本發(fā)明屬于無人機監(jiān)控領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于無人機的鐵路線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)及巡檢方法。

背景技術(shù)：

鐵路線巡檢是鐵路線日常維護的基本工作，常見的巡檢方式包括人工巡檢、載人直升機巡檢以及無人機巡檢。盡管人工巡檢是最常用的巡檢方式，但一直存在著效率較慢、受氣候地理環(huán)境制約等不足，機巡方式正被廣泛研究與應用，尤其無人機巡檢具有安全高效的特性，鐵路線空中無人機具有越來越大的應用價值。

目前針對鐵路線空中無人機巡檢的任務規(guī)劃大多采用人工手動規(guī)劃方式，此種方式雖然確保了無人機的飛行安全，但是效率較低，無法滿足大規(guī)模無人機巡檢的需要，同時手動規(guī)劃方式很難在大區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)最優(yōu)規(guī)劃。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種基于無人機的鐵路線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)及巡檢方法，可以進行大規(guī)模、高效的鐵路線巡檢。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于無人機的鐵路線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)，包括無人機本體、擴音器和地面站；

所述無人機本體內(nèi)設(shè)有控制處理單元，所述控制處理單元的輸入端分別與氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊、GPS模塊、可見光攝像頭、接收機和第一電源模塊相連，所述控制處理單元的輸出端分別與語音模塊、圖像存儲模塊、第一圖傳電臺和伺服電機驅(qū)動電路相連，所述控制處理單元與第一數(shù)傳電臺雙向傳輸數(shù)據(jù)，所述擴音器通過機械結(jié)構(gòu)設(shè)置在無人機本體下方，所述語音模塊的輸出端與擴音器電連接，所述語音模塊內(nèi)預存語音警告信息，所述伺服電機驅(qū)動電路的輸出端連接伺服電機；

所述地面站包括遙控器、地面監(jiān)控計算機、與地面監(jiān)控計算機連接的第一顯示器、第二顯示器、第二數(shù)傳電臺和第二圖傳電臺，第二電源模塊通過電源管理模塊分別向地面監(jiān)控計算機、第二數(shù)傳電臺和第二圖傳電臺提供電源。

進一步的，所述控制處理單元采用雙芯片結(jié)構(gòu)，包括主控制器和從控制器，所述主控制器采用STM32F407芯片，所述從控制器采用STM32F103芯片，所述主控制器與所述從控制器通過SPI總線連接。

進一步的，所述主控制器分別與所述氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊、GPS模塊、伺服電機驅(qū)動電路和接收機相連。主控制器根據(jù)接收到的氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊和GPS模塊的數(shù)據(jù)，調(diào)用控制算法向伺服電機驅(qū)動電路輸出相應的PWM控制信號，用于驅(qū)動伺服電機的轉(zhuǎn)動，實時改變伺服電機的轉(zhuǎn)速。主控制器也可根據(jù)接收機接收的地面操作人員通過遙控器發(fā)送的控制指令，向伺服電機驅(qū)動電路輸出相應的PWM控制信號，用于調(diào)整無人機的飛行狀態(tài)。

進一步的，所述從控制器分別與所述可見光攝像頭、語音模塊、第一數(shù)傳電臺、第一圖傳電臺和圖像存儲模塊相連。主控制器采集的氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊和GPS模塊的數(shù)據(jù)經(jīng)SPI總線發(fā)送給從控制器，從控制器將接收到的數(shù)據(jù)通過第一數(shù)傳電臺發(fā)送至地面站。從控制器接收和處理可見光攝像頭采集的圖像信息，通過第一圖傳電臺發(fā)送給地面站。主控制器通過接收機接收地面操作人員通過遙控器發(fā)送的語音控制指令，并經(jīng)SPI總線發(fā)送給從控制器，從控制器根據(jù)接收到的語音控制指令向語音模塊發(fā)送相應的控制指令，用于驅(qū)動擴音器發(fā)出警告。

進一步的，所述第一圖傳電臺和第一數(shù)傳電臺與地面站采用無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)。

