CN115834079B - 基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统及方法，系统包括无人机，还包括：环网交换机用于构建光纤环网，以实现光电信号的转换；安全网关用于网省内外网信息安全隔离，产生加密证书申请文件，并向数字证书认证中心申请签发数字加密证书；数字证书认证中心服务器用于根据加密证书申请文件及申请信息签发数字安全加密证书；无人机机巢安装安全网关对应的客户端；客户端用于导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果；无人机机巢根据认证协商结果构建安全数据传输隧道。本发明解决了在无运营商网络覆盖或信号不稳定的地区，无人机巡检高清视频及监测数据无法可靠安全回传的问题。

Description

基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统及方法。

背景技术

在电网架空输电线路巡检中，无人机巡检极大的提高了巡视效率，直观、准确的反应了线路运行情况，无人机巡检已成为输电线路的重要巡检手段。且随着技术的发展，无人机巡检业务正在从人工操作巡检到网格化部署无人机机巢，实现无人化自动巡检的功能。现有技术中，若在无运营商网络覆盖或信号不稳定的地区，无人机巡检高清视频及监测数据无法可靠安全回传。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统及方法，本发明解决了在无运营商网络覆盖或信号不稳定的地区，无人机巡检高清视频及监测数据无法可靠安全回传的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统，包括无人机，还包括：

数字证书认证中心服务器、巡检监测平台、客户端和依次连接的无人机机巢、环网交换机及安全网关；所述无人机机巢分别与所述巡检监测平台和所述客户端无线连接；所述数字证书认证中心服务器、巡检监测平台、客户端设置在内网；所述环网交换机和安全网关设置在变电站或换流站；所述无人机与所述无人机机巢连接；

所述环网交换机用于构建光纤环网，以实现光电信号的转换；所述无人机用于巡检目标区域，并拍摄视频和图像数据；所述安全网关用于网省内外网信息安全隔离，产生加密证书申请文件，并向数字证书认证中心申请签发数字加密证书；所述数字证书认证中心服务器用于根据加密证书申请文件及申请信息签发数字安全加密证书；所述无人机机巢用于为所述无人机充电，并安装所述安全网关对应的所述客户端；所述客户端用于导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果；所述无人机机巢根据所述认证结果构建安全数据传输隧道，并对所述视频和图像数据进行分析计算，得到分析后的数据，并基于所述安全数据传输隧道将所述分析后的数据传输到所述无人机。

优选地，所述无人机机巢包括：

两两相互连接的主控单元、微型气象站和电源单元；

所述微型气象站用于为所述无人机机巢提供多维度监测数据；所述主控单元用于根据所述多维度监测数据判断所述无人机是否满足巡检飞行要求，若是，则启动所述无人机，对所述目标区域进行巡检，若否，则取消巡检任务。

优选地，所述多维度监测数据包括：

温度监测数据、湿度监测数据、大气压监测数据、雨量监测数据、光辐射监测数据、风速监测数据和风向监测数据。

优选地，所述主控单元包括：

均与处理器子单元连接的光纤通信子单元、数传电台、边缘计算子单元、第一北斗实时差分定位子单元、执行结构、无人机充电子单元和安全防护子单元；

所述处理器子单元还用于协调所述光纤通信子单元、数传电台、边缘计算子单元、第一北斗实时差分定位子单元、执行结构、无人机充电子单元和安全防护子单元的工作；所述光纤通信子单元还用于对所述视频和图像数据和分析后的数据进行传输，并对传输数据链路进行阻碍诊断，若诊断为受阻线路，则自动跳转另外一条线路；所述数传电台还用于获取实时北斗差分定位差分修正数据；所述边缘计算子单元还用于对所述视频和图像数据进行分析计算；所述第一北斗实时差分定位子单元还用于计算所述无人机机巢的位置信息；所述执行机构还用于打开或关闭无人机机巢仓门；所述无人机充电子单元用于给所述无人机充电；所述安全防护子单元用于安装所述安全网关对应的所述客户端，客户端用于导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果，根据所述认证结果构建安全数据传输隧道。

优选地，所述处理器子单元通过通用异步收发器接口与所述数传电台和所述第一北斗实时差分定位子单元连接；所述处理器子单元通过网络与所述安全防护子单元连接；所述处理器子单元通过异步传输标准接口与所述执行机构连接。

