装置的数据进行传输；安全认证模块用于对监测模块的身份和传输的数据进行认证。本发明通过安全认证模块对云盒、光纤环网基站之间的配合，对云盒和光纤环网基站的身份进行验证，以提升数据传输的安全性，也兼顾云盒和光纤环网基站之间数据传输的高效性和便捷性。
Description
技术领域
本发明涉及电网设备技术领域，尤其涉及一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统。
背景技术
传统的无人机输电线路巡检系统，在无人机搭载多个传感器用于采集巡检数据的条件下，当多个传感器同时向地面控制模块传输巡检数据时，信号会存在互相干扰的问题，导致电磁背景噪声值过大，影响巡检数据的传输。
如CN110166472B现有技术公开了一种巡检数据传输方法、巡检机器人及巡检系统，采用公共宽带网络进行巡检数据传输，由于公共宽带网络自身的开放性，难以保证数据传输的安全性，而且在电网业务中，上行数据量远远大于下行数据量，使用公共宽带网络进行远距离数据传输，将造成网络资源极大的浪费；而电力无线专网频带离散且带宽有限，传输效率低下，无法满足大数据量巡检数据的传输要求。
另一种典型的如的现有技术公开的一种无人机电力巡检数据安全传输系统和方法，电网系统的内网一方面只能通过文件交换与外网实现数据交互，无人机巡检过程的一大问题是内外网的数据安全传输，发送现场自动化巡检所需的数据以及获取巡检结果；另一方面，需要对传输两方和传输数据进行权限管理和安全校验，防止保密数据意外流出和有害数据流入，并做到传输历史的可追踪回溯；另外，考虑到电力巡检作业系统这一具体场景，现场巡检设备数据有限、野外网络可能不稳定，不具有高并发、大流量的传输。
为了解决本领域普遍存在数据传输安全性低、通信不稳定、无人机续航供能不足、受制于无线公网高昂的流量费、无线公网信号较差、无法在线监测数据及时传输和交互性能较差等等问题，作出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统。
本发明采用如下技术方案：
一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，所述数据传输系统包括主站、服务器、以及无人机，所述数据传输系统还包括交互模块、安全认证模块、监测装置、光纤环网基站、至少一个云盒，
所述服务器分别与所述交互模块、无人机、所述云盒、所述安全认证模块、所述监测装置和所述光纤环网基站连接；
所述光纤环网基站用于与所述主站和云盒之间传输数据；
所述监测装置用于对输电线路和输电线路的环境进行监测，以获取输电线路、以及与所述输电线路附近环境的视频数据；
所述交互模块用于与所述云盒和光纤环网基站进行交互，以实现将所述监测装置的数据进行传输；
所述安全认证模块用于对所述监测模块的身份和传输的数据进行认证；
所述安全认证模块包括身份授予终端、身份授予协议和认证单元，所述身份授予终端用于对所述无人机和所述光纤环网基站授予安全认证码；所述认证单元根据所述身份授予终端授予的安全认证码认证所述无人机和所述光纤环网基站，以将所述监测模块采集的数据传输到主站和服务器中；
所述身份授予终端根据安全认证码授予协议生成安全认证码；所述身份授予终端根据下式生成安全认证码：
式中，Securei(j)为第i个云盒的安全认证码第j位字符对应的值；Gi为第i个所述云盒的当前等级；Gemi为第i个所述云盒的基础等级基数；ranki为第i个所述云盒的访问等级；κ为随机数，其值与所述光纤环网基站与所述云盒的配对次数有关；Timei为一个工作周期中第i个云盒授权的总次数；Numi为第i个云盒当天授权的次数；Oldi(j)为第i个所述云盒前一次的安全认证码第j个字符对应的值；seriesi为第i个云盒的身份识别码ID；
其中，新生成的安全认证码需与前一次的安全认证码不一致才有效。
可选的，所述交互模块包括交互单元和配对单元，所述配对单元用于将所述无人机与所述光纤环网基站配对关系；所述交互单元用于将建立配对关系的所述无人机与所述光纤环网基站进行数据传输；
所述交互单元包括信号传输器和交互器，所述信号传输器用于向光纤环网基站发送的交互指令；所述交互器用于对信号传输器的交互指令进行接收；所述交互器设置在所述光纤网基站中；所述光纤环网基站通过识别交互指令，以响应所述交互指令反馈自身的状态数据和数据接收的情况。
可选的，所述监测模块包括采集单元和采样单元，所述采集单元用于对输电塔上的数据进行采集；所述采样单元对输电线路和输电塔的图像和视频数据进行采样；
所述采样单元包括采样探头、俯仰调整构件和转动构件，所述采样探头采集所述输电线路和输电塔的图像和视频数据；所述转动构件用于对所述采样探头和所述俯仰调整构件的水平采集姿势进行调整；所述俯仰调整构件用于对所述采样探头的俯仰采集角度进行调整；
