基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)及飛行器定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：飛行器，用于在鐵塔周圍飛行；定位裝置，用于定位飛行器的位置；設(shè)置在飛行器上的圖像采集傳輸裝置，用于采集鐵塔圖像并無線傳輸給服務(wù)器；服務(wù)器，用于接收鐵塔圖像并進(jìn)行缺陷檢測。本發(fā)明的巡檢系統(tǒng)提供了精確的定位裝置，使得在拍攝到同樣角度的圖像的數(shù)據(jù)時(shí)，飛行器的控制操作更加簡便，對操作人員的技術(shù)要求降低，減少了巡檢人員的培訓(xùn)費(fèi)用，還提高了巡檢作業(yè)的安全性。
【專利說明】基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)及飛行器定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)及實(shí)施方法，具體涉及一種基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)及實(shí)施方法。本發(fā)明屬于鐵塔缺陷檢測與診斷領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前鐵塔缺陷檢測的方法主要以人工實(shí)地攀爬上去檢測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。還沒有成熟的技術(shù)用于室外高空智能檢測。目前查看鐵塔(基站和電力塔)的情況多通過塔下望遠(yuǎn)鏡觀察，受到角度和距離的限制，無法全方位觀察天線固定、平臺腐蝕、避雷針損壞、高層室外饋線等情況。因此，移動基站上的設(shè)備檢測和維護(hù)迫切需要一套適合于高層作業(yè)的自動控制系統(tǒng)，來協(xié)助日常例行維護(hù)工作。同時(shí)還要求記錄和分析結(jié)果，供維護(hù)人員查詢和決策的信息管理系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)及飛行器定位方法，以解決現(xiàn)有鐵塔檢測需要人工攀爬，無法全方位觀察的技術(shù)問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括:
飛行器，用于在鐵塔周圍飛行；
定位裝置，用于定位飛行器的位置；
設(shè)置在飛行器上的圖像采集傳輸裝置，用于采集鐵塔圖像并無線傳輸給服務(wù)器； 服務(wù)器，用于接收鐵塔圖像并進(jìn)行缺陷檢測。
[0005]前述的基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述飛行器為旋翼飛行器，所述飛行器包括用于提供所述飛行器直升的動力的電機(jī)、用于驅(qū)動電機(jī)的電調(diào)、為所述飛行器供電的電源、用于飛行器的飛行姿態(tài)控制的飛控模塊、用于設(shè)定飛行器巡檢路徑的遙控設(shè)備、用于搭載圖像采集傳輸裝置并保持圖像采集傳輸裝置穩(wěn)定的云臺。
[0006]前述的基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述定位裝置包括:用于來定位飛行器在鐵塔周圍區(qū)域內(nèi)位置坐標(biāo)的電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽設(shè)置在飛行器上；用于負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)電子標(biāo)簽并發(fā)送發(fā)現(xiàn)請求的定位基站；用于配合定位基站和電子標(biāo)簽進(jìn)行通訊，以便確定電子標(biāo)簽在局域空間中位置坐標(biāo)的參考節(jié)點(diǎn)；用于負(fù)責(zé)定位基站、參考節(jié)點(diǎn)和電子標(biāo)簽之間無線通訊的網(wǎng)關(guān)。
[0007]前述的基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述定位基站包含ZigBee模塊和RFID Reader模塊，含ZigBee模塊和RFID Reader模塊之間通過RX/TX進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；參考節(jié)點(diǎn)包含ZigBee模塊；電子標(biāo)簽包括ZigBee模塊和RFID Tag模塊，ZigBee模塊和RFID Tag模塊之間是通過SPI接口連接。
[0008]前述的基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集傳輸裝置包括用于鐵塔圖像采集的攝像頭、用于將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器的無線傳輸模塊。[0009]前述基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)的飛行器定位方法，其特征在于，包括如下步驟:
