CN116301057B - 一种无人机巡检系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机巡检系统及方法，属于无人机巡检领域，在通视区域内沿预设巡检线依次设置预设数量的无人机自动机场；最接近非通视区域的无人机自动机场为第一无人机自动机场，第一无人机自动机场用于部署第一无人机，第一无人机用于非通视区域的巡检；未部署所述第一无人机的所述无人机自动机场为第二无人机自动机场，实现了区域巡检的全域覆盖，无人机与自动机场解耦，让飞行范围不受限制，通过设置多个自动机场来支撑无人机在长距离或大范围区域中的接续飞行；第二无人机为非通视区域提供通信中继，具备非通视区域巡检作业能力，解决了现有技术中由于地形因素和非通视导致无人机巡检困难的技术问题。

Description

一种无人机巡检系统及方法

技术领域

本发明属于无人机领域，涉及无人机巡检方法，具体是一种无人机巡检系统及方法。

背景技术

随着无人机技术的蓬勃发展，无人机目前已广泛应用于农业、巡检、安防、救援等多个领域。现阶段运用最广泛的是用单架无人机的执行任务，由于这种方式是单机作业，如果任务的作业面积比较大，无人机需要多次往返进行人工换电，甚至多次转场才能完全覆盖任务区域，耗时较长、效率还是相对比较低；有些作业区域受制于地形因素，人员和设备都无法抵达，无人机和地面站无法通视进而不能通信等诸多方面的限制，无人机还无法到达作业区域，影响任务展开。

相比单架无人机存在的这些问题，无人机自动机场系统，是一种能够实现无人机自动起飞、自动巡检、自动回巢、自动充换电和智能存储的全流程自动化设施，可替代人工利用遥控器或地面站手动操控无人机进行空中巡检作业，提高无人机执行任务的自动化水平。目前已经有多旋翼无人机自动机场和垂直起降固定翼无人机自动机场，无人机自动机场续航里程有限，无人机只能在以无人机自动机场为中心，以无人机满电巡航里程的一半距离为半径进行巡检任务，为了满足大面积的作业任务，需要在巡检线路上部署无人机和无人机自动机场，需要花费高昂的成本。即使通过高昂的成本解决了大面积作业任务需求，目前的无人机自动机场部署还是无法解决受制于地形因素，无人机和地面站在非通视的情况下还无法到达作业区域，不能执行特定区域巡检任务。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种无人机巡检系统及方法，以解决现有技术中由于地形因素和非通视导致无人机巡检困难的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种无人机巡检系统，具体包括以下内容：

在通视区域内沿预设巡检线依次设置预设数量的无人机自动机场；

最接近非通视区域的所述无人机自动机场为第一无人机自动机场，所述第一无人机自动机场用于部署第一无人机，所述第一无人机用于非通视区域的巡检工作；

未部署所述第一无人机的所述无人机自动机场为第二无人机自动机场，在至少一个所述第二无人机自动机场内部署第二无人机，所述第二无人机在第一预设距离内可与所述无人机自动机场通信；

