CN208110386U - 地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统，属于无人机技术领域。地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统，包括：吊舱、可见光相机、旋翼无人机和地面控制站。本实用新型通过上述技术方案使得地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统具有小型、轻便、采集的图像质量高、采集图像时无遮挡的优点。

Description

地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，特别涉及一种地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统。

背景技术

地震救援是指在地震发生后迅速组织人力、物力、财力对被地震破坏地区重要设施、财产以及生命进行的搜索、维护及营救等的有效行动。在地震发生初期，进行地震灾区基础设施的勘察，并迅速制定灾害救援方案是现代灾害救援技术发展的重要趋势。采用信息技术手段进行地震灾区的道路、桥梁、电力系统、水利系统、通讯系统等基础设施的勘测，并进行地震破坏程度的评估，能够为后期灾害救援方案的设计提供重要依据。

近年来无人机技术得到快速发展，在灾害救援、城市管理与基础设施维护以及环境监测与保护领域等方面得到广泛应用。

在发生地震灾害后，地震灾区环境中电力基础设施的电线杆的空间姿态会发生变化，如由竖直姿态变为倾倒或倾斜姿态，从而影响震区电力的输送，为了在震后掌握电线杆的空间姿态以便于快速恢复向震区供电，通常采用无人机系统对震区电线杆进行勘察。

现有技术中，传统无人机系统主要采用固定翼无人机搭载相机的方式进行地震震后电线杆的信息采集。由于固定翼无人机翼展一般在5米～6米以上，起飞重量可到500公斤-600公斤，滞空时间可达几小时，因此，虽然滞空时间较长，但是固定翼无人机在于与多种成像传感系统装备后，无人机系统变得体积较大、重量较重，不太适合于灾害救援队的单兵使用。另外，起落架通常会遮挡住成像传感系统的拍摄角度，不利于拍摄图像。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统，其包括：吊舱、可见光相机、旋翼无人机和地面控制站；所述吊舱吊挂在所述旋翼无人机的下方；所述可见光相机安装在所述吊舱内，用于获取地震灾区电线杆的图像；所述旋翼无人机包括：中心架、机臂、起落架、旋翼、第一电机、电池、定位模块和飞行控制模块，所述机臂的一端设置在所述中心架上，所述机臂的另一端安装有所述第一电机，所述第一电机上安装有所述旋翼，所述机臂和所述旋翼、所述第一电机的数量相同且都为4个或6个，所述起落架通过转动机构转动地安装在所述中心架的下方，所述起落架呈T型，包括水平支架和一端与所述水平支架连接的竖直支架；所述转动机构包括：第二电机、牵引绳和支杆，所述第二电机安装在所述中心架上，所述第二电机的输出轴套接有所述竖直支架的另一端，所述第二电机的输出轴设置有环形凹槽，所述牵引绳的一端系于所述环形凹槽上，所述牵引绳的另一端与所述支杆的一端连接，所述支杆的另一端与所述竖直支架连接，所述定位模块用于获取所述旋翼无人机当前的位置信息，所述飞行控制模块设置在所述中心架上，与所述地面控制站连接，用于控制所述旋翼无人机的飞行状态，并与所述可见光相机连接以将所述图像传输至所述地面控制站，还与所述定位模块连接以将所述位置信息传输至所述地面控制站，所述电池为所述旋翼无人机提供电源；所述地面控制站用于发送飞行状态控制指令、接收并存储所述图像和位置信息及播放所述图像。

在如上所述的低空无人机系统中，优选地，所述低空无人机系统还包括：气压高度计、单片机和闪烁LED灯警示器；所述气压高度计设置在所述旋翼无人机的下方，与所述单片机连接；所述闪烁LED灯警示器的启动端与所述单片机连接以在所述旋翼无人机的离地飞行高度高于15米时接收所述单片机输出的启动信号。

在如上所述的低空无人机系统中，优选地，所述闪烁LED灯警示器设置在所述可见光相机的前侧。

在如上所述的低空无人机系统中，优选地，所述闪烁LED灯警示器的光源为红色LED灯。

在如上所述的低空无人机系统中，优选地，所述旋翼为两叶螺旋桨。

在如上所述的低空无人机系统中，优选地，所述电池为可充电锂电池。

本实用新型通过上述技术方案带来的有益效果如下：

具有小型、轻便、采集的图像质量高、采集图像时无遮挡的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统的主视图；

图2是本实用新型实施例提供的一种地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统的侧视图；

图3是本实用新型实施例提供的一种飞行控制模块、定位模块、可见光相机、地面控制站的连接示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种气压高度计、单片机、闪烁LED灯警示器的连接示意图；