步驟一:網(wǎng)關(guān)向參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)于參考節(jié)點(diǎn)配置請求的廣播；
步驟二:參考節(jié)點(diǎn)收到廣播后進(jìn)行配置，并發(fā)送用于應(yīng)答網(wǎng)關(guān)發(fā)出的所述請求的單
播；
步驟三:網(wǎng)關(guān)向定位基站發(fā)送關(guān)于電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)請求的單播；
步驟四:定位基站尋找電子標(biāo)簽，發(fā)送關(guān)于電子標(biāo)簽配置請求的射頻信號；
步驟五:電子標(biāo)簽收到所述射頻信號后發(fā)送用于應(yīng)答步驟四中定位基站發(fā)出請求的單
播；
步驟六:電子標(biāo)簽發(fā)送用于參考節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)請求的廣播；
步驟七:參考節(jié)點(diǎn)向電子標(biāo)簽發(fā)送關(guān)于應(yīng)答電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)應(yīng)答的單播；
步驟八:電子標(biāo)簽向網(wǎng)關(guān)發(fā)送關(guān)于電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)應(yīng)答的單播。
[0010]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明的巡檢系統(tǒng)提供了精確的定位裝置，使得在拍攝到同樣角度的圖像的數(shù)據(jù)時(shí)，飛行器的控制操作更加簡便，對操作人員的技術(shù)要求降低，減少了巡檢人員的培訓(xùn)費(fèi)用，還提高了巡檢作業(yè)的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)中飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)中飛行器姿態(tài)調(diào)整原理圖；
圖3是應(yīng)用本發(fā)明基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)的實(shí)施流程圖；
圖4是本發(fā)明構(gòu)件本發(fā)明基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)的定位裝置的設(shè)計(jì)圖；
圖5是本發(fā)明基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)中飛行器定位方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0013]參照圖1所示，本發(fā)明該系統(tǒng)利用配有云臺的多旋翼飛行器檢測裝置代替人工上塔檢測，利用周圍設(shè)定的信號點(diǎn)來精確定位，準(zhǔn)確穩(wěn)定地檢測目標(biāo)位置。實(shí)時(shí)將檢測信息發(fā)到操作人員手中的顯示器上。對于需要維修的情況可即時(shí)發(fā)到公司網(wǎng)站，并提醒維修人員來修理。從而減少了人員調(diào)度、降低了維修成本并提高維修效率。
[0014]為了解決現(xiàn)有方法的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)中飛行器定位方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。巡檢系統(tǒng)包括鐵塔周圍區(qū)域精確定位裝置，多旋翼飛行器和服務(wù)器。
[0015]定位裝置包括網(wǎng)關(guān)、定位基站、參考節(jié)點(diǎn)和電子標(biāo)簽。網(wǎng)關(guān)用于負(fù)責(zé)定位基站、參考節(jié)點(diǎn)和電子標(biāo)簽之間的無線通訊；定位基站負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)電子標(biāo)簽并發(fā)送發(fā)現(xiàn)請求；參考節(jié)點(diǎn)用于配合定位基站和電子標(biāo)簽通訊，以便確定電子標(biāo)簽在局域空間中的位置坐標(biāo)。定位裝置通過測算電子標(biāo)簽與各個參考節(jié)點(diǎn)的相對距離，從而計(jì)算出電子標(biāo)簽在局域空間中的位置坐標(biāo)，并發(fā)送到飛控模塊。
