CN210867977U

CN210867977U - 一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统

Info

Publication number: CN210867977U
Application number: CN202020153509.0U
Authority: CN
Inventors: 张传江; 刘险峰; 陈帮干; 曹金芳; 李毅; 孟祥宇; 许疃矿
Original assignee: Huaibei Mining Culture Tourism Media Co ltd
Current assignee: Huaibei Mining Culture Tourism Media Co ltd
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2020-06-26
Anticipated expiration: 2030-02-06

Abstract

本实用新型公开了一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，高清摄像机安装于无人机上，获得的图像数据通过HDMI接口传输至抗干扰模块，通过抗干扰模块对采样信号进行平滑处理后依次通过H.264编码器、COFDM调制器、AES加密模块、第一线性放大器，通过发射天线发射出去；接收天线接收信号，依次通过带通滤波器、AES解密模块、第二线性放大器、COFDM解调器、H.264解码器，解码后的信号发送至终端处理器；ZigBee集成电路模块的每个频段接口分别通过高低频切换开关不同引脚连接发射天线的ANT接口。本实用新型改善了同频段电磁干扰问题，提高了矿井输电线路巡检效率和巡检质量，安全性好，操作简单。

Description

一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统

技术领域

本实用新型属于矿井输电线路巡检无人机技术领域，涉及一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统。

背景技术

目前矿区很多的输电线路处于恶劣环境中，有的甚至分布在煤矿塌陷水域无人区，高压输电线都是裸露的导线，这样长期裸露在恶劣环境，非常容易出现故障，整个输电线系统的任何一个节点出现故障都可能导致整个电网的瘫痪，这给电网系统的线路巡检工作效率和质量提出了新的要求。

当前，矿区电网系统主要还是以人工巡检为主，主要存在以下问题：1、工作人员安全无保障；2、巡检的效率特别低；3、巡检质量低，故障解决不及时。然而将无人机用于矿井输电线路巡检时，由于无人机在特高压及高压线路飞行，伴有强大的电磁干扰，并且无人机飞行状态多变，使得无人机的无线视频和图像传输不同于传统手机、无线设备，这些都给获取高质量视频和图像带来限制。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，改善了同频段电磁干扰的问题，提高了矿井输电线路巡检效率和巡检质量，安全性好，操作简单，成本低，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，包括无人机飞行平台、无人机负载和地面站；

无人机负载包括无线视频图像发射器、三轴云台及高清摄像机，高清摄像机通过三轴云台安装于无人机上；

无线视频图像发射器包括抗干扰模块、H.264编码器、COFDM调制器、AES加密模块、第一线性放大器、发射天线；高清摄像机获得的图像数据通过HDMI接口传输至抗干扰模块，通过抗干扰模块对采样信号进行平滑处理后依次通过H.264编码器、COFDM调制器、AES加密模块、第一线性放大器，线性放大后的模拟信号通过发射天线发射出去；

地面站包括无线视频图像接收器、无线双频开关控制器和终端处理器，无线视频图像接收器包括接收天线、带通滤波器、AES解密模块、第二线性放大器、COFDM解调器、H.264解码器；接收天线接收发射天线的发射信号，接收的信号依次通过带通滤波器、AES解密模块、第二线性放大器、COFDM解调器、H.264解码器，解码后的信号发送至终端处理器；

无线双频开关控制器包括ZigBee集成电路模块和高低频切换开关，ZigBee集成电路模块包括多个频段接口，ZigBee集成电路模块的每个频段接口分别通过高低频切换开关不同引脚连接发射天线的ANT接口，高低频切换开关采用74LS153芯片或74CBT3251芯片。

进一步的，所述ZigBee集成电路模块采用CC2530 ZigBee通讯芯片或MC13224ZigBee通讯芯片。

进一步的，所述带通滤波器采用IIR带通滤波器。

进一步的，所述AES加密模块、AES解密模块均采用AES加密解码芯片AK4495。

进一步的，所述第一线性放大器、第二线性放大器均采用RF2175线性放大器。

进一步的，所述COFDM解调器采用CE6353 COFDM解调芯片。

进一步的，所述H.264编码器、H.264解码器均采用型号为MB86H56的H264CODEC芯片。

进一步的，所述高清摄像机采用运动4K高清摄像机。

进一步的，所述无人机的飞行平台为固定翼与多旋翼无人机两种机型相结合。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型适用于矿井输电线路巡检；通过抗干扰模块对采样信号进行平滑处理，提高有用信号，消除或减少各种干扰和噪声的影响，保证信号可靠性；依次经过H.264编码、COFDM调制、AES加密、线性放大、发射天线、接收天线，实时传输，提高巡检效率和安全性，同时抗高压磁场干扰；通过无线双频开关控制器进行双频段切换支持双频信号，选择干扰较少的工作频段，改善同频段电磁干扰的问题，实现高质量视频和图像传输，提高巡检质量，有助于及时解决故障。