优选地，所述无人机包括：

第二北斗实时差分定位子单元，还用于计算所述无人机的位置信息。

优选地，所述电源单元包括：

蓄电池、太阳能板和充电控制器；

所述充电控制器用于对所述蓄电池的电量进行控制。

一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信方法，包括：

利用环网交换机构建光纤环网，以实现光电信号的转换；

利用无人机巡检目标区域，并拍摄视频和图像数据；

利用安全网关进行网省内外网信息安全隔离，产生加密证书申请文件，并向数字证书认证中心申请签发数字加密证书；

利用数字证书认证中心服务器根据加密证书申请文件及申请信息签发数字安全加密证书；

利用无人机机巢为所述无人机充电，并安装所述安全网关对应的客户端；

利用客户端用于导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果；

利用无人机机巢根据所述认证结果构建安全数据传输隧道，并对所述视频和图像数据进行分析计算，得到分析后的数据，并基于所述安全数据传输隧道将所述分析后的数据传输到所述巡检监测平台。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统及方法，本发明通过安全网关和无人机机巢，构建一条私有的数据传输通道，实现了无人机视频和图像数据的加解密安全可靠传输，提升了信息数据传输的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的无人机机巢安全通信系统示意图；

图2为本发明实施例提供的无人机机巢系统示意图；

图3为本发明实施例提供的安全传输流程示意图；

图4为本发明实施例提供的光纤环网示意图。

附图标记说明：

1-无人机，2-无人机机巢，3-环网交换机，4-安全网关，5-数字证书认证中心服务器，6-巡检监测平台，7-客户端，2.1-主控单元，2.11-光纤通信子单元，2.12-数传电台，2.13-边缘计算子单元，2.14-第一北斗实时差分定位子单元，2.15-执行结构，2.16-无人机充电子单元，2.17-安全防护子单元，2.18-处理器子单元，2.2-电源单元，2.21-太阳能板，2.22-蓄电池，2.23-充电控制器，2.3-微型气象站。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。

本发明的目的是提供一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统及方法，本发明解决了在无运营商网络覆盖或信号不稳定的地区，无人机巡检高清视频及监测数据无法可靠安全回传的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢2安全通信系统，包括无人机1，还包括：

数字证书认证中心服务器5、巡检监测平台6、客户端7和依次连接的无人机机巢2、环网交换机3及安全网关4；所述无人机机巢2分别与所述巡检监测平台6和所述客户端7无线连接；所述数字证书认证中心服务器5、巡检监测平台6、客户端7设置在内网；所述环网交换机3和安全网关4设置在变电站或换流站；所述无人机1与所述无人机机巢2连接；

所述环网交换机3用于构建光纤环网，以实现光电信号的转换；所述无人机1用于巡检目标区域，并拍摄视频和图像数据；所述安全网关4用于网省内外网信息安全隔离，产生加密证书申请文件，并向数字证书认证中心申请签发数字加密证书；所述数字证书认证中心服务器5用于根据加密证书申请文件及申请信息签发数字安全加密证书；所述无人机机巢2用于为所述无人机1充电，并安装所述安全网关4对应的所述客户端7；所述客户端用7于导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果；所述无人机机巢2根据所述认证结果构建安全数据传输隧道，并对所述视频和图像数据进行分析计算，得到分析后的数据，并基于所述安全数据传输隧道将所述分析后的数据传输到所述无人机1。

进一步的，如图2所示，所述无人机机巢2包括：

两两相互连接的主控单元2.1、微型气象站2.3和电源单元2.2；

所述微型气象站2.3用于为所述无人机机巢2提供多维度监测数据；所述主控单元2.1用于根据所述多维度监测数据判断所述无人机1是否满足巡检飞行要求，若是，则启动所述无人机1，对所述目标区域进行巡检，若否，则取消巡检任务。

主控单元2.1根据巡检计划任务并结合微型气象站2.3数据研判当前气象环境是否满足飞行条件，当条件满足时通知执行结构打开仓门，无人机1按照巡检路线执行巡检任务。

进一步的，所述多维度监测数据包括：

温度监测数据、湿度监测数据、大气压监测数据、雨量监测数据、光辐射监测数据、风速监测数据和风向监测数据。

进一步的，所述主控单元2.1包括：

均与处理器子单元2.18连接的光纤通信子单元2.11、数传电台2.12、边缘计算子单元2.13、第一北斗实时差分定位子单元2.14、执行结构、无人机充电子单元2.16和安全防护子单元2.17；