其中，所述采样探头设置在所述俯仰调整构件上形成俯仰调整部；所述俯仰调整部设置在所述转动构件上。
可选的，所述光纤环网基站包括信号发射装置、信号接收装置、光模块和传输光纤，所述数据接收模块用于接收所述云盒的传输的数据；所述信号发射装置用于向所述云盒发射信号，以实现与所述云盒的数据传输和交互；所述光模块与所述传输光纤连接，以实现远距离光传导和传输通讯。
可选的，所述认证单元包括安全验证器和安全证书，所述安全验证器用于对所述安全认证码进行验证；所述安全证书被预置在所述安全验证器中，以配合所述安全验证器对所述安全验证码进行验证；
所述安全验证器从所述云盒和光纤环网基站中接收多个安全证书；
所述安全验证器向所述服务器发送验证请求，使服务器确定所述云盒和光纤环网基站中是否被验证满足预定的安全标准；
并由所述安全验证器判断安全凭证是否满足网络安全阈值；
所述服务器接收所述安全验证器的验证请求后，由所述服务器确定所述云盒和光纤环网基站中是否被验证满足预定安全标准并且安全凭证满足网络安全阈值时，由服务器调用所述身份授予终端生成的所述安全认证码，并根据每个生成的安全认证码、所述云盒、以及所述光纤环网基站唯一的身份ID，接收源自所述交互模块、所述云盒、以及所述光纤环网基站之间的交互请求。
可选的，所述云盒搭载在所述无人机上并被配置为用于接收所述光纤环网基站发射的无线信号；所述云盒通过物理接口连接无人机，以控制所述无人机的巡检动作。
可选的，所述云盒还被构造为接收所述无人机上的采样单元采集的数据、获取无人机实时位置与视频信息、控制飞机起降及相机拍摄，实时视频直播、视频通道管理及飞行数据管理。
可选的，所述转动构件包括卡接杆、转动座、转动驱动机构和角度检测件，所述卡接杆的一端与所述无人机本体可拆卸连接，所述卡接杆的另一端与所述转动座的一侧端面铰接形成铰接部；所述俯仰调整部与所述转动座的另一侧端面铰接；所述转动驱动机构与所述铰接部驱动连接，以使所述转动座能沿着铰接位置转动。
进一步的，所述云盒为通信模组，并安装在所述无人机的机身本体的下端面。
本发明所取得的有益效果是：
1.通过安全认证模块对云盒、光纤环网基站之间的配合，对云盒和光纤环网基站的身份进行验证，以提升数据传输的安全性，同时也兼顾云盒和光纤环网基站之间数据传输的高效性和便捷性；
2.通过监测模块与云盒之间的配合，使得监测模块能对输电线路和输电塔进行采集，并通过云盒传输至光纤环网基站上；
3.通过监测模块对输电线路及周围环境进行实时监测，使得整个输电线路和输变电设备状态进行在线监测，以预防和减少事故的发生；
4.通过采集单元和采样单元的相互配合，使得对输电线路的廊道和输电塔上的线路、器件和输电电线进行监测，以实现对输电线路和输电塔状态的监控；
5.通过转动构件与俯仰调节构件的相互配合，使得采样探头的采集角度能被调整，以配合无人机对输电线路和输电塔的巡检，提升巡检过程的巡检精度；
6.通过云盒与无人机进行实时数据交互，能够获取无人机实时位置与视频信息，远程控制飞机起降及相机拍摄，实时视频直播及视频通道管理；
7.通过云盒与各个光纤环网基站之间的配合，使得无人机的采样探头采集的输电线路和输电塔的巡检数据能传输至光纤环网基站中，实现巡检数据传输的实时性和高效性；
8.通过认证单元对云盒与光纤环网基站进行验证，使得云盒与光纤环网基站之间的数据传输的安全性，最大限度防止巡检数据泄露或者丢失，提升整个数据传输系统的传输的精准传输和便捷性；
9.通过定位模块与云盒和各个光纤环网基站之间的配合，使得云盒与各个光纤环网基站的巡检数据的传输更加便捷，提升巡检数据传输的高效性。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为本发明的整体方框示意图。
图2为本发明的无人机和采样单元的结构示意图。
图3为本发明的姿势调整构件与电机的结构示意图。
图4为本发明的采样单元的结构示意图。
图5为本发明的无人机与输电塔的应用场景示意图。
图6为本发明的光纤环网基站与主站的方框示意图。
图7为本发明的光纤环网基站与主站之间的布设场景示意图。
图8为本发明的采集单元设置在输电塔、以及采集单元采集的环境场景示意图。
图9为本发明的监测模块采集的输电线路上的红外图像示意图。
图10为本发明的输电线路廊道的图像示意图。
附图标号说明：1、机身本体；2、电机；3、采样探头；4、无人机；5、转动构件；6、支撑杆；7、驱动杆；8、姿势调整驱动机构；9、伸缩杆；10、姿势调整构件；11、卡接杆；12、支撑杆；13、调整座；14、输电塔。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一。
