CN212541428U - 一种接触网巡检服务基站及接触网巡检系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种接触网巡检服务基站及接触网巡检系统。系统包括服务基站、后台服务器以及无人机；服务基站包括单片机、交换机、控制服务器、显示屏、电机、升降平台、电源模块；显示屏与控制服务器电性连接；控制服务器与交换机通信连接，交换机与单片机通信连接；电机分别与单片机和升降平台电性连接；电源模块与单片机电性连接；后台服务器通过无线网桥与交换机通信连接；无人机与控制服务器通信连接。本实用新型实现了接触网巡检现场无人化，减轻了人工巡检接触网的作业负担，提高了巡检接触网的安全系数；集成了OpenCV的图像处理模块，具有智能识别接触网故障图片功能，极大地减轻了人工查找故障图片的劳动强度。

Description

一种接触网巡检服务基站及接触网巡检系统

技术领域

本实用新型涉及接触网巡检技术领域，更具体地，涉及一种接触网巡检服务基站及接触网巡检系统。

背景技术

作为铁路运输的关键组成部分，电气化供电系统可谓是铁路运输的动脉。由于电动列车通过受电弓向接触网摩擦接触取流，因而接触网的安全可靠与否，直接关系到电力机车的安全可靠运行。在国家政策的规划和现代技术高速发展的背景下，市场对于智能化轨道交通检测系统的需求越来越高。

目前常用的电气化铁路巡检系统有：一是采用人工步巡或轨道车巡检；二是使用装有高速铁路供电安全检测监测系统(6C系统)的综合检测列车对整条线路进行综合检测。然而这两种检测手段并不能对接触网实现全覆盖式、全方位的检测监测。由于接触网设备位于高空，这为采用无人机巡检接触网带来了天然的契机。现有的无人机巡检接触网方法需将无人机携带到巡检现场，飞手进行操控，且巡检所拍摄的接触网原始图像需要人工判断接触网设备是否故障。公开号为CN110162076A，公开日为2019.08.23，公开了一种基于无人机的接触网全自动智能巡检系统及巡检方法，提出了一种无人机与地面工作机通信配合进行的接触网巡检方法，但仍需要将无人机和工作机携带至接触网现场，因而，并没有实现完全的自动化、智能化和现场无人化巡检接触网。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种接触网巡检服务基站及系统，有效提高了巡检效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种接触网巡检服务基站，包括单片机、交换机、控制服务器、显示屏、电机、升降平台、电源模块；所述的显示屏与控制服务器电性连接；所述的控制服务器与交换机通信连接，所述的交换机与单片机通信连接；所述的电机分别与单片机和升降平台电性连接，所述的电机驱动升降平台进行升降运动；所述的电源模块与单片机电性连接。

进一步地，所述的控制服务器内集成有基于OpenCV的图像处理模块。基于OpenCV的图像处理模块采用深度学习模型算法能够智能识别拍摄的图片中接触网是否有故障零件。

进一步地，还包括温湿度传感器；所述的温湿度传感器与单片机电性连接。通过温湿度传感器识别天气状况，以确保无人机不在雨雪天气进行接触网巡检，保障无人机安全可靠运行。

进一步地，还包括风速传感器，所述的风速传感器与单片机电性连接。通过风速传感器识别天气状况，避免无人机在大风天气下运行，而导致无人机故障等。

进一步地，还包括遥控器，所述的遥控器通过无线通讯模块与单片机通信连接。一方面，可以通过控制服务器自动控制无人机等设备的运行，实现自动巡检；另一方面，可以通过操控遥控器，人为控制。

进一步地，所述的电源模块包括第一无线充电模块、BMS电源管理模块以及电源；所述的BMS电源管理模块与单片机电性连接，所述的电源与BMS电源管理模块电性连接，所述的第一无线充电模块与BMS电源管理模块电性连接；所述的第一无线充电模块设于升降平台上。无人机在未运行时，停落在升降平台上，升降平台上设置第一无线充电模块，可以给无人机进行无线充电。

作为优选的，所述的单片机为STM32单片机。

作为优选的，所述的无线通讯模块为433MHz无线电通讯模块。

本实用新型还提供一种接触网巡检系统，包括以上所述的接触网巡检服务基站，还包括后台服务器、无人机；所述的后台服务器通过无线网桥与交换机通信连接；所述的无人机与控制服务器通信连接；所述的无人机上设有摄像机构；所述的无人机上设有用于与第一无线充电模块通信连接的第二无线充电模块。基站分别与后台服务器和无人机通信连接；基站的控制服务器控制无人机运行，无人机拍摄的画面传输到控制服务器上，控制服务器再将智能识别的结果传输给后台服务器，供电调度中心操作人员只需在后台服务器查收结果即可，以便其安排接触网检修工作。