根據(jù)上述基于無人機的鐵路線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)的巡檢方法如下：

1、根據(jù)待檢鐵路線的地理信息對無人機進行路徑規(guī)劃，包括：飛行高度、飛行距離、航速和航向。

2、檢測機載通信設(shè)備與地面站之間的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一切正常后執(zhí)行巡檢任務。

3、無人機飛行過程中，控制處理單元實時采集和處理氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊和GPS模塊的數(shù)據(jù)，經(jīng)第一數(shù)傳電臺發(fā)送給地面站，設(shè)置在地面站的地面監(jiān)控計算機通過第二數(shù)傳電臺接收第一數(shù)傳電臺發(fā)送的數(shù)據(jù)，并在第一顯示器中顯示。

可見光攝像頭實時采集鐵路線的圖像信息，經(jīng)控制處理單元處理后由第一圖傳電臺發(fā)送給地面站，設(shè)置在地面站的地面監(jiān)控計算機通過第二圖傳電臺接收第一圖傳電臺發(fā)送的圖像信息，并在第二顯示器中顯示。

控制處理單元采集和處理可見光攝像頭采集的鐵路線圖像信息，在圖像信息中疊加日期、時間和GPS信息，并保存在圖像存儲模塊中。

4、地面操控人員實時觀察第二顯示器顯示的圖像信息，發(fā)現(xiàn)以下情況時向無人機發(fā)出控制指令：

4.1)發(fā)現(xiàn)鐵路線設(shè)備故障時，向無人機發(fā)送控制指令，使無人機暫時處于懸停狀態(tài)，操控人員控制可見光攝像頭對故障設(shè)備進行重點采集。

4.2)發(fā)現(xiàn)鐵路線上有行人在危險區(qū)域內(nèi)時，向無人機發(fā)送控制指令，使無人機暫時處于懸停狀態(tài)，操控人員調(diào)用語音模塊中預存的語音警告信息，通過擴音器向行人發(fā)出警告，使行人盡快遠離鐵路線。

4.3)發(fā)現(xiàn)有火車駛來時，向無人機發(fā)送控制指令，使無人機暫時處于懸停狀態(tài)，待火車駛過后繼續(xù)執(zhí)行巡檢航拍任務。

5、無人機繼續(xù)執(zhí)行巡檢任務，并將采集的圖像信息實時保存在圖像存儲模塊中。

6、無人機完成巡檢任務，返回地面站。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的基于無人機的鐵路線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：本鐵路線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足大規(guī)模無人機巡檢的需要，提高巡檢效率，提高鐵路線路的安全管控水平，實現(xiàn)在大區(qū)域內(nèi)最優(yōu)巡檢規(guī)劃。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例所述的原理框圖；

圖2為本發(fā)明實施例所述的巡檢流程示意圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

一種基于無人機的鐵路線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)，包括無人機本體、擴音器和地面站；

所述無人機本體內(nèi)設(shè)有控制處理單元，所述控制處理單元的輸入端分別與氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊、GPS模塊、可見光攝像頭、接收機和第一電源模塊相連，所述控制處理單元的輸出端分別與語音模塊、圖像存儲模塊、第一圖傳電臺和伺服電機驅(qū)動電路相連，所述控制處理單元與第一數(shù)傳電臺雙向傳輸數(shù)據(jù)，所述擴音器通過機械結(jié)構(gòu)設(shè)置在無人機本體下方，所述語音模塊的輸出端與擴音器電連接，所述語音模塊內(nèi)預存語音警告信息，所述伺服電機驅(qū)動電路的輸出端連接伺服電機；

所述地面站包括遙控器、地面監(jiān)控計算機、與地面監(jiān)控計算機連接的第一顯示器、第二顯示器、第二數(shù)傳電臺和第二圖傳電臺，第二電源模塊通過電源管理模塊分別向地面監(jiān)控計算機、第二數(shù)傳電臺和第二圖傳電臺提供電源。