根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，本实施例提供一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，所述数据传输系统包括主站、服务器、以及无人机4，所述数据传输系统还包括交互模块、安全认证模块、监测装置、光纤环网基站、至少一个云盒，
所述服务器分别与所述交互模块、无人机4、所述云盒、所述安全认证模块、所述监测装置和所述光纤环网基站连接；
所述光纤环网基站用于与所述主站和云盒之间传输数据；
所述监测装置用于对输电线路和输电线路的环境进行监测，以获取输电线路、以及与所述输电线路附近环境的视频数据；
所述交互模块用于与所述云盒和光纤环网基站进行交互，以实现将所述监测装置的数据进行传输；
所述安全认证模块用于对所述监测模块的身份和传输的数据进行认证；
所述主站与所述光纤环网连接，以实现将所述云盒上的数据回传至中央控制中心，以实现对输电线路和输电塔的监控；
所述数据传输系统还包括处理器和环网管理装置，所述处理器分别与所述服务器、所述交互模块、安全认证模块、监测装置、光纤环网基站、所述云盒和所述无人机4控制连接，并基于所述处理器对所述服务器、所述交互模块、安全认证模块、监测装置、光纤环网基站、所述云盒和所述无人机4件集中控制，以提升所述无人机4对输电线路进行高效巡检并实时进行数据传输，也兼顾对输电线路的精准监控；
所述环网管理装置用于对各个所述光纤环网基站进行管理，并接收到所述光纤环网基站上的信号和数据，并经过所述安全认证模块的认证后，传输到所述主站中；
优选的，所述主站包括安全平台、客户服务平台和移动客户端
其中，通过所述安全认证模块对所述云盒、所述光纤环网基站之间的配合，对所述云盒和所述光纤环网基站的身份进行验证，以提升所述数据传输的安全性，同时也兼顾所述云盒和光纤环网基站之间数据传输的高效性和便捷性；
通过所述监测模块与所述云盒之间的配合，使得所述监测模块能对输电线路和输电塔进行采集，并通过云盒传输至所述光纤环网基站上；
在本实施例中，通过所述监测模块对所述输电线路及周围环境进行实时监测，使得整个输电线路和输变电设备状态进行在线监测，以预防和减少事故的发生；
所述无人机4包括若干个电机2、一组支撑杆12、一组驱动杆7、姿势调整构件10、升力控制单元、微控制器、机身本体1和供电电池；其中，所述姿势调整构件10用于对所述无人机4的飞行姿势进行调整，以适应不同位置的巡检需要；
各个所述电机2对称分布在一组所述支撑杆12上形成动力部；一组所述驱动杆7的一端与所述支撑杆12的杆体连接；一组所述驱动杆7的另一端与所述姿势调整构件10驱动连接，以使得无人机4的飞行姿势能进行改变；
所述动力部对称设置在所述机身本体1的周侧且各个所述电机2与所述升力控制单元驱动连接，以配合所述升力控制单元提供升力；
所述电机2、升力控制单元、姿势调整构件10、供电电池和微控制器均设置在所述机身本体1上；所述微控制器分别与升力控制单元、所述供电电池、姿势调整构件10和所述电机2控制连接；所述供电电池与所述升力控制单元和微控制器电连接；
另外，所述姿势调整构件10包括一组驱动齿轮、姿势调整驱动机构8、伸缩杆9、伸缩驱动机构、以及伸长检测件；一组所述驱动齿轮分别设置在一组所述驱动杆7远离所述支撑杆12一端的端部，且所述驱动齿轮与所述姿势驱动机构驱动连接；
所述伸缩杆9的两端分别与所述驱动杆7的杆体铰接，所述伸缩驱动机构与所述伸缩杆9驱动连接，以使得所述伸缩杆9进行伸缩操作；所述伸长检测件用于对所述伸缩杆9的伸出的长度进行检测；所述伸缩杆9设置为双头伸缩杆9；
其中，所述姿势调整驱动机构8与所述伸缩驱动机构设置为同步驱动；
另外，当所述支撑杆12的位置姿势与设定的姿势不一致时，通过所述云盒和微控制器控制所述姿势调整驱动机构8和所述伸缩驱动机构分别对所述驱动杆7和伸缩杆9进行驱动，使得所述支撑杆12的当前位置姿势产生改变，此时，所述伸长检测件实时对两个伸缩杆9的伸缩长度进行检测，直到所述伸长检测件的伸缩长度与所需的姿势一致，则所述云盒和所述微控制器控制所述姿势调整驱动机构8和所述伸缩驱动机构停止驱动所述驱动杆7和伸缩杆9，并保持当前的姿势；若需要对支撑杆12的位置姿势进行调整，则重复上述的操作；
在本实施例中，所述云盒为通信模组，并安装在所述无人机4的机身本体1的下端面；优选的，所述云盒采用天宇云盒M1；
可选的，所述监测模块包括采集单元和采样单元，所述采集单元用于对输电塔上的数据进行采集；所述采样单元对输电线路和输电塔的图像和视频数据进行采样；
通过所述采集单元和所述采样单元的相互配合，使得对所述输电线路的廊道和输电塔上的线路、器件和输电电线进行监测，以实现对所述输电线路和输电塔状态的监控；