作为优选的，所述的无人机为多旋翼无人机，所述的无人机上还设有激光测距传感器以及GPS定位模块。采用激光测距传感器进行自动避障，防止无人机撞毁坠机，造成相关事故。将铁路线路勘测坐标进行坐标系转换为GPS坐标导入无人机GPS定位模块，并结合支柱号、公里标实现自动精准导航。

与现有技术相比，有益效果是：本实用新型提供的一种接触网巡检服务基站及系统，采用后台服务器控制基站，基站再控制无人机的逐级控制模式，实现了接触网巡检现场无人化，减轻了人工巡检接触网的作业负担，提高了巡检接触网的安全系数；另外，集成了OpenCV的图像处理模块，具有智能识别接触网故障图片功能，因而极大地减轻了人工查找故障图片的劳动强度。

附图说明

图1是本实用新型接触网巡检服务基站结构示意图。

图2是本实用新型接触网巡检系统结构示意图。

图3是本实用新型的基站安装分布图。

图4是本实用新型系统运行流程示意图。

图5为本实用新型对于破损绝缘子基于OpenCV的识别界面截图。

图6为本实用新型的基站三维结构示意图。

附图标记说明：600、光杆与丝杆，601、锥形基站门，602、开合导轨，604、同步行星轮，605、同步齿轮带，606、无线充电线圈，607、显示屏幕，608、电源，609、STM32单片机模块，610、交换机，611、控制服务器

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1：

如图1所示，一种接触网巡检服务基站，包括单片机、交换机、控制服务器、显示屏、电机、升降平台、电源模块；所述的显示屏与控制服务器电性连接；所述的控制服务器与交换机通信连接，所述的交换机与单片机通信连接；所述的电机分别与单片机和升降平台电性连接，所述的电机驱动升降平台进行升降运动；所述的电源模块与单片机电性连接。所述的控制服务器内集成有基于OpenCV的图像处理模块。控制服务器采用具有强大数据运算与图像处理能力的计算机，通过基于OpenCV的图像处理模块采用深度学习模型算法实现智能识别接触网故障图片。

在其中一个实施例中，还包括温湿度传感器；所述的温湿度传感器与单片机电性连接。通过温湿度传感器识别天气状况，以确保无人机不在雨雪天气进行接触网巡检，保障无人机安全可靠运行。

在其中一个实施例中，还包括风速传感器，所述的风速传感器与单片机电性连接。通过风速传感器识别天气状况，避免无人机在大风天气下运行，而导致无人机故障等。

在其中一个实施例中，还包括遥控器，所述的遥控器通过无线通讯模块与单片机通信连接。当无人机充满电且外界环境良好时，供电调度中心的后台服务器可进行巡检指令发布，有两种操控方式可选择，一种为远动操控，另一种为本地操作。两种操作方式相互闭锁，不可同时进行，提高了运行的安全性。其中远动操控方式不受地域、时间、天窗点限制，无需携带无人机至接触网巡检现场，通过供电调度中心可随时控制无人机对接触网进行全方位多角度巡检，控制服务器对采集的原始接触网图片进行智能图像识别，并将巡检结果实时发送给后台服务器，因而高效智能。而本地操作方式为供电调度中心下放权限给现场操作人员，现场操作人员可从供电调度中心拿到本地遥控，携带至接触网巡检现场，遥控433MHz无线通信进行操控无人机巡检接触网。在本地操作方式下，现场操作人员可通过基站屏幕实时查看接触网巡检视频，实时掌握线路接触网状态，为高效快速完成接触网抢修作业提供强有力的技术支撑。

在其中一个实施例中，所述的电源模块包括第一无线充电模块、BMS电源管理模块以及电源；所述的BMS电源管理模块与单片机电性连接，所述的电源与BMS电源管理模块电性连接，所述的第一无线充电模块与BMS电源管理模块电性连接；所述的第一无线充电模块设于升降平台上。无人机在未运行时，停落在升降平台上，升降平台上设置第一无线充电模块，可以给无人机进行无线充电。