所述处理器子单元2.18还用于协调所述光纤通信子单元2.11、数传电台2.12、边缘计算子单元2.13、第一北斗实时差分定位子单元2.14、执行结构、无人机充电子单元2.16和安全防护子单元2.17的工作；所述光纤通信子单元2.11还用于对所述视频和图像数据和分析后的数据进行传输，并对传输数据链路进行阻碍诊断，若诊断为受阻线路，则自动跳转另外一条线路；所述数传电台2.12还用于获取实时差分定位差分修正数据；所述边缘计算子单元2.13还用于对所述视频和图像数据进行分析计算；所述第一北斗实时差分定位子单元2.14还用于计算所述无人机机巢2的位置信息；无人机机巢2通过数传电台2.12从配置的CORS基准站获取实时差分定位差分校准参数，输入实时差分定位单元解算得到无人机机巢2的高精度位置信息，便于维护管理。所述执行机构2.15还用于打开或关闭无人机机巢2仓门；所述无人机充电子单元2.16用于给所述无人机1充电；所述安全防护子单元2.17用于安装所述安全网关4对应的所述客户端7，导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果，根据所述认证结果构建安全数据传输隧道。

如图3-4所示，无人机机巢2网格化分布式安装在输电线路有光纤接续盒和巡维监测需求的铁塔横担上(根据光纤接续盒大概3～5km分布一个的特点，结合监测场景需求部署无人机机巢2，实现线路的无人自主化巡检)。无人机机巢2通过2根光纤跳线与光纤接续盒内分配的2芯光纤熔接，光纤通信单元与光纤接续盒连接，搭建光纤环网通信，无人机机巢2光纤通信单元具备光纤通信链路诊断和环网组建功能，当检测到一路光纤通信受阻时，自动切换到另一路通信，保证通信传输的可靠性。

在变电站/换流站部署光纤环网交换机3和安全网关4通过网络连接，在内网部署数字证书认证中心服务器5，光纤环网交换机3与塔上机巢光纤通信单元组成光纤环网，通过光模块实现光信号的收发，通过光交换机实现光电信号转换。安全网关4实现接入内网的安全加密证书申请和认证，构建IPSEC VPN隧道实现机巢数据传输的协商认证和数据加解密传输。

安全网关4进行网省内外网信息安全隔离，产生加密证书申请文件，并向数字证书认证中心申请签发数字加密证书，将数字加密证书导入安全网关4，在无人机机巢2安全防护单元安装与安全网关4对应的安全接入客户端7，导入安全网关公钥文件。无人机机巢2认证成功后与安全网关4之间构建一条IPSEC VPN安全数据传输隧道，实现数据的加解密安全传输。

进一步的，所述处理器子单元2.18通过通用异步收发器接口与所述数传电台2.12和所述第一北斗实时差分定位子单元2.14连接；所述处理器子单元2.18通过网络与所述安全防护子单元2.17连接；所述处理器子单元2.18通过异步传输标准接口与所述执行机构2.15连接。

进一步的，所述无人机1包括：

第二北斗实时差分定位子单元，还用于计算所述无人机1的位置信息。无人机1实时通过数传电台2.12与无人机机巢2主控单元2.1通过，获取实时差分定位子差分校准参数，经过自身北斗实时差分定位子单元解算后得到高精度位置信息，该处用于无人机1定位巡航，实现高精度定位和巡航。无人机1巡检视频及图形数据通过数传电台2.12实时回传到无人机机巢2，无人机机巢2通过智能图片视频边缘计算分析后通过光纤网络回传到巡检监测平台6。

进一步的，所述电源单元2.2包括：

蓄电池2.22、太阳能板2.21和充电控制器2.23；

所述充电控制器2.23分别与所述蓄电池2.22和所述太阳能板2.21连接；

所述充电控制器2.23用于对所述蓄电池2.22的电量进行控制。

无人机机巢2通过电源系统供电，无人机1通过无人机机巢2充电单元充电。

本实施例还提供了一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信方法，包括：

利用环网交换机构建光纤环网，以实现光电信号的转换；

利用无人机巡检目标区域，并拍摄视频和图像数据；

利用安全网关进行网省内外网信息安全隔离，产生加密证书申请文件，并向数字证书认证中心申请签发数字加密证书；

利用数字证书认证中心服务器根据加密证书申请文件及申请信息签发数字安全加密证书；

利用无人机机巢为所述无人机充电，并安装所述安全网关对应的客户端；

利用客户端用于导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果；

利用无人机机巢根据所述认证结果构建安全数据传输隧道，并对所述视频和图像数据进行分析计算，得到分析后的数据，并基于所述安全数据传输隧道将所述分析后的数据传输到所述巡检监测平台。

本发明的有益效果如下：

基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统及方法解决无人机机巢与后台系统通信链路及安全问题，实现无运营商网络覆盖或信号不稳定的地区，无人机巡检高清视频及监测数据的可靠安全回传。