2、本实用新型使用设备数量少，成本低，线路简洁，可随身携带，系统复杂性低，易操作。

3、本实用新型无人机飞行平台采用多旋翼无人机和固定翼无人机结合的巡检高压输电线路，对输电线路进行360度详细巡检，实现对输电线路全方位巡检。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中无线视频图像发射器的结构框图。

图3是本实用新型实施例中无线视频图像接收器的结构框图。

图4是本实用新型实施例中无线双频开关控制器的结构框图。

图5是本实用新型实施例中双频切换开关的结构图。

图中，1.本体，2.无线视频图像发射器，21.H.264编码器，22.COFDM调制器，23.AES加密模块，24.第一线性放大器，25.发射天线，3.三轴云台，4.高清摄像机，5.无线视频图像接收器，51.接收天线，52.带通滤波器，53.AES解密模块，54.第二线性放大器，55.COFDM解调器，56.H.264解码器，6.无线双频开关控制器，61.ZigBee集成电路模块，62.高低频切换开关，7.终端处理器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例包括无人机飞行平台、飞机负载和地面站三大部分组成。无人机飞行平台是无人机的本体1，采用固定翼与多旋翼无人机两种机型相结合；无人机负载包括无线视频图像发射器2、三轴云台3及高清摄像机4，高清摄像机4通过三轴云台3安装于无人机上，无线视频图像发射器2安装在无人机上。高清摄像机4采用运动4K高清摄像机，采集1080P高清图像。

如图2所示，无线视频图像发射器2包括抗干扰模块、H.264编码器21、COFDM调制器22、AES加密模块23、第一线性放大器24、发射天线25；高清摄像机4获得的图像数据通过HDMI接口传输至抗干扰模块，通过抗干扰模块对采样的信号进行平滑处理，提高有用信号，消除或减少各种干扰和噪声的影响，保证信号可靠性；然后依次通过H.264编码器21、COFDM调制器22，AES加密后输入第一线性放大器24，通过H.264编码器21将高清图像信号编码后送入COFDM调制器22进行信号调制，调制后的信号由数字信号转为模拟信号，经过AES加密模块23进行256位AES加密后通过第一线性放大器24线性放大，放大后的模拟信号最后通过发射天线25采用2.4G或5.8G频段图传信号发射出去，通过NLOS非视距传输。

地面站包括无线视频图像接收器5、无线双频开关控制器6和终端处理器7，如图3所示，无线视频图像接收器5包括接收天线51、带通滤波器52、AES解密模块53、第二线性放大器54、COFDM解调器55、H.264解码器56；接收天线51接收的信号经过带通滤波器52滤波去噪，经过AES解密后送入第二线性放大器54进行线性放大，然后将放大后的信号再送入COFDM解调器55解调，解调出的信号经过H.264解码器56进行解码，最后解码出来的视频图像信号传入终端处理器7。终端处理器7接收到数字图像后，把彩色图像转换成灰度图像，检测出对象的轮廓边缘，再对对象轮廓进行边缘增强处理，然后提取对象的特征点，识别出目标对象并显示；其中终端处理器7对图像的处理为本领域已知。

带通滤波器52采用比雪夫Ⅱ型IIR带通滤波器，AES加密模块23、AES解密模块53均采用AES加密解码芯片AK4495，32bit/768KHZ；第一线性放大器24、第二线性放大器54均采用RF2175线性放大器；COFDM解调器55采用CE6353 COFDM解调芯片；H.264编码器21、H.264解码器56均采用型号为MB86H56的H264 CODEC芯片。

常用的ZigBee通讯芯片仅适于2.4G，本实用新型通过无线双频开关控制器6实现发射天线25的双频段切换；如图4所示，无线双频开关控制器6包括ZigBee集成电路模块61和高低频切换开关62，ZigBee集成电路模块61采用CC2530 ZigBee通讯芯片或MC13224ZigBee通讯芯片，高低频切换开关62采用74LS153芯片，其电路图如图5所示。ZigBee集成电路模块61包括多个频段接口，ZigBee集成电路模块61的每个频段接口分别通过高低频切换开关62不同引脚连接发射天线25的ANT接口。高低频切换开关62接收ZigBee集成电路模块61发出的A1或A0控制信号。A1，A0不同值，如表1；

表1双频开关控制信号组合列表

A0	A1	引脚
			0	0	D0
0	1	D1
			1	0	D2
1	1	D3

表1中，D0，D1，D2，D3是74LS153芯片的引脚，RF1和RF2分别是2.4G、5.8G频段信号，其中D0接2.4G频段，D1接5.8G频段，D2、D3在本实施例没有使用；0表示A端输入0V，1表示A端输入3.3V；A1或A0端输入均为0V时，高低频切换开关62的引脚D0接通ZigBee集成电路模块61的第一频段接口与发射天线25的ANT接口，发射天线25通过2.4G频段发射信号(RF1)；A1端输入为0V、A0端输入为1V时，高低频切换开关62的引脚D1接通ZigBee集成电路模块61的第二频段接口与发射天线25的ANT接口，发射天线25通过5.8G频段发射信号(RF2)。