所述控制處理單元采用雙芯片結(jié)構(gòu)，包括主控制器和從控制器，所述主控制器采用STM32F407芯片，所述從控制器采用STM32F103芯片，所述主控制器與所述從控制器通過SPI總線連接。所述主控制器分別與所述氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊、GPS模塊、伺服電機驅(qū)動電路和接收機相連。主控制器根據(jù)接收到的氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊和GPS模塊的數(shù)據(jù)，調(diào)用控制算法向伺服電機驅(qū)動電路輸出相應的PWM控制信號，用于驅(qū)動伺服電機的轉(zhuǎn)動，實時改變伺服電機的轉(zhuǎn)速。主控制器也可根據(jù)接收機接收的地面操作人員通過遙控器發(fā)送的控制指令，向伺服電機驅(qū)動電路輸出相應的PWM控制信號，用于調(diào)整無人機的飛行狀態(tài)。

所述從控制器分別與所述可見光攝像頭、語音模塊、第一數(shù)傳電臺、第一圖傳電臺和圖像存儲模塊相連。所述第一圖傳電臺和第一數(shù)傳電臺與地面站采用無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)。主控制器采集的氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊和GPS模塊的數(shù)據(jù)經(jīng)SPI總線發(fā)送給從控制器，從控制器將接收到的數(shù)據(jù)通過第一數(shù)傳電臺發(fā)送至地面站。從控制器接收和處理可見光攝像頭采集的圖像信息，通過第一圖傳電臺發(fā)送給地面站。主控制器通過接收機接收地面操作人員通過遙控器發(fā)送的語音控制指令，并經(jīng)SPI總線發(fā)送給從控制器，從控制器根據(jù)接收到的語音控制指令向語音模塊發(fā)送相應的控制指令，用于驅(qū)動擴音器發(fā)出警告。

根據(jù)上述基于無人機的鐵路線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)的巡檢方法如下：

1、根據(jù)待檢鐵路線的地理信息對無人機進行路徑規(guī)劃，包括：飛行高度、飛行距離、航速和航向。

2、檢測機載通信設(shè)備與地面站之間的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一切正常后執(zhí)行巡檢任務。

3、無人機飛行過程中，控制處理單元實時采集和處理氣壓高度計、激光測距儀、IMU模塊和GPS模塊的數(shù)據(jù)，經(jīng)第一數(shù)傳電臺發(fā)送給地面站，設(shè)置在地面站的地面監(jiān)控計算機通過第二數(shù)傳電臺接收第一數(shù)傳電臺發(fā)送的數(shù)據(jù)，并在第一顯示器中顯示。

可見光攝像頭實時采集鐵路線的圖像信息，經(jīng)控制處理單元處理后由第一圖傳電臺發(fā)送給地面站，設(shè)置在地面站的地面監(jiān)控計算機通過第二圖傳電臺接收第一圖傳電臺發(fā)送的圖像信息，并在第二顯示器中顯示。

控制處理單元采集和處理可見光攝像頭采集的鐵路線圖像信息，在圖像信息中疊加日期、時間和GPS信息，并保存在圖像存儲模塊中。

4、地面操控人員實時觀察第二顯示器顯示的圖像信息，發(fā)現(xiàn)以下情況時向無人機發(fā)出控制指令：

4.1)發(fā)現(xiàn)鐵路線設(shè)備故障時，向無人機發(fā)送控制指令，使無人機暫時處于懸停狀態(tài)，操控人員控制可見光攝像頭對故障設(shè)備進行重點采集。

4.2)發(fā)現(xiàn)鐵路線上有行人在危險區(qū)域內(nèi)時，向無人機發(fā)送控制指令，使無人機暫時處于懸停狀態(tài)，操控人員調(diào)用語音模塊中預存的語音警告信息，通過擴音器向行人發(fā)出警告，使行人盡快遠離鐵路線。

4.3)發(fā)現(xiàn)有火車駛來時，向無人機發(fā)送控制指令，使無人機暫時處于懸停狀態(tài)，待火車駛過后繼續(xù)執(zhí)行巡檢航拍任務。

5、無人機繼續(xù)執(zhí)行巡檢任務，并將采集的圖像信息實時保存在圖像存儲模塊中。

6、無人機完成巡檢任務，返回地面站。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。