所述采集单元固定设置在所述输电塔上，并输电塔上的设备进行监测，以捕获所述输电塔上的设备和输电线路的视频数据；
所述采样单元与所述无人机4本体可拆卸连接，并跟随所述无人机4对输电线路的廊道和输电塔进行巡检，以采集所述输电线路廊道和输电塔的图像和视频数据；
所述采集单元包括固定座、采集探头、位置调整构件和传输电线，所述固定座用于对位置调整构件和所述采集探头进行支撑，使所述采集探头能固定在所述输电塔上；所述传输电线用于连接所述采集探头和所述光纤环网基站，使得所获所述采集探头上的数据能直接传输至所述光纤环网基站中；
所述采集探头设置在所述位置调整构件上，并在所述位置调整构件的调整下，促使所述采集探头能对不同位置的输电线路和输电设备进行视频数据的采集；
所述位置调整构件包括连接杆、转向座、转向驱动机构和转向检测件，所述连接杆的一端与所述固定座连接，所述连接杆的另一端与所述转向座铰接；所述转向驱动机构设置所述转向座中，并与所述连接杆的杆体端部驱动连接；其中，所述连接杆与所述转向座铰接的杆体端部设置固定齿轮，且所述固定齿轮与所述转向驱动机构啮合；所述转向检测件用于对所述转向座的转向角度进行检测；
其中，所述转向检测件、所述处理器、所述转向驱动机构之间形成闭环，若所述采集探头的角度与设定的角度不符，则通过所述处理器控制所述转向驱动机构驱动所述固定齿轮，使得所述转向座能沿着铰接位置进行转动，此时，所述转向检测件对所述转向座的转向角度进行检测，直到所述转向检测件反馈的角度与设定的角度相符为止；
另外，所述采样单元包括采样探头3、俯仰调整构件和转动构件5，所述采样探头3采集所述输电线路和输电塔的图像和视频数据；所述转动构件5用于对所述采样探头3和所述俯仰调整构件的水平采集姿势进行调整；所述俯仰调整构件用于对所述采样探头3的俯仰采集角度进行调整；
其中，所述采样探头3设置在所述俯仰调整构件上形成俯仰调整部；所述俯仰调整部设置在所述转动构件5上；
可选的，所述转动构件5包括卡接杆11、转动座、转动驱动机构和角度检测件，所述卡接杆11的一端与所述无人机4本体可拆卸连接，所述卡接杆11的另一端与所述转动座的一侧端面铰接形成铰接部；所述俯仰调整部与所述转动座的另一侧端面铰接；所述转动驱动机构与所述铰接部驱动连接，以使所述转动座能沿着铰接位置转动；
其中，所述转动座、角度检测件、微控制器和转动驱动机构形成一个闭环控制，当所述转动座的当前角度与设定的角度不一致，则通过所述微控制器向所述转动驱动机构发出驱动指令，使所述转动驱动机构驱动所述铰接部进行转动，此时，所述角度检测件对所述转动座的转动角度进行检测，直到所述角度检测件的检测值与所需的角度相等时，所述微控制器控制所述转动驱动机构停止驱动所述铰接部；
所述俯仰调整构件包括支撑杆12、调整座13、转动检测件和调节驱动机构，所述采样探头3设置在所述调整座13上以形成调节部；
所述支撑杆12的一端与所述转动座的一侧端面铰接；所述支撑杆12的另一端与所述调节部铰接；所述调节驱动机构驱动所述支撑杆12沿着铰接的位置进行转动，以实现俯仰角度的调整；所述转动检测件用于对所述调节部的调节角度进行检测；所述调节驱动机构设置在所述调整座13上，并与所述支撑杆12的一端端部驱动连接；
其中，所述调整座13、转动检测件、微控制器和调节驱动机构形成一个闭环控制，当所述调整座13的当前角度与设定的角度不一致，则通过所述微控制器向所述调节驱动机构发出驱动指令，使所述调节驱动机构驱动所述支撑杆12进行转动，此时，所述转动检测件对所述调整座13的转动角度进行检测，直到所述转动检测件的检测值与所需的角度相等时，所述微控制器控制所述调节驱动机构停止驱动所述支撑杆12；
通过所述转动构件5与所述俯仰调节构件的相互配合，使得所述采样探头3的采集角度能被调整，以配合所述无人机4对所述输电线路和输电塔的巡检，提升巡检过程的巡检精度；
可选的，所述云盒搭载在所述无人机4上并被配置为用于接收所述光纤环网基站发射的无线信号；所述云盒通过物理接口连接无人机4，以控制所述无人机4的巡检动作；
可选的，所述云盒还被构造为接收所述无人机4上的采样单元采集的数据、获取无人机4实时位置与视频信息、控制飞机起降及相机拍摄，实时视频直播、视频通道管理及飞行数据管理；
所述云盒在对所述无人机4的巡检动作进行调整时，通过控制所述姿势调整构件10，以实现调整所述无人机4的巡检动作；
其中，所述云盒还与所述监测模块的采样单元进行连接，以将所述采用单元采样到的数据，通过所述云盒传输至所述光纤环网基站进行传输，以实现对采样数据的高效传输，实现所述采样单元的实时精准传输；
当所述无人机4携带所述采样单元和云盒对所述输电线路、输电塔、以及输电线路附近的环境进行采集；同时，在靠近所述光纤环网基站时，与所述光纤环网基站进行通信连接，以建立安全认证操作，使得将所述云盒上存储的采集单元的采集数据传输至所述光纤环网基站中；