其中，图中符号说明：11中心架、12旋翼、131竖直支架、132水平支架、14机臂、15飞行控制模块、16定位模块、21牵引绳、22支杆、23第二电机、3吊舱、4可见光相机、5地面控制站、61气压高度计、62单片机、63闪烁LED灯警示器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1至4，本实用新型实施例提供了一种地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统，其包括：吊舱3、可见光相机4、旋翼无人机和地面控制站5。

吊舱3吊挂在旋翼无人机的下方，用于对可见光相机4的姿态控制和稳像控制。应用时，其可按如下表中所列参数进行选择：

可见光相机4安装在吊舱3内，用于获取地震灾区电线杆的图像。应用时，其可按如下参数进行选择：1)机身重量(g)：约650克(仅机身)；2)尺寸(mm)：约139×105.2×78.5毫米；3)有效像素：约2420万像素；4)传感器类型：CMOS；5)高清摄像：全高清；6)最大光圈：5.6毫米；7)ISO感光度：ISO 100-16000，可扩展到ISO 25600；8)使用取景器拍摄：23℃时约960张、0℃时约860张；9)使用实时显示拍摄：23℃时约300张、0℃时约270张。

旋翼无人机包括：中心架11、机臂14、起落架、旋翼12、第一电机、电池、定位模块16和飞行控制模块15。机臂14、第一电机和旋翼12的数量相同且一一对应配置，数量为4个(此时旋翼无人机称为四旋翼无人机)或6个(此时旋翼无人机称为六旋翼无人机)。每个机臂14的一端以间隔相同角度的方式沿中心架11的周向都设置在中心架11上、另一端安装有一个第一电机。每个第一电机上安装有一个旋翼12以驱动此旋翼12旋转，从而使旋翼无人机飞离地面。起落架通过转动机构转动地安装在中心架11的下方，如此在旋翼无人机起飞后，通过转动机构的转动使得起落架旋转，避免同样位于中心架11下方的起落架挡住可见光相机4的拍摄角度。旋翼12优选为两叶螺旋桨。为了便于转动机构旋转起落架，起落架呈T型，包括水平支架132和竖直支架131。竖直支架131的一端与水平支架132的中部连接以使水平支架132和竖直支架131连接呈T型。转动机构包括：第二电机23、牵引绳21和支杆22，第二电机23安装在中心架11上，第二电机23的输出轴套接有竖直支架131的另一端。在第二电机23的输出轴上设置有环形凹槽，牵引绳21的一端系于环形凹槽上，牵引绳21的另一端系于支杆22的一端。支杆22的另一端固定于竖直支架131上。第二电机23启动时，其输出轴旋转，驱动起落架旋转，同时，环形凹槽上的牵引绳21沿环形凹槽的周向旋转，进一步拉动竖直支架131旋转，从而便于第二电机23驱动起落架旋转。

定位模块16用于获取旋翼无人机当前的位置信息，以利于旋翼无人机飞行轨迹的设定，如：保持旋翼无人机(或可见光相机4)距离观测目标(即电线杆)的距离大于1公里；还可以在旋翼无人机飞临电线杆上方后，利用旋翼无人机的位置信息来获取此电线杆的位置信息。定位模块16可以为GPS定位模块16，还可以为北斗定位模块16，本实施例对此不进行限定。

飞行控制模块15设置在中心架11上，与地面控制站5连接，用于控制旋翼无人机的飞行状态。应用中，飞行控制模块15控制旋翼无人机平稳地飞行；在接收地面控制站5的飞行状态控制指令后，可以进行悬停、低速巡航等飞行状态，还可以进行上升、降落、前进、后退等动作。飞行控制模块15还与可见光相机4连接以将可见光相机4拍摄的图像传输至地面控制站5。飞行控制模块15还与定位模块16连接以将旋翼无人机的位置信息传输至地面控制站5。电池为旋翼无人机提供电源，为了满足高的续航能力，且重量较轻，电池优选为锂电池，进一步优选为可充电锂电池。

地面控制站5用于发送飞行状态控制指令；还用于接收、存储、显示、播放图像，如此可以便于操作者实时观看电线杆的图像和浏览已有图像。还用于接收和存储位置信息，应用中，可以在地面控制站5设置旋翼无人机的飞行轨迹，根据接收的位置信息，控制旋翼无人机按设定的飞行轨迹进行飞行。应用中，为了便于携带或操作，地面控制站5可以为个人笔记本电脑，还可以为手机，本实施例不对地面控制站5的具体形式进行限定。