[0016]飛行器優(yōu)選采用多旋翼飛行器，多旋翼飛行器包括電機(jī)、電調(diào)、電源、飛控模塊、遙控設(shè)備、高清攝像頭、云臺、電子標(biāo)簽、無線傳輸模塊。電機(jī)用于提供多旋翼飛行器直升的動力；電調(diào)用于驅(qū)動電機(jī)；電源用于為多旋翼飛行器供電；飛控模塊用于多旋翼飛行器的飛行姿態(tài)控制；遙控設(shè)備用于設(shè)定飛行器的巡檢路徑。高清攝像頭用于鐵塔關(guān)鍵部位的圖像采集；云臺用于搭載高清攝像頭并保持?jǐn)z像頭的穩(wěn)定，以確保采集到高品質(zhì)的圖像；電子標(biāo)簽用于配合精確定位裝置來精確定位到飛行器在鐵塔周圍區(qū)域內(nèi)的位置坐標(biāo)，以便更好的控制飛行器達(dá)到更好的拍攝角度；無線傳輸模塊用于將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器。多旋翼飛行器配合精確定位裝置作為飛行平臺用于搭載圖像信息采集模塊。
[0017]服務(wù)器用于圖像數(shù)據(jù)的接收及處理，如果發(fā)現(xiàn)鐵塔存在需要維修的缺陷，則通知維修人員前去維修。
[0018]圖1為四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明不僅限于四軸飛行器，可根據(jù)具體需求選取不同的多旋翼飛行器。這里以四旋翼飛行器為例介紹其結(jié)構(gòu)。四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)如圖1所示:四旋翼飛行器由支架、飛行控制計(jì)算機(jī)、電機(jī)、電調(diào)和旋翼等組成。
[0019]圖2為飛行器姿態(tài)調(diào)整原理圖，飛行器姿態(tài)調(diào)整包含如圖所示幾個基本運(yùn)動方式:垂直運(yùn)動、俯仰運(yùn)動、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動、偏航運(yùn)動。
[0020]實(shí)際操作中主要用到的是垂直運(yùn)動和偏航運(yùn)動。以垂直運(yùn)動為例，圓弧上的箭頭方向代表旋翼的旋轉(zhuǎn)方向，圓弧中心的箭頭方向表不旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力的方向。剩下的一個箭頭表示飛行器的運(yùn)動方向。
[0021]圖3為缺陷檢測系統(tǒng)實(shí)施流程圖，該系統(tǒng)巡檢流程如圖3所示，包括以下步驟:設(shè)定飛行器按檢測路徑飛行，使其經(jīng)過需要檢測的嫌疑點(diǎn)；采集圖像數(shù)據(jù)，通過高清攝像頭，在飛行器經(jīng)過嫌疑點(diǎn)時(shí)采集圖像數(shù)據(jù)；傳輸圖像數(shù)據(jù)到服務(wù)器，通過無線傳輸模塊將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸并存儲到數(shù)據(jù)庫；通知維修人員，服務(wù)器篩選出需要維修的鐵塔通知維修人員前往維修；根據(jù)不同的缺陷指派不同職業(yè)的維修人員前往維修。
[0022]圖4為鐵塔周圍精確定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖，該定位系統(tǒng)如圖4所示，以鐵塔為中心，由網(wǎng)關(guān)、定位基站、參考節(jié)點(diǎn)和電子標(biāo)簽組成。其建立步驟為:
在鐵塔附近設(shè)立定位基站，定位基站包含ZigBee模塊和RFID Reader模塊，它們之間通過RX/TX進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。(定位基站也可看作參考節(jié)點(diǎn))。
[0023]在關(guān)鍵部位設(shè)立參考節(jié)點(diǎn)，參考節(jié)點(diǎn)只包含ZigBee模塊。根據(jù)不同鐵塔具體需求,可設(shè)立不同數(shù)目的參考節(jié)點(diǎn)。(參考節(jié)點(diǎn)越多定位越精確)
在飛行器上搭載電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽是由ZigBee模塊和RFID Tag模塊組成，它們直接是通過SPI接口連接。
[0024]在定位區(qū)域內(nèi)設(shè)立網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)的功能是由協(xié)調(diào)器來充當(dāng)它在整個系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，負(fù)責(zé)跟基站、電子標(biāo)簽以及參考節(jié)點(diǎn)等之間進(jìn)行通信。
[0025]進(jìn)一步地，ZigBee模塊包含無線通信功能和具有一定的運(yùn)算能力，負(fù)責(zé)和其他組件上的ZigBee模塊進(jìn)行通信，并可以測算出與其他組件上的ZigBee模塊之間的距離。
[0026]RFID Reader模塊和RFID Tag模塊分別屬于定位基站和多旋翼飛行器，