其中，所述安全认证操作由所述安全认证模块执行；
通过云盒与无人机4进行实时数据交互，能够获取无人机4实时位置与视频信息，远程控制飞机起降及相机拍摄，实时视频直播及视频通道管理；云盒具备飞行数据管理能力，可自动记录详细飞行数据并可回放飞行轨迹数据，统计飞行时间，为设备维护和飞行合规提供保障，具备自主航线规划能力，可任意设定航点进行自主航线规划，可为每航点添加丰富的航点动作，可让无人机4按照规划的航线及动作执行任务，具备角色权限管理功能，可对成员进行不同角色定义，并分配不同的权限，让操作分职分责，组织高效运转，具有扩展性，具有灵活的接口，可通过API、SDK以及标准的GB/T28181挂接丰富的行业后处理软件，实现大数据的分析管理及报告生成；
在本实施例中，所述采集探头和采样探头3可采用热成像双光谱监测探头、摄像头、数码相机和红外摄像机等，以采集所述输电线路、输电塔、以及输电廊道周围环境的光热图像、烟雾、以及输电电线上的异常发热位置，并将采集到的数据传输到主站中；采用高灵敏度热源探测和/或智能烟雾检测探头实时监测热源温度和烟雾信息，当监测到温度超过预设值或监测到温度时，将采集到的图像上传至主站；
同时，还配合图像处理技术将场景中背景和目标分离，识别出真正的目标，去除背景干扰(如树叶抖动、水面波浪、灯光变化)，进而分析在摄像机场景内出现的预警目标，并将分析结果上送至云端服务器；
另外，在所述输电塔上设置的采集探头可采用高灵敏度热源探测探头和智能烟雾探头，支持1km范围内异常热源监测；日夜监测绝缘子串和金具局部发热、明火、暗火、秸秆焚烧、耕种火等；实时对输电塔、绝缘子串、超高树木、施工机械等输电线路本体及通道环境定时轮巡，代替人工巡线；如确定真实火情，立刻采集火点双光图像上传到后台报警；
另外，所述光纤环网基站包括信号发射装置、信号接收装置、光模块和传输光纤，所述数据接收模块用于接收所述云盒的传输的数据；所述信号发射装置用于向所述云盒发射信号，以实现与所述云盒的数据传输和交互；所述光模块与所述传输光纤连接，以实现远距离光传导和传输通讯；另外，在远距离传输的过程中，通过多个光模块对所述传输光纤进行传输，以将数据在各个所述光纤环网基站与所述主站之间进行传输；
所述主站可设置在中央控制中，并获取各个光纤环网基站的数据，以实现对整个输电线路、输电廊道和输电塔的实时状态进行监控；
同时，主站与各个分站的所述光纤环网基站通过光纤进行远距离传输，使得所述光纤环网基站上的数据能传输至所述主站中；
另外，在本实施例中，携带所述云盒的无人机4需要进入所述光纤环网基站的所述信号发射装置所覆盖的范围内，才可与所述光纤环网基站的数据接收装置进行数据的传输，以将所述云盒上的数据传输至所述光纤环网基站中；
通过所述云盒与各个所述光纤环网基站之间的配合，使得无人机4的所述采样探头3采集的输电线路和输电塔的巡检数据能传输至所述光纤环网基站中，实现所述巡检数据传输的实时性和高效性；
另外，所述云盒与所述光纤环网基站进行数据传输之前，需要通过所述交互模块建立所所述云盒与所述光纤环网基站的连接配对关系，建立好配对关系后，通过所述安全认证模块对身份进行核验，以确保数据传输的安全性和可靠性；
可选的，所述交互模块被配置为设置在所述无人机4上，其中，所述交互模块包括交互单元和配对单元，所述配对单元用于将所述无人机4与所述光纤环网基站配对关系；所述交互单元用于将建立配对关系的所述无人机4与所述光纤环网基站进行数据传输；
值得注意的是，所述云盒与所述光纤环网基站进行数据传输时，需要满足：
1)所述云盒与所述光纤环网基站建立配对关系；
2)所述云盒与所述光纤环网基站通过所述安全认证模块认证且认证通过；
通过所述交互模块与所述安全认证模块的相互配合，使得所述云盒与所述光纤环网基站进行数据传输、配对和认证更加精准和高效；
所述配对单元在所述云盒靠近所述光纤环网基站的配对识别范围内，则所述配对单元则向所述光纤环网基站发送一个配对识别码，所述光纤环网基站在接收所述配对识别码后，建立预配对关系；
同时，当所述云盒与所述光纤环网基站建立配对关系后，通过所述服务器和所述安全认证模块对云盒的身份进行验证，服务器或数据库中存在所述云盒的身份且身份验证通过后，则将预配对关系转换为配对传输关系；若认证不通过，则将断开建立的预配对关系，撤销对云盒生成的访问请求，并拒绝在时间阈值内重新建立配对识别请求；
另外，所述云盒与所述光纤环网基站建立配对关系后，还通过交互单元对云盒与所述光纤环网基站的传输状态进行反馈，以实时掌握所述云盒和所述光纤环网基站的传输完成情况；在传输的过程中，所述云盒控制所述无人机4进行悬停状态；
