一种电缆沟与隧道巡检无人机系统技术方案

一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，包括无人机和操控装置；无人机上固定连接有建模数据采集装置、碰撞预警装置、红外数据采集装置、红外复合气体检测装置、温湿度检测装置；无人机与建模数据采集装置、碰撞预警装置、红外数据采集装置、红外复合气体检测装置和温湿度检测装置电连接；操控装置、无人机与建模数据采集装置、上位机、BDS控制内网、红外数据采集装置、红外复合气体检测装置、温湿度检测装置无线连接；本发明专利技术能够对电缆沟与隧道内的温、湿度，有害气体浓度，渗水积水，电缆破损、放电与发热，蛇鼠等参数与特征进行实时识别，并在环境数据模型中进行标定与记录，具有可远程操作、巡检效率高、无漏检、安全可靠、可以全天候作业的特点。

A Cable Trench and Tunnel Patrol UAV System

A cable trench and tunnel patrol UAV system includes UAV and control device; the UAV is fixedly connected with modeling data acquisition device, collision warning device, infrared data acquisition device, infrared composite gas detection device, temperature and humidity detection device; UAV and modeling data acquisition device, collision warning device, infrared data acquisition device, infrared composite gas detection device. Electrical connection between measuring device and temperature and humidity detection device; wireless connection between control device, UAV and modeling data acquisition device, upper computer, BDS control intranet, infrared data acquisition device, infrared composite gas detection device and temperature and humidity detection device; the invention can be used for temperature and humidity, harmful gas concentration, seepage water, cable damage, discharge and heating in cable trench and tunnel. The parameters and characteristics of snake and rat are identified in real time, and calibrated and recorded in the environmental data model. It has the characteristics of remote operation, high efficiency of patrol inspection, no leakage detection, safety and reliability, and can work all-weather.