圖5為局域定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程圖，該局域定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程如圖5所示，包含以下幾
I K
少:
第I步:網(wǎng)關(guān)發(fā)送廣播——用于參考節(jié)點(diǎn)配置請求；
第2步:參考節(jié)點(diǎn)收到廣播后配置并發(fā)送單播——用于應(yīng)答網(wǎng)關(guān)發(fā)出的請求；
第3步:網(wǎng)關(guān)向定位基站發(fā)送單播——用于電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)請求 第4步:定位基站尋找電子標(biāo)簽，發(fā)送射頻信號——用于電子標(biāo)簽配置請求；
第5步:電子標(biāo)簽收到射頻信號后發(fā)送單播——用于應(yīng)答定位基站發(fā)出的請求；
第6步:電子標(biāo)簽發(fā)送廣播——用于參考節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)請求；
第7步:參考節(jié)點(diǎn)向電子標(biāo)簽發(fā)送單播——用于應(yīng)答電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)應(yīng)答；
第8步:電子標(biāo)簽向網(wǎng)關(guān)發(fā)送單播——用于電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)應(yīng)答。
[0027]進(jìn)一步地，過程第1-2步作用是:網(wǎng)關(guān)配合其他參考節(jié)點(diǎn)(定位基站也屬于參考節(jié)點(diǎn))建立局域網(wǎng)。根據(jù)各個參考節(jié)點(diǎn)到定位基站的相對距離，通過特定算法建立基于該局域網(wǎng)的三維空間坐標(biāo)系。
[0028]過程第3步的作用是:通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)請求給定位基站，定位基站收到請求后執(zhí)行相應(yīng)的操作。
[0029]進(jìn)一步地，定位基站收到請求后執(zhí)行相應(yīng)的操作為:過程第4步到第7步。過程4-5步的作用是:找到盲節(jié)點(diǎn)(電子標(biāo)簽)。定位基站包含Zigbee模塊和RFID Reader模塊。以調(diào)制的方式形成射頻信號，通過天線不斷向外發(fā)送射頻信號。電子標(biāo)簽包含Zigbee模塊和RFID Tag模塊。接收到定位基站發(fā)送過來的射頻信號，經(jīng)過解調(diào)和解碼后將數(shù)據(jù)通過SPI方式傳送給ZigBee模塊。ZigBee模塊再通過無線方式發(fā)送應(yīng)答到定位基站。過程第6-7步的作用是:測算各參考節(jié)點(diǎn)到盲節(jié)點(diǎn)(電子標(biāo)簽)的距離。ZigBee模塊通過無線方式發(fā)送參考節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)請求到局域網(wǎng)內(nèi)所有的參考節(jié)點(diǎn)。參考節(jié)點(diǎn)收到發(fā)現(xiàn)請求后發(fā)送應(yīng)答并將自己的坐標(biāo)信息和RSSI值發(fā)送給電子標(biāo)簽。
[0030]過程第8步的作用是:電子標(biāo)簽向網(wǎng)關(guān)發(fā)送電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)應(yīng)答。電子標(biāo)簽收到各個參考節(jié)點(diǎn)的位置信息和RSSI值后，以此求出電子標(biāo)簽(盲節(jié)點(diǎn))在之前建立的坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)。然后電子標(biāo)簽向網(wǎng)關(guān)發(fā)送電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)應(yīng)答并將球出來的位置坐標(biāo)發(fā)送到相應(yīng)設(shè)備。提高了飛行器的易操作性，從而降低了對操作人員的技術(shù)要求。
[0031]本發(fā)明未公開的均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0032]本發(fā)明的有益效果是:
與現(xiàn)有方法比起來有如下特點(diǎn):
1、利用配有云臺的多旋翼飛行器檢測裝置代替人工上塔檢測，避免，減少危險(xiǎn)性。相關(guān)人員相對減少，減小了工人工資的支出。