在其中一个实施例中，所述的单片机为STM32单片机。

在其中一个实施例中，所述的无线通讯模块为433MHz无线电通讯模块。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种接触网巡检服务系统，包括以上所述的接触网巡检服务基站，还包括后台服务器、无人机；所述的后台服务器通过无线网桥与交换机通信连接；所述的无人机与控制服务器通信连接；所述的无人机上设有摄像机构；所述的无人机上设有用于与第一无线充电模块通信连接的第二无线充电模块。后台服务器通过无线网桥实现与接触网巡检服务基站的长距离无线通信，，实现远程控制服务基站。

交换机将接收到的指令信息分别传输给控制服务器和单片机；控制服务器发送指令控制无人机进行接触网巡检，单片机联动控制升降平台为无人机巡检做配套服务；电机驱动升降平台上升，无人机出站开始巡检；无人机进站降落在升降平台上后，电机驱动升降平台降落，完成进站。另一方面，基站通过温湿度传感器、风速传感器实时监测外界的气象条件，判断天气是否能够达到飞行条件，避免在雷雨、大风、大雪等天气恶劣的情况下飞行。另外，电源模块为整个基站提供电能，同时通过第一无线充电模块给无人机进行无线充电。无人机在巡检接触网过程中，实时将飞行参数传输给基站，控制服务器进行状态分析后通过交换机再传输给后台服务器，以便后台操作人员实时掌握飞行状态。通过无人机上的摄像机构拍摄接触网的画面并传输给控制服务器，控制服务器上基于OpenCV的图像处理模块对采集的大量原始图片进行检测，判断拍摄的图片中是否存在接触网故障画面，将处理的结果在显示屏上显示，同时，将检测结果以及存在接触网故障的图片发送给后台服务器，便于供电调度中心的后台操作人员实时获取信息。

本实施例中，供电调度中心发送控制指令给基站，基站接收指令后，再发送控制指令给无人机，从而实现了供电调度中心远程控制无人机巡检接触网。无人机自主导航的相关线路数据、飞行状态参数以及巡检接触网所拍摄的原始图片数据通过无线网络传输给基站，基站进行数据分析以及故障图片检测处理，将相应的数据结果通过无线网络传输反馈给供电调度中心。至此，形成一个闭环的接触网巡检控制与通信系统。

作为现有接触网巡检方法的有效补充，基站一般安装在跨江大桥、事故多发地、高架桥、地势崎岖山地以及人工巡检困难的路段，距离接触网轨道线路中心5-10米处按每10km设置一个基站，如图3所示。若安装在铁路线路高架桥上，则置于高架桥下方。若安装在跨河高架桥上，则选择距离河岸5米、距离铁路线路中心5-10米处。无人机可通过基站实现接受巡检接触网指令，出基站，巡检接触网，返航巡检接触网，降落进基站，无线充电，传输数据，等待接受下一个巡检指令的整个闭环控制

另外，基站中433MHz无线电通讯模块可实现本地操作，当后台服务器将权限下放给现场操作人员，现场操作人员可以操作遥控器控制无人机进行巡检。无论选择哪种操作方式，无人机巡检接触网的工作流程一样，如图4所示。无人机接收到基站控制服务器发出的巡检接触网指令后，准备好启动。与此同时，STM32单片机控制电机正转，驱动升降平台上升，联动开基站门，无人机出基站。当无人机再次确认外界环境良好后，无人机根据导入的GPS坐标定位进行接触网巡检并实时与基站保持通信。采用OcuSync数字图传技术，实现10km的实时图像与数据传输给控制服务器。无人机巡检完单程10km的接触网线路，定位为巡检终点，继而返航巡检回程10km的接触网线路，定位为巡检起点。由于无人机在起飞和降落过程中会受到风力影响，且基站的站门大小有限，所以采用云台相机扫描二维码的方法使其精准降落。无人机降落至升降平台，STM32单片机控制电机反转，驱动升降平台下降，联动关基站门，无人机进基站，开始进行无线充电，并传输拍摄的接触网原始图像数据给控制服务器。控制服务器基于OpenCV采用深度学习模型算法智能识别接触网故障零件，通过交换机将结果无线传输报告给供电调度中心的后台服务器，以便其安排检修工作。其中，图5所示为以绝缘子为例，该实用新型智能识别接触网故障零件的实例图。在整个无人机巡检接触网过程中，远动操控方式下供电调度中心对无人机巡检接触网具有基站操控权。而本地操作方式，供电调度中心不具有基站操控权。