本实用新型实施例的工作原理：

无线视频图像发射器2采用时分复用机制，可以在同一频段上传图像信号以及接收无线双频开关控制器6发出的控制信号，无线双频开关控制器6选择干扰较少的工作频段，改善同频段电磁干扰的问题；无线视频图像接收器5通过接收天线51，采用和无线视频图像发射器2相同频段信号接收信号；无线视频图像发射器2发射出2.4GHz或5.8GHz频段的图传信号；高清摄像机4采集影像信息，通过HDMI接口传输至抗干扰模块，然后依次通过H.264编码器21、COFDM调制器22，通过H.264编码器21将高清图像信号编码后送入COFDM调制器22进行信号调制，调制后的信号由数字信号转为模拟信号，经过AES加密模块23加密后通过第一线性放大器24线性放大，放大后的模拟信号最后通过发射天线25发射出去；接收天线51接收的信号经过带通滤波器52滤波去噪，经过AES解密模块53解密后送入第二线性放大器54进行线性放大，然后将放大后的信号再送入COFDM解调器55解调，解调出的信号经过H.264解码器56进行解码，使在传输高速移动的数据时具有实时性、抗高压磁场干扰；2.4GHz或5.8GHz频段信号具有极佳的绕射能力，NLOS非视距的传输性能好，传输距离可达到15-20公里。同时AES加密模块23、AES解密模块53均采用AES加密解码芯片AK4495，均为256位，有效防止干扰。超低延时，端到端延时60ms。地面工作站中的终端处理器7对接收到图像数据进行实时处理，识别出目标对象，及时发现巡检过程中出现的问题。指挥中心人员根据无人机拍摄的图像，通过终端处理器7实时发现目标对象存在那些问题，以便根据现场情况及时、准确地进行指挥。还可以根据无人机拍摄的图像，通过一体式遥控器手动操控无人机，能实现航点、航线等远程控制。

需要说明的是，在本实用新型中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，其特征在于，包括无人机飞行平台、无人机负载和地面站；

无人机负载包括无线视频图像发射器(2)、三轴云台(3)及高清摄像机(4)，高清摄像机(4)通过三轴云台(3)安装于无人机上；

无线视频图像发射器(2)包括抗干扰模块、H.264编码器(21)、COFDM调制器(22)、AES加密模块(23)、第一线性放大器(24)、发射天线(25)；高清摄像机(4)获得的图像数据通过HDMI接口传输至抗干扰模块，通过抗干扰模块对采样信号进行平滑处理后依次通过H.264编码器(21)、COFDM调制器(22)、AES加密模块(23)、第一线性放大器(24)，线性放大后的模拟信号通过发射天线(25)发射出去；

地面站包括无线视频图像接收器(5)、无线双频开关控制器(6)和终端处理器(7)，无线视频图像接收器(5)包括接收天线(51)、带通滤波器(52)、AES解密模块(53)、第二线性放大器(54)、COFDM解调器(55)、H.264解码器(56)；接收天线(51)接收发射天线(25)的发射信号，接收的信号依次通过带通滤波器(52)、AES解密模块(53)、第二线性放大器(54)、COFDM解调器(55)、H.264解码器(56)，解码后的信号发送至终端处理器(7)；

无线双频开关控制器(6)包括ZigBee集成电路模块(61)和高低频切换开关(62)，ZigBee集成电路模块(61)包括多个频段接口，ZigBee集成电路模块(61)的每个频段接口分别通过高低频切换开关(62)不同引脚连接发射天线(25)的ANT接口，高低频切换开关(62)采用74LS153芯片或74CBT3251芯片。

2.根据权利要求1所述的一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，其特征在于，所述ZigBee集成电路模块(61)采用CC2530 ZigBee通讯芯片或MC13224 ZigBee通讯芯片。

3.根据权利要求1所述的一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，其特征在于，所述带通滤波器(52)采用IIR带通滤波器。

4.根据权利要求1所述的一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，其特征在于，所述AES加密模块(23)、AES解密模块(53)均采用AES加密解码芯片AK4495。

5.根据权利要求1所述的一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，其特征在于，所述第一线性放大器(24)、第二线性放大器(54)均采用RF2175线性放大器。

6.根据权利要求1所述的一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，其特征在于，所述COFDM解调器(55)采用CE6353 COFDM解调芯片。

7.根据权利要求1所述的一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，其特征在于，所述H.264编码器(21)、H.264解码器(56)均采用型号为MB86H56的H264 CODEC芯片。

8.根据权利要求1所述的一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，其特征在于，所述高清摄像机(4)采用运动4K高清摄像机。

9.根据权利要求1所述的一种矿井输电线路巡检无人机图像传输系统，其特征在于，所述无人机的飞行平台为固定翼与多旋翼无人机两种机型相结合。