[0033]2、利用周圍設(shè)定的參考點(diǎn)來控制多旋翼飛行器，精確定位到需要監(jiān)測的地方采集圖像數(shù)據(jù)，相對現(xiàn)有的方法檢測效率更高。
[0034]3、將采集到的圖像數(shù)據(jù)處理并智能分類，檢測精度更高，檢測手段脫離人工，更加
智能可靠。
[0035]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括: 飛行器，用于在鐵塔周圍飛行； 定位裝置，用于定位飛行器的位置； 設(shè)置在飛行器上的圖像采集傳輸裝置，用于采集鐵塔圖像并無線傳輸給服務(wù)器； 服務(wù)器，用于接收鐵塔圖像并進(jìn)行缺陷檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述飛行器為旋翼飛行器，所述飛行器包括用于提供所述飛行器直升的動力的電機(jī)、用于驅(qū)動電機(jī)的電調(diào)、為所述飛行器供電的電源、用于飛行器的飛行姿態(tài)控制的飛控模塊、用于設(shè)定飛行器巡檢路徑的遙控設(shè)備、用于搭載圖像采集傳輸裝置并保持圖像采集傳輸裝置穩(wěn)定的云臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述定位裝置包括:用于來定位飛行器在鐵塔周圍區(qū)域內(nèi)位置坐標(biāo)的電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽設(shè)置在飛行器上；用于負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)電子標(biāo)簽并發(fā)送發(fā)現(xiàn)請求的定位基站；用于配合定位基站和電子標(biāo)簽進(jìn)行通訊，以便確定電子標(biāo)簽在局域空間中位置坐標(biāo)的參考節(jié)點(diǎn)；用于負(fù)責(zé)定位基站、參考節(jié)點(diǎn)和電子標(biāo)簽之間無線通訊的網(wǎng)關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述定位基站包含ZigBee模塊和RFID Reader模塊，含ZigBee模塊和RFID Reader模塊之間通過RX/TX進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；參考節(jié)點(diǎn)包含ZigBee模塊；電子標(biāo)簽包括ZigBee模塊和RFID Tag模塊，ZigBee模塊和RFID Tag模塊之間是通過SPI接口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集傳輸裝置包括用于鐵塔圖像采集的攝像頭、用于將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器的無線傳輸模塊。
6.權(quán)利要求1所述基于飛行器的鐵塔缺陷檢測系統(tǒng)的飛行器定位方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:網(wǎng)關(guān)向參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)于參考節(jié)點(diǎn)配置請求的廣播； 步驟二:參考節(jié)點(diǎn)收到廣播后進(jìn)行配置，并發(fā)送用于應(yīng)答網(wǎng)關(guān)發(fā)出的所述請求的單播； 步驟三:網(wǎng)關(guān)向定位基站發(fā)送關(guān)于電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)請求的單播； 步驟四:定位基站尋找電子標(biāo)簽，發(fā)送關(guān)于電子標(biāo)簽配置請求的射頻信號； 步驟五:電子標(biāo)簽收到所述射頻信號后發(fā)送用于應(yīng)答步驟四中定位基站發(fā)出請求的單播； 步驟六:電子標(biāo)簽發(fā)送用于參考節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)請求的廣播； 步驟七:參考節(jié)點(diǎn)向電子標(biāo)簽發(fā)送關(guān)于應(yīng)答電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)應(yīng)答的單播； 步驟八:電子標(biāo)簽向網(wǎng)關(guān)發(fā)送關(guān)于電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)應(yīng)答的單播。
【文檔編號】G01N21/88GK103940823SQ201410169953
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】任旭東, 朱金秀, 樊宇航, 徐展, 何思雨, 向娟, 毛歡歡 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)