图6所示为基站三维结构示意图，基站结构为三层。第一层锥形顶面可保证基站露天放置时快速排水，第二层表面印有二维码，无人机可通过扫描二维码进行精确定位，此外，该层内嵌有无线充电线圈可为无人机无线充电。第三层放置算法计算机、千兆交换机、STM32单片机模块、基站屏幕、电源模块、散热器等硬件设备。该基站的升降机构由升降平台和电机控制两部分组成，升降平台的第一层和第三层为固定框架，通过光杆和丝杆连接起来，第二层为活动框架，通过电机驱动同步行星轮，继而带动同步齿形带带动丝杆转动驱使活动框架上下运动来达到升降无人机的目的。升降机构还具有限位功能，在升降的设定位置有良好的自锁功能。在一些实施例中，所述的无人机为多旋翼无人机，所述的无人机上还设有激光测距传感器以及GPS定位模块。基站采用温湿度传感器和风速传感器对接触网线路自然环境进行检测，以确保无人机不在雨雪天气进行接触网巡检，保障无人机安全可靠运行；采用激光测距传感器进行自动避障，防止无人机撞毁坠机，造成相关事故。将铁路线路勘测坐标进行坐标系转换为GPS坐标导入无人机GPS定位模块，并结合支柱号、公里标实现自动精准导航。无人机采用云台相机，利用云台相机强大的视觉系统采集现场接触网的画面，同时对接触网线路进行热成像区域测温，实时监测接触网各部件的物理机械状态。无人机与基站之间通过基于Cyclone V FPGA+AD9363硬件技术的OcuSync数字图传技术，实现10km的实时图像传输。

综上，该实用新型所提出的一种接触网巡检服务基站及接触网巡检系统，无需工作人员携带无人机至接触网巡检现场，也无需现场进行无人机操控，因而该接触网巡检方法不仅实时高效还实现了无人化和智能化。此外，该实用新型还具有智能识别接触网故障图片的功能，这也大大减轻了人工识图的劳动强度。作为现有接触网巡检方法的有效补充，该实用新型在减轻人工巡检接触网作业负担、提高检测维护效率、动态实时掌握接触网线路外部环境等方面有显著优势，因此特别适用于铁路接触网智能运维。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种接触网巡检服务基站，其特征在于，包括单片机、交换机、控制服务器、显示屏、电机、升降平台、电源模块；所述的显示屏与控制服务器电性连接；所述的控制服务器与交换机通信连接，所述的交换机与单片机通信连接；所述的电机分别与单片机和升降平台电性连接，所述的电机驱动升降平台进行升降运动；所述的电源模块与单片机电性连接。

2.根据权利要求1所述的接触网巡检服务基站，其特征在于，所述的控制服务器内集成有基于OpenCV的图像处理模块。

3.根据权利要求2所述的接触网巡检服务基站，其特征在于，还包括温湿度传感器；所述的温湿度传感器与单片机电性连接。

4.根据权利要求3所述的接触网巡检服务基站，其特征在于，还包括风速传感器，所述的风速传感器与单片机电性连接。

5.根据权利要求2所述的接触网巡检服务基站，其特征在于，还包括遥控器，所述的遥控器通过无线通讯模块与单片机通信连接。

6.根据权利要求2至5任一项所述的接触网巡检服务基站，其特征在于，所述的电源模块包括第一无线充电模块、BMS电源管理模块以及电源；所述的BMS电源管理模块与单片机电性连接，所述的电源与BMS电源管理模块电性连接，所述的第一无线充电模块与BMS电源管理模块电性连接；所述的第一无线充电模块设于升降平台上。

7.根据权利要求6所述的接触网巡检服务基站，其特征在于，所述的单片机为STM32单片机。

8.根据权利要求5所述的接触网巡检服务基站，其特征在于，所述的无线通讯模块为433MHz无线电通讯模块。

9.一种接触网巡检服务系统，其特征在于，包括权利要求2至8任一项所述的接触网巡检服务基站，还包括后台服务器、无人机；所述的后台服务器通过无线网桥与交换机通信连接；所述的无人机与控制服务器通信连接；所述的无人机上设有摄像机构；所述的无人机上设有用于与第一无线充电模块通信连接的第二无线充电模块。

10.根据权利要求9所述的接触网巡检服务系统，其特征在于，所述的无人机为多旋翼无人机；所述的无人机上还设有激光测距传感器以及GPS定位模块。

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