基于输电线路光纤通信构建光纤环网通信链路，基于全网和机巢安全防护单元构建IPSEC VPN隧道实现数据的安全传输。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统，包括无人机，其特征在于，还包括：

数字证书认证中心服务器、巡检监测平台、客户端和依次连接的无人机机巢、环网交换机及安全网关，所述无人机机巢网格化分布式安装在输电线路有光纤接续盒和巡维监测需求的铁塔上；所述无人机机巢分别与所述巡检监测平台和所述客户端无线连接；所述数字证书认证中心服务器、巡检监测平台、客户端设置在内网；所述环网交换机和安全网关设置在变电站或换流站；所述无人机与所述无人机机巢连接；

所述环网交换机用于构建光纤环网，以实现光电信号的转换；所述无人机用于巡检目标区域，并拍摄视频和图像数据；所述安全网关用于内外网信息安全隔离，产生加密证书申请文件，并向数字证书认证中心申请签发数字加密证书；所述数字证书认证中心服务器用于根据加密证书申请文件及申请信息签发数字安全加密证书；所述无人机机巢用于为所述无人机充电，并安装所述安全网关对应的所述客户端；所述客户端用于导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果；所述无人机机巢根据认证协商结果构建安全数据传输隧道，并对所述视频和图像数据进行分析计算，得到分析后的数据，并基于所述安全数据传输隧道将所述分析后的数据传输到所述巡检监测平台。

2.根据权利要求1所述的一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统，其特征在于，所述无人机机巢包括：

两两相互连接的主控单元、微型气象站和电源单元；

所述微型气象站用于为所述无人机机巢提供多维度监测数据；所述主控单元用于根据所述多维度监测数据判断所述无人机是否满足巡检飞行要求，若是，则启动所述无人机，对所述目标区域进行巡检，若否，则取消巡检任务。

3.根据权利要求2所述的一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统，其特征在于，所述多维度监测数据包括：

温度监测数据、湿度监测数据、大气压监测数据、雨量监测数据、光辐射监测数据、风速监测数据和风向监测数据。

4.根据权利要求2所述的一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统，其特征在于，所述主控单元包括：

均与处理器子单元连接的光纤通信子单元、数传电台、边缘计算子单元、第一北斗实时差分定位子单元、执行结构、无人机充电子单元和安全防护子单元；

所述处理器子单元还用于协调所述光纤通信子单元、数传电台、边缘计算子单元、第一北斗实时差分定位子单元、执行结构、无人机充电子单元和安全防护子单元的工作；所述光纤通信子单元还用于对所述视频和图像数据和分析后的数据进行传输，并对传输数据链路进行阻碍诊断，若诊断为受阻线路，则自动跳转另外一条线路；所述数传电台还用于获取北斗实时差分定位差分修正数据；所述边缘计算子单元还用于对所述视频和图像数据进行分析计算；所述第一北斗实时差分定位子单元还用于计算所述无人机机巢的位置信息；执行结构还用于打开或关闭无人机机巢仓门；所述无人机充电子单元用于给所述无人机充电；所述安全防护子单元用于安装所述安全网关对应的所述客户端，客户端用于导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果，根据认证协商结果构建安全数据传输隧道。

5.根据权利要求4所述的一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统，其特征在于，所述处理器子单元通过通用异步收发器接口与所述数传电台和所述第一北斗实时差分定位子单元连接；所述处理器子单元通过网络与所述安全防护子单元连接；所述处理器子单元通过异步传输标准接口与执行结构连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统，其特征在于，所述无人机包括：

第二北斗实时差分定位子单元，还用于计算所述无人机的位置信息。

7.根据权利要求4所述的一种基于输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统，其特征在于，所述电源单元包括：

蓄电池、太阳能板和充电控制器；

所述充电控制器用于对所述蓄电池的电量进行控制。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的输电线路光纤链路的无人机机巢安全通信系统的无人机机巢安全通信方法，其特征在于，包括：

利用环网交换机构建光纤环网，以实现光电信号的转换；

利用无人机巡检目标区域，并拍摄视频和图像数据；

利用安全网关进行内外网信息安全隔离，产生加密证书申请文件，并向数字证书认证中心申请签发数字加密证书；

利用数字证书认证中心服务器根据加密证书申请文件及申请信息签发数字安全加密证书；

利用无人机机巢为所述无人机充电，并安装所述安全网关对应的客户端；

利用客户端用于导入安全网关公钥文件，实现安全接入协商认证，输出认证协商结果；

利用无人机机巢根据认证协商结果构建安全数据传输隧道，并对所述视频和图像数据进行分析计算，得到分析后的数据，并基于所述安全数据传输隧道将所述分析后的数据传输到巡检监测平台。