所述第一无人机和所述第二无人机在第二预设距离内可以通信。

本发明还包括以下技术特征：

所述第一无人机自动机场与相邻的所述第二无人机自动机场间的距离小于所述第二无人机自动机场间距离的一半。

相邻所述第二无人机自动机场间的距离d小于所述第二无人机的最大航程，且；

其中：

R为第二无人机的中继通信半径；

H为第二无人机的巡航高度。

所述无人机自动机场的预设数量基于通视区域的巡检长度和第一无人机的最大航程确定。

所述第一无人机用于非通视区域的巡检工作，包括：

在所述第二无人机巡检所述非通视区域时，所述第一无人机用于所述第二无人机与所述第一无人机自动机场间的通信中继；

或者，在所述第二无人机距离所述第一无人机自动机场为第三预设距离时，所述第一无人机起飞巡检所述非通视区域，并基于所述第二无人机与所述第一无人机自动机场通信。

相邻所述第二无人机自动机场间，以及所述第一无人机自动机场与其相邻所述第二无人机自动机场间均为有线通信。

所述第二无人机自动机场包括一个主机场，用于接收并下达指令至各所述无人机自动机场，以及用于接收各所述无人机自动机场的巡检数据。

所述第一无人机自动机场和第二无人机自动机场均通过与所述主机场邻近且通信相连的第二无人机自动机场与所述主机场建立通信。

一种无人机巡检方法，基于所述的无人机巡检系统进行巡检，具体包括以下；

所述第二无人机在通视区域沿预设巡检路线，按照预设巡检规则巡检至与所述第一无人机自动机场相邻的所述第二无人机自动机场，进行换电或充电；

所述第二无人机换电或充电后起飞，所述第一无人机在所述第一无人机自动机场起飞，并建立与所述第二无人机之间的通信；

所述第二无人机沿预设巡检路线飞往非通视区域，并将巡检信息通过所述第一无人机传输至所述第一无人机自动机场；或者，所述第一无人机沿预设巡检路线飞往非通视区域，并将巡检信息通过所述第二无人机传输至所述第一无人机自动机场；

完成巡检任务后，所述第二无人机飞回至与所述第一无人机自动机场相邻的所述第二无人机自动机场，所述第一无人机完成巡检任务飞回至与所述第一无人机自动机场。

所述第二无人机在通视区域沿预设巡检路线，按照预设巡检规则巡检至与所述第一无人机自动机场相邻的所述第二无人机自动机场，进行换电或充电，包括：

S1、所述第二无人机在所在第二无人机自动机场起飞，沿预设巡检路线进行巡检；

S2、第二无人机获取巡检信息并传输至所起飞的所述第二无人机自动机场；

S3、当所述第二无人机距离下一个第二无人机自动机场为第五预设距离时，以所述下一个第二无人机自动机场为目标机场，建立与所述目标机场的通信，并开始将巡检信息传输至所述目标机场；

S4、所述第二无人机降落至所述目标机场进行换电或充电；

S5、循环执行S1至S4，直至所述第二无人机降落至与所述第一无人机自动机场相邻的所述第二无人机自动机场进行换电或充电。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

（Ⅰ）本发明中实现了区域巡检的全域覆盖，无人机与自动机场解耦，让飞行范围不受限制，通过设置多个自动机场来支撑无人机在长距离或大范围区域中的接续飞行，此外第二无人机为非通视区域提供通信中继，具备非通视区域巡检作业能力，解决了现有技术中由于地形因素和非通视导致无人机巡检困难的技术问题。

（Ⅱ）本发明的巡检系统不需要每个无人机自动机场都要部署无人机，方便服务，第一无人机搭载星型组网链路的中央节点可以方便地对各个站点提供服务，便于扩展任务的多样性。

附图说明

图1为非通视典型应用巡检作业场景示意图。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中的所有第二无人机自动机场应满足覆盖正常的长距离巡检任务区域。

需要说明的是，本发明中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明给出了一种无人机巡检系统，参见图1，具体包括以下内容：

在通视区域内沿预设巡检线依次设置预设数量的无人机自动机场；

最接近非通视区域的无人机自动机场为第一无人机自动机场，第一无人机自动机场用于部署第一无人机，第一无人机用于非通视区域的巡检工作；

未部署第一无人机的无人机自动机场为第二无人机自动机场，在至少一个第二无人机自动机场内部署第二无人机，第二无人机在第一预设距离内可与无人机自动机场通信；

第一无人机和第二无人机在第二预设距离内可以通信。

上述技术方案中，实现了区域巡检的全域覆盖，无人机与自动机场解耦，让飞行范围不受限制，通过设置多个自动机场来支撑无人机在长距离或大范围区域中的接续飞行，此外第二无人机为非通视区域提供通信中继，具备非通视区域巡检作业能力，解决了现有技术中由于地形因素和非通视导致无人机巡检困难的技术问题。