若所述交互单元接收到所述光纤环网基站的传输完成反馈，则所述云盒控制所述无人机4由悬停状态转变为远离的当前位置；
其中，所述交互单元包括信号传输器和交互器，所述信号传输器用于向光纤环网基站发送的交互指令；所述交互器用于对信号传输器的交互指令进行接收；所述交互器设置在所述光纤网基站中；所述光纤环网基站通过识别交互指令，以响应所述交互指令反馈自身的状态数据和数据接收的情况；
通过所述配对单元与所述交互单元的相互配合，提升所述云盒和所述光纤环网基站之间数据传输的安全，也进一步兼顾所述云盒和所述光纤环网基站之间数据传输状态的精准反馈，提升无人机4、云盒和光纤环网基站之间的协同配合能力；
进一步的，所述安全认证模块包括身份授予终端、身份授予协议和认证单元，所述身份授予终端用于对所述无人机4和所述光纤环网基站授予安全认证码；所述认证单元根据所述身份授予终端授予的安全认证码认证所述无人机4和所述光纤环网基站，以将所述监测模块采集的数据传输到主站和服务器中；所述身份授予协议是一种用于生成安全认证码的协议，是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
所述身份授予终端根据安全认证码授予协议生成安全认证码；所述身份授予终端根据下式生成安全认证码：
式中，Securei(j)为第i个云盒的安全认证码第j位字符对应的值；Gi为第i个所述云盒的当前等级；Gemi为第i个所述云盒的基础等级基数；ranki为第i个所述云盒的访问等级；κ为随机数，其值与所述光纤环网基站与所述云盒的配对次数有关；Timei为一个工作周期中第i个云盒授权的总次数；Numi为第i个云盒当天授权的次数；Oldi(j)为第i个所述云盒前一次的安全认证码第j个字符对应的值；seriesi为第i个云盒的身份识别码ID；
其中，新生成的安全认证码需与前一次的安全认证码不一致才有效；
可选的，所述认证单元包括安全验证器和安全证书，所述安全验证器用于对所述安全认证码进行验证；所述安全证书被预置在所述安全验证器中，以配合所述安全验证器对所述安全验证码进行验证；
所述安全验证器从所述云盒和光纤环网基站中接收多个安全证书；
所述安全验证器向所述服务器发送验证请求，使服务器确定所述云盒和光纤环网基站中是否被验证满足预定的安全标准；
并由所述安全验证器判断安全凭证是否满足网络安全阈值；其中，安全阈值包括由EMVco、W3C和OWASP中的至少一种建立的全球安全标准；
所述服务器接收所述安全验证器的验证请求后，由所述服务器确定所述云盒和光纤环网基站中是否被验证满足预定安全标准并且安全凭证满足网络安全阈值时，由服务器调用所述身份授予终端生成的所述安全认证码，并根据每个生成的安全认证码、所述云盒、以及所述光纤环网基站唯一的身份ID，接收源自所述交互模块、所述云盒、以及所述光纤环网基站之间的交互请求；
通过认证单元对所述云盒与所述光纤环网基站进行验证，使得所述云盒与所述光纤环网基站之间的数据传输的安全性，最大限度防止巡检数据泄露或者丢失，提升整个数据传输系统的传输的精准传输和便捷性。
实施例二。
本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，还在于所述数据传输系统还包括定位模块，所述定位模块用于对所述无人机4和所述光纤环网基站的位置进行定位，以实现所述无人机4和所述光纤环网基站对位置的精准调用；
所述定位模块包括定位单元、调用单元和分析单元，所述定位单元用于对所述无人机4和所述光纤环网基站的位置进行定位；所述调用单元用于调用所述无人机4和所述光纤环网基站的实时位置；
所述分析单元根据所述调用单元所反馈的实时数据，计算所述无人机4与特定的光纤环网基站的相对距离；
所述定位模块分别设置在所述无人机4和各个所述光纤环网基站上，以对所述无人机4和各个所述光纤环网基站的位置进行定位；
所述定位单元包括定位器和定位传输器，所述定位器用于对所述无人机4和所述光纤环网基站的位置进行定位；所述定位传输器根据所述定位器的定位位置数据，将位置数据通过有线和无线传输的方式传输至服务器中；
对于所述无人机4上的所述定位模块，优选的采用无线的方式进行定位位置数据的传输；其中，所述定位传输器通过无线传输的方式将所述无人机4和所述光纤环网基站的实时位置传输至所述服务器中；对于所述定位传输器通过无人机4的联网功能将位置数据传输至云端，并由云端传输至所述服务器中；
对于所述光纤环网基站上的定位单元的定位传输器，则通过有线的方式进行传输，即：通过传输光纤将定位位置数据传输至主站，并由主站上传至所述服务器中；
当所述云盒需要与某一个所述光纤环网基站(所述光纤环网基站设有唯一标识的身份识别码)进行数据传输时，通过所述调用单元所述光纤环网基站的定位位置数据，并一同传输至所述分析单元中进行传输；