由于震区环境复杂，为了保证旋翼无人机获取高质量的图像以便于后续电线杆姿态的判断，旋翼无人机的离地飞行高度不能太高，如15米，此时称为低空飞行，参见图4，低空无人机系统还包括：气压高度计61、单片机62和闪烁LED灯警示器63。气压高度计61设置在旋翼无人机的下方，用来实时测量旋翼无人机的当前离地飞行高度，其通过气压的变化来测量本身当前的高度信息，因此在测量过程中不受地物的影响，测量高度的范围广。实际应用中，其可以按如下参数进行选择1)工作温度范围为-40℃～85℃；2)高度分辨率为0.01米。单片机62设置在旋翼无人机的下方，与气压高度计61连接，在旋翼无人机的离地飞行高度高于15米时，输出启动信号。单片机62可以为80C51系列单片机62。闪烁LED灯警示器63设置在旋翼无人机的下方，用于灯光闪烁报警，其启动端与单片机62连接以在接收单片机62输出的启动信号后启动。闪烁LED灯警示器63设置在可见光相机4的前侧。因红光具有透雾能力强，大气穿透能力强的优点，闪烁LED灯警示器63的光源为红色LED灯。应用中，当旋翼无人机的离地飞行高度高于15米时，单片机62启动闪烁LED灯警示器63，使其光源闪烁，被可见光相机4拍摄到，操作者通过观看地面控制站5的显示屏幕，确认闪烁LED灯警示器63启动后，向旋翼无人机发送控制指令，使其下降至某一高度以符合设定的高度要求。通过将气压高度计61、单片机62和闪烁LED灯警示器63设置在旋翼无人机下方，独立于现有的飞行控制模块15，使得警示信息的产生简单，不与现有的飞行控制模块15发生交互。

在通过本地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统获取地震灾区电线杆的图像后，可以采用如下方法对电线杆姿态进行判断：为了识别图像中的电线杆，可以采用深度学习神经网络，然后对识别出的电线杆采用基于Hough变换直线检测的方法，检测电线杆的两侧外轮廓线，并确定电线杆的中心线，然后据此判断识别出电线杆的姿态。工作人员根据姿态确定电线杆是否处于异常，然后判断是否需要维修或进一步勘察。为了利于识别，先对获取的图像采用图像质量评估特征进行环境感知计算，然后根据环境感知计算的结果对图像进行增强处理以得到增强图像，然后对增强图像进行识别。

综上所述，本实用新型具有小型、轻便、采集的图像质量高、采集图像时无遮挡的优点。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种地震灾区电线杆姿态判断用低空无人机系统，其特征在于，所述低空无人机系统包括：吊舱、可见光相机、旋翼无人机和地面控制站；

所述吊舱吊挂在所述旋翼无人机的下方；

所述可见光相机安装在所述吊舱内，用于获取地震灾区电线杆的图像；

所述旋翼无人机包括：中心架、机臂、起落架、旋翼、第一电机、电池、定位模块和飞行控制模块，所述机臂的一端设置在所述中心架上，所述机臂的另一端安装有所述第一电机，所述第一电机上安装有所述旋翼，所述机臂、所述旋翼和所述第一电机的数量相同且都为4个或6个，所述起落架通过转动机构转动地安装在所述中心架的下方，所述起落架呈T型，包括水平支架和一端与所述水平支架的中部连接的竖直支架，所述转动机构包括：第二电机、牵引绳和支杆，所述第二电机安装在所述中心架上，所述第二电机的输出轴套接有所述竖直支架的另一端，所述第二电机的输出轴设置有环形凹槽，所述牵引绳的一端系于所述环形凹槽上，所述牵引绳的另一端与所述支杆的一端连接，所述支杆的另一端与所述竖直支架连接，所述定位模块用于获取所述旋翼无人机当前的位置信息，所述飞行控制模块设置在所述中心架上，与所述地面控制站连接，用于控制所述旋翼无人机的飞行状态，并与所述可见光相机连接以将所述图像传输至所述地面控制站，还与所述定位模块连接以将所述位置信息传输至所述地面控制站，所述电池为所述旋翼无人机提供电源；

所述地面控制站用于发送飞行状态控制指令、接收并存储所述图像和位置信息及播放所述图像。

2.根据权利要求1所述的低空无人机系统，其特征在于，所述低空无人机系统还包括：气压高度计、单片机和闪烁LED灯警示器；

所述气压高度计设置在所述旋翼无人机的下方，与所述单片机连接；

所述闪烁LED灯警示器的启动端与所述单片机连接以在所述旋翼无人机的离地飞行高度高于15米时接收所述单片机输出的启动信号。

3.根据权利要求2所述的低空无人机系统，其特征在于，所述闪烁LED灯警示器设置在所述可见光相机的前侧。

4.根据权利要求2所述的低空无人机系统，其特征在于，所述闪烁LED灯警示器的光源为红色LED灯。

5.根据权利要求1所述的低空无人机系统，其特征在于，所述旋翼为两叶螺旋桨。

6.根据权利要求1所述的低空无人机系统，其特征在于，所述电池为可充电锂电池。