第二预设距离为第一无人机的最大通信距离和第二无人机的最大通信距离之和。

具体的，第一无人机自动机场与相邻的第二无人机自动机场间的距离小于第二无人机自动机场间距离的一半。

具体的，相邻第二无人机自动机场间的距离d小于第二无人机的最大航程，且；

其中：

R为第二无人机的中继通信半径；

H为第二无人机的巡航高度。

具体的，无人机自动机场的预设数量基于通视区域的巡检长度和第一无人机的最大航程确定。

在上述技术方案中，按照下述公式确定无人机自动机场的预设数量N：

+1

表示总的巡检长度；

表示第一无人机的最大航程。

具体的，第一无人机用于非通视区域的巡检工作，包括：

在第二无人机巡检非通视区域时，第一无人机用于第二无人机与第一无人机自动机场间的通信中继；

或者，在第二无人机距离第一无人机自动机场为第三预设距离时，第一无人机起飞巡检非通视区域，并基于第二无人机与第一无人机自动机场通信。

在上述技术方案中，第三预设距离为第二无人机的最大通信距离，与第二无人机选用的链路有关，且第三预设距离不大于第一预设距离。

采用第二无人机巡检非通视区域，使得第一无人机只作为通信中继，无需在第一无人机上挂载巡检设备，降低了第一无人机的设备要求，进而节约了成本。

具体的，相邻第二无人机自动机场间，以及第一无人机自动机场与其相邻第二无人机自动机场间均为有线通信。

具体的，第二无人机自动机场包括一个主机场，用于接收并下达指令至各无人机自动机场，以及用于接收各无人机自动机场的巡检数据。

第一无人机自动机场和第二无人机自动机场均通过与主机场邻近且通信相连的第二无人机自动机场与主机场建立通信。

本发明还给出了一种无人机巡检方法，基于无人机巡检系统进行巡检，具体包括以下：

第二无人机在通视区域沿预设巡检路线，按照预设巡检规则巡检至与第一无人机自动机场相邻的第二无人机自动机场，进行换电或充电；

第二无人机换电或充电后起飞，第一无人机在第一无人机自动机场起飞，并建立与第二无人机之间的通信；

第二无人机沿预设巡检路线飞往非通视区域，并将巡检信息通过第一无人机传输至第一无人机自动机场；或者，第一无人机沿预设巡检路线飞往非通视区域，并将巡检信息通过第二无人机传输至第一无人机自动机场；

完成巡检任务后，第二无人机飞回至与第一无人机自动机场相邻的第二无人机自动机场，第一无人机完成巡检任务飞回至与第一无人机自动机场。

在上述技术方案中，当第二无人机巡检非通视区域时，当第二无人机飞至第一无人机自动机场附近时，第一无人机从第一无人机自动机场起飞，使得第一无人机能够更好地保存自身的电量。

当第一无人机巡检非通视区域时，当第二无人机与第一无人机自动机场间的距离达到第三预设距离时，第一无人机起飞，此时，第二无人机起到了通信中继的作用，且有效节约了第二无人机的飞行时间。

具体的，第二无人机在通视区域沿预设巡检路线，按照预设巡检规则巡检至与第一无人机自动机场相邻的第二无人机自动机场，进行换电或充电，包括：

S1、第二无人机在所在第二无人机自动机场起飞，沿预设巡检路线进行巡检；

S2、第二无人机获取巡检信息并传输至所起飞的第二无人机自动机场；

S3、当第二无人机距离下一个第二无人机自动机场为第五预设距离时，以下一个第二无人机自动机场为目标机场，建立与目标机场的通信，并开始将巡检信息传输至目标机场；

S4、第二无人机降落至目标机场进行换电或充电；

S5、循环执行S1至S4，直至第二无人机降落至与第一无人机自动机场相邻的第二无人机自动机场进行换电或充电。

在上述技术方案中，第五预设距离小于第二无人机的通信距离。

具体的，还包括：第一无人机自动机场和第二无人机自动机场均通过与主机场邻近且通信相连的第二无人机自动机场与主机场建立通信。

巡检任务一般包括长距离巡检任务、长距离巡检任务和特定区域巡检任务的同时进行以及特定区域巡检任务。

其中，长距离巡检任务和特定区域巡检任务同时进行，具体包括以下步骤：

Q1，部署一台第二无人机自动机场和第二无人机，的第二无人机自动机场与的第二无人机的距离为，/>且/>；

其中：

为该第二无人机自动机场的坐标，/>；

R为第二无人机的中继通信半径；

为每两个相邻第二无人机自动机场之间的巡检时间，/>

为无人机的最大航程；

为无人机自动巡检的速度；

Q2，在特定作业区域内布设部署一架第一无人机，的第一无人机与第二无人机的距离为，且/>；

其中：

为第一无人机在确保能够顺利执行特殊区域巡检任务区域飞行的实时坐标；

为第二无人机的坐标；

Q3，无人机最大航程计算需部署的自动机场数量为，按照Q1～Q2方法部署其余（N-1）台无人机；

为总的巡检长度；

为无人机的最大航程；

为无人机自动巡检的速度。

上述技术方案中，特定作业区域指的是非通视区域，第二无人机从任意一台自动机场起飞，当第二无人机与第一无人机建立通信时，持续保持在能够为第一无人机提供通信的位置（该位置如前文所述），随后第一无人机起飞，前往目的地执行巡检任务，整个巡检时间为/>，且满足/>。