所述分析单元获取所述调用单元对所述光纤环网基站的定位位置数据S1(x1，y1)和所述无人机的实时位置S2(x2，y2)，并根据下式计算两者之间的位置传输距离Distant：
另外，所述分析单元获取所述输电线路廊道的各个光纤环网基站的等效传输距离SET_WIFI(θs)：
式中，Re为等效地球半径，满足：Re＝K*R，K为标准地球半径因子，常取K＝4/3，R为地球半径；Ht为所述无人机的实时高度，其值根据设置在所述无人机上的高度传感器获得；Hr为所述光纤环网基站的高度，其值根据所述光纤环网设置在所述输电塔高度位置所确定，其值为固定值(已知值，已经预置在服务器中)；θs为信号传输修正角，满足：
θs＝γ+Δθ
式中，γ为所述无人机与所述输电线路和输电塔的最小可视角度；△θ为所述无人机与所述输电线路和输电塔的巡检仰角，其值根据：λ为信号发出的波长；dmax为障碍物与光纤环网基站的斜距；
所述分析单元还获取各个所述光纤环网基站信号最远传输距离SET_WIFImax(θ)：
式中，Pt为所述信号发射器的发射功率；Gt(θ)为所述光纤环网基站的信号发射器的天线增益，由光纤环网基站的选型和参数决定；θ为天线仰角，根据具体值进行取值；Gr为所述接收天线增益，由光纤环网基站的选型和参数决定；Pmin为所述无人机的信号接收功率；Lsum为信号损耗总量，信号损耗总量包括：天线馈线损耗、大气损耗、透镜损耗和接头损耗；
综合所述输电线路廊道的各个光纤环网基站的等效传输距离SET_WIFI(θs)和各个所述光纤环网基站信号最远传输距离SET_WIFImax(θ)，并根据下式确定各个所述光纤环网基站信号最佳传输距离SET_D，满足：
SET_D＝min{SET_WIFI(θs)，SET_WIFImax(θ)}
其中，为了促使无人机上的所述云盒与各个所述光纤环网基站之间获得最佳的数据传输效果，则最佳传输距离SET_D从等效传输距离SET_WIFI(θs)和最远传输距离SET_WIFImax(θ)选择最小的距离值，以保证所述云盒与所述光纤环网基站的数据传输；
若所述位置传输距离Distant和最佳传输距离SET_D之间满足：
Distant≤SET_D，
则将通过所述交互模块对所述云盒与各个所述光纤环网基站进行配对，并在配对验证通过后，通过所述安全认证模块对云盒和各个所述光纤环网基站进行认证，以建立巡检数据传输；
当无人机携带所述云盒进入某个光纤环网基站，且满足：
Distant≤SET_D，
则通过配对模块和安全认证模块进行配对和安全认证的操作，并在执行上述的配对和安全认证后，由所述云盒控制所述无人机进行悬停，并将云盒上的巡检数据传输至该光纤环网基站中；
通过定位模块与所述云盒和各个所述光纤环网基站之间的配合，使得所述云盒与各个所述光纤环网基站的巡检数据的传输更加便捷，提升巡检数据传输的高效性。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。
Claims (9)
1.一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，所述数据传输系统包括主站、服务器、以及无人机，其特征在于，所述数据传输系统还包括交互模块、安全认证模块、监测装置、光纤环网基站、至少一个云盒，
所述服务器分别与所述交互模块、无人机、所述云盒、所述安全认证模块、所述监测装置和所述光纤环网基站连接；
所述光纤环网基站用于与所述主站和云盒之间传输数据；
所述监测装置用于对输电线路和输电线路的环境进行监测，以获取输电线路、以及与所述输电线路附近环境的视频数据；
所述交互模块用于与所述云盒和光纤环网基站进行交互，以实现将所述监测装置的数据进行传输；
所述安全认证模块用于对所述监测模块的身份和传输的数据进行认证；
所述安全认证模块包括身份授予终端、身份授予协议和认证单元，所述身份授予终端用于对所述无人机和所述光纤环网基站授予安全认证码；所述认证单元根据所述身份授予终端授予的安全认证码认证所述无人机和所述光纤环网基站，以将所述监测装置采集的数据传输到主站和服务器中；
所述身份授予终端根据安全认证码授予协议生成安全认证码；所述身份授予终端根据下式生成安全认证码：
式中，Securei(j)为第i个云盒的安全认证码第j位字符对应的值；Gi为第i个所述云盒的当前等级；Gemi为第i个所述云盒的基础等级基数；ranki为第i个所述云盒的访问等级；κ为随机数，其值与所述光纤环网基站与所述云盒的配对次数有关；Timei为一个工作周期中第i个云盒授权的总次数；Numi为第i个云盒当天授权的次数；Oldi(j)为第i个所述云盒前一次的安全认证码第j个字符对应的值；seriesi为第i个云盒的身份识别码ID；
其中，新生成的安全认证码需与前一次的安全认证码不一致才有效。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，其特征在于，所述交互模块包括交互单元和配对单元，所述配对单元用于将所述无人机与所述光纤环网基站配对关系；所述交互单元用于将建立配对关系的所述无人机与所述光纤环网基站进行数据传输；
所述交互单元包括信号传输器和交互器，所述信号传输器用于向光纤环网基站发送的交互指令；所述交互器用于对信号传输器的交互指令进行接收；所述交互器设置在所述光纤环网基站中；所述光纤环网基站通过识别交互指令，以响应所述交互指令反馈自身的状态数据和数据接收的情况。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，其特征在于，所述监测模块包括采集单元和采样单元，所述采集单元用于对输电塔上的数据进行采集；所述采样单元对输电线路和输电塔的图像和视频数据进行采样；
所述采样单元包括采样探头、俯仰调整构件和转动构件，所述采样探头采集所述输电线路和输电塔的图像和视频数据；所述转动构件用于对所述采样探头和所述俯仰调整构件的水平采集姿势进行调整；所述俯仰调整构件用于对所述采样探头的俯仰采集角度进行调整；
其中，所述采样探头设置在所述俯仰调整构件上形成俯仰调整部；所述俯仰调整部设置在所述转动构件上。
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，其特征在于，所述光纤环网基站包括信号发射装置、信号接收装置、光模块和传输光纤，所述数据接收模块用于接收所述云盒的传输的数据；所述信号发射装置用于向所述云盒发射信号，以实现与所述云盒的数据传输和交互；所述光模块与所述传输光纤连接，以实现远距离光传导和传输通讯。
5.根据权利要求4所述的一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，其特征在于，所述认证单元包括安全验证器和安全证书，所述安全验证器用于对所述安全认证码进行验证；所述安全证书被预置在所述安全验证器中，以配合所述安全验证器对所述安全认证码进行验证；
所述安全验证器从所述云盒和光纤环网基站中接收多个安全证书；
所述安全验证器向所述服务器发送验证请求，使服务器确定所述云盒和光纤环网基站中是否被验证满足预定的安全标准；
并由所述安全验证器判断安全凭证是否满足网络安全阈值；
所述服务器接收所述安全验证器的验证请求后，由所述服务器确定所述云盒和光纤环网基站中是否被验证满足预定安全标准并且安全凭证满足网络安全阈值时，由服务器调用所述身份授予终端生成的所述安全认证码，并根据每个生成的安全认证码、所述云盒、以及所述光纤环网基站唯一的身份ID，接收源自所述交互模块、所述云盒、以及所述光纤环网基站之间的交互请求。
6.根据权利要求5所述的一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，其特征在于，所述云盒搭载在所述无人机上并被配置为用于接收所述光纤环网基站发射的无线信号；所述云盒通过物理接口连接无人机，以控制所述无人机的巡检动作。
7.根据权利要求6所述的一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，其特征在于，所述云盒还被构造为接收所述无人机上的采样单元采集的数据、获取无人机实时位置与视频信息、控制飞机起降及相机拍摄，实时视频直播、视频通道管理及飞行数据管理。
8.根据权利要求7所述的一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，其特征在于，所述转动构件包括卡接杆、转动座、转动驱动机构和角度检测件，所述卡接杆的一端与所述无人机本体可拆卸连接，所述卡接杆的另一端与所述转动座的一侧端面铰接形成铰接部；所述俯仰调整部与所述转动座的另一侧端面铰接；所述转动驱动机构与所述铰接部驱动连接，以使所述转动座能沿着铰接位置转动。
9.根据权利要求8所述的一种基于光纤环网的无人机巡检数据传输系统，其特征在于，所述云盒为通信模组，并安装在所述无人机的机身本体的下端面。
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Non-Patent Citations (1)
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| 无人机电力巡检系统中的通信方法;傅力帅;吴一飞;张毅磊;牛纯春;潘桢;;电子技术与软件工程(第15期);全文 * |
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