Claims (8)

1.一种无人机巡检系统，其特征在于，具体包括以下内容：

在通视区域内沿预设巡检线依次设置预设数量的无人机自动机场；

最接近非通视区域的所述无人机自动机场为第一无人机自动机场，所述第一无人机自动机场用于部署第一无人机，所述第一无人机用于非通视区域的巡检工作；

未部署所述第一无人机的所述无人机自动机场为第二无人机自动机场，在至少一个所述第二无人机自动机场内部署第二无人机，所述第二无人机在第一预设距离内可与所述无人机自动机场通信；

所述第一无人机和所述第二无人机在第二预设距离内可以通信；所述第一无人机自动机场与相邻的所述第二无人机自动机场间的距离小于所述第二无人机自动机场间距离的一半；

所述第一无人机用于非通视区域的巡检工作，包括：

在所述第二无人机巡检所述非通视区域时，所述第一无人机用于所述第二无人机与所述第一无人机自动机场间的通信中继；

或者，在所述第二无人机距离所述第一无人机自动机场为第三预设距离时，所述第一无人机起飞巡检所述非通视区域，并基于所述第二无人机与所述第一无人机自动机场通信；

所述的第三预设距离为第二无人机的最大通信距离，且所述的第三预设距离不大于第一预设距离。

2.如权利要求1所述的无人机巡检系统，其特征在于，相邻所述第二无人机自动机场间的距离d小于所述第二无人机的最大航程，且；

其中：

R为第二无人机的中继通信半径；

H为第二无人机的巡航高度。

3.如权利要求1所述的无人机巡检系统，其特征在于，所述无人机自动机场的预设数量基于通视区域的巡检长度和第一无人机的最大航程确定。

4.如权利要求1所述的无人机巡检系统，其特征在于，相邻所述第二无人机自动机场间，以及所述第一无人机自动机场与其相邻所述第二无人机自动机场间均为有线通信。

5.如权利要求1所述的无人机巡检系统，其特征在于，所述第二无人机自动机场包括一个主机场，用于接收并下达指令至各所述无人机自动机场，以及用于接收各所述无人机自动机场的巡检数据。

6.如权利要求5所述的无人机巡检系统，其特征在于，所述第一无人机自动机场和第二无人机自动机场均通过与所述主机场邻近且通信相连的第二无人机自动机场与所述主机场建立通信。

7.一种无人机巡检方法，基于权利要求1至6中的任一项所述的无人机巡检系统进行巡检，其特征在于，具体包括以下：

所述第二无人机在通视区域沿预设巡检路线，按照预设巡检规则巡检至与所述第一无人机自动机场相邻的所述第二无人机自动机场，进行换电或充电；

所述第二无人机换电或充电后起飞，所述第一无人机在所述第一无人机自动机场起飞，并建立与所述第二无人机之间的通信；

所述第二无人机沿预设巡检路线飞往非通视区域，并将巡检信息通过所述第一无人机传输至所述第一无人机自动机场；或者，所述第一无人机沿预设巡检路线飞往非通视区域，并将巡检信息通过所述第二无人机传输至所述第一无人机自动机场；

完成巡检任务后，所述第二无人机飞回至与所述第一无人机自动机场相邻的所述第二无人机自动机场，所述第一无人机完成巡检任务飞回至与所述第一无人机自动机场。

8.如权利要求7所述的无人机巡检方法，其特征在于，所述第二无人机在通视区域沿预设巡检路线，按照预设巡检规则巡检至与所述第一无人机自动机场相邻的所述第二无人机自动机场，进行换电或充电，包括：

S1、所述第二无人机在所在第二无人机自动机场起飞，沿预设巡检路线进行巡检；

S2、第二无人机获取巡检信息并传输至所起飞的所述第二无人机自动机场；

S3、当所述第二无人机距离下一个第二无人机自动机场为第五预设距离时，以下一个所述第二无人机自动机场为目标机场，建立与所述目标机场的通信，并开始将巡检信息传输至所述目标机场；

S4、所述第二无人机降落至所述目标机场进行换电或充电；

S5、循环执行S1至S4，直至所述第二无人机降落至与所述第一无人机自动机场相邻的所述第二无人机自动机场进行换电或充电。