【技术实现步骤摘要】
一种电缆沟与隧道巡检无人机系统
本专利技术属于无人机应用
，具体涉及一种电缆沟与隧道巡检无人机系统。
技术介绍
随着城市建设的快速发展，利用电缆传输电力、电信的需求日益增长。电缆沟、电缆隧道是铺设电缆的专用通道，属于电力、电信系统的基础设施。将电缆铺设在地下能够有效地解决地面架设电缆影响地容地貌，与道路、建筑和绿地争夺空间，给周围环境造成电磁污染，因恶劣天气出现雷击、覆冰等问题。但是，电缆沟、电缆隧道的使用也存在着一些需要解决的技术问题。电缆隧道因承压、沉降等原因出现裂纹、裂缝，导致渗水而产生积水现象，会降低电缆的绝缘性能，引起电缆内部或者接头发生短路，造成电缆放炮事故。在例行巡检电缆沟时，每间隔一定的距离，需要掀开沉重的电缆沟盖板，以便巡检人员进入沟内查看电缆的使用状态，工作效率低，劳动强度大，存在安全隐患。电缆沟空间狭小，电缆排放密集，光线不足，夏季高温，冬季潮湿，常因相对封闭而积聚有毒气体，巡检时需要携带红外测温仪、有毒气体检测仪、手电筒等工具，这种恶劣的工作环境易导致巡检人员超强度工作，擦碰摔伤，缺氧中毒。电缆沟与隧道内铺设的电缆，因为老化、动物啃咬等原因造成破损，会导致发热、漏电，甚至冒烟、起火，巡检人员需要冒着极大的风险进入故障现场实施应急抢修，常因不慎而吸入毒气、触电。为了解决电缆沟与隧道在使用及其常规巡检中所存在的问题，许多研究者提出了新的方法，并研发出了新的装置。中国专利CN201620491652.4公开了一种电缆沟巡视无人机，在保护罩的防护下，无人机具有较好的抗压性和抗冲击性，可触碰、越过障碍物，能够在环境复杂多变、空间狭窄的电缆沟中顺利地巡视各个角落，及时发现安全隐患。该装置有效地解决了无人机在电缆沟中安全飞行的问题，但是对于如何在电缆沟中控制无人机的飞行状态，如何利用摄像头采集和处理巡视信息等问题则涉及较少。中国专利CN201710854534.4公开了一种电缆隧道巡检机器人及导航方法，选用双履带式驱动结构，利用铝合金制作整个基座，增强了机器人的越障能力和环境适应能力，云台的旋转机构依靠舵机的正逆旋转解决了云台镜头的旋转边界阈值问题，使得监控360°无死角，采用检测传感器和射频卡识别装置，实现机器人的自动检测和导航功能。这种履带式机器人，虽然在结构上进行了优化，但仍需在地面上移动检测，容易受到复杂环境的影响，在活动空间和使用上依然存在一定的局限性。中国专利CN201720668720.4公开了一种电缆隧道监控系统，将温度、湿度和有毒气体传感器，以及风机、水泵等分布设置于隧道内，可检测温湿度、水位、气体等信息，当监测到的信息超过阈值时，联动控制风机和水泵工作，使得隧道处于正常的运行环境。对于长达数公里以上、比较曲折的电缆隧道，这种点状分布的监控系统需要布置较多的监测和处理单元，成本较高。中国专利CN201610578468.8公开了一种电力隧道智能机器人，将轨道行走结构悬挂于隧道顶部的轨道上，根据内部设置的程序或人工远程控制的命令，快速地完成对整条隧道的实时巡检。该装置将轨道悬空设置，使得其工作时不会受到隧道内地面环境的影响，从而扩展了机器人的活动空间，与传统的巡检方式相比，其巡检与灾害处置的效率具有显著的优势。但是，这种装置需要在隧道的顶部设置专用的移动轨道，而且当隧道的两个侧壁上有多层电缆铺设时，巡视位于下层内侧的电缆存在一定的死角。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，能够在BDS的引导下，按照规划的巡检路径对电缆沟与隧道内的温、湿度，有害气体浓度，渗水积水，电缆破损、放电与发热，蛇鼠等参数与特征进行实时识别，并在环境数据模型中进行标定与记录，具有可远程操作、巡检效率高、无漏检、安全可靠、可以全天候作业的特点。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，包括无人机10和操控装置20；无人机10上固定连接有建模数据采集装置40、碰撞预警装置80、红外数据采集装置90、红外复合气体检测装置100、温湿度检测装置110；操控装置20与显示装置30固定连接；无人机10与建模数据采集装置40、碰撞预警装置80、红外数据采集装置90、红外复合气体检测装置100和温湿度检测装置110的控制输入电连接；操控装置20的输出与显示装置30的输入电连接；建模数据采集装置40的输出与碰撞预警装置80的输入电连接；无人机10与操控装置20、BDS控制外网60、BDS控制内网70双向无线连接；操控装置20与建模数据采集装置40、上位机50、BDS控制内网70、红外数据采集装置90、红外复合气体检测装置100、温湿度检测装置110双向无线连接；建模数据采集装置40与上位机50、BDS控制外网60双向无线连接；上位机50与碰撞预警装置80无线连接；BDS控制外网60与BDS控制内网70无线连接。所述的无人机10包括机载平台11，机载平台11上固定连接有动力装置12、防护罩14、飞控装置15、机载电源16、照明摄像装置17和BDS天线18，动力装置12与螺旋桨13连接，动力装置12的控制输入和飞控装置15的输出电连接，飞控装置15的输入和照明摄像装置17的信号输出电连接，飞控装置15与操控装置20无线连接，操控装置20通过BDS天线18与BDS控制内网70无线连接；动力装置12、飞控装置15、照明摄像装置17、BDS天线18的电力输入和机载电源16的输出电连接。所述的建模数据采集装置40包括扫描平台41、激光雷达扫描测量装置42；扫描平台41与机载平台11固定连接，扫描平台41固定连接有激光雷达扫描测量装置42；扫描平台41、激光雷达扫描测量装置42的电力输入与机载电源16的输出电连接；扫描平台41的控制输入与操控装置20的输出无线连接；激光雷达扫描测量装置42的输出与环境建模模块51、操控装置20的输入无线连接。所述的上位机50包括环境建模模块51、巡检路径规划模块52和数据处理模块53；环境建模模块51的输出与巡检路径规划模块52的输入电连接；巡检路径规划模块52的输出与数据处理模块53的输入电连接；数据处理模块53的输出与操控装置20的输入无线连接。所述的BDS控制内网70由BDS信号转发器71组成，BDS信号转发器71相互之间无线连接。所述的红外数据采集装置90包括红外云台91、红外热成像装置92；红外云台91与机载平台11固定连接；红外云台91上固定连接有红外热成像装置92；红外云台91、红外热成像装置92的电力输入与机载电源16的电路输入电连接；红外云台91的控制输入与操控装置20的输出无线连接；红外热成像装置92的信号输出与操控装置20、数据处理模块53的信号输入无线连接。一种电缆沟与隧道巡检无人机系统的使用方法，包括以下步骤：1)电缆沟、隧道三维点云数据采集：1.1)在待检的电缆沟、隧道侧壁顶端布置BDS信号转发器71，组成BDS控制内网70；要求在电缆沟、隧道的每一个出入口、拐弯处均设置两个为一组的BDS信号转发器71，确保组内两个BDS信号转发器71以及相邻两组BDS信号转发器71之间可视；1.2)联调BDS控制外网60和BDS控制内网70；1.3)打开电缆沟的盖板；1.4)利用操控装置2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，包括无人机(10)和操控装置(20)，其特征在于：无人机(10)上固定连接有建模数据采集装置(40)、碰撞预警装置(80)、红外数据采集装置(90)、红外复合气体检测装置(100)、温湿度检测装置(110)；操控装置(20)与显示装置(30)固定连接；无人机(10)与建模数据采集装置(40)、碰撞预警装置(80)、红外数据采集装置(90)、红外复合气体检测装置(100)和温湿度检测装置(110)的控制输入电连接；操控装置(20)的输出与显示装置(30)的输入电连接；建模数据采集装置(40)的输出与碰撞预警装置(80)的输入电连接；无人机(10)与操控装置(20)、BDS控制外网(60)、BDS控制内网(70)双向无线连接；操控装置(20)与建模数据采集装置(40)、上位机(50)、BDS控制内网(70)、红外数据采集装置(90)、红外复合气体检测装置(100)、温湿度检测装置(110)双向无线连接；建模数据采集装置(40)与上位机(50)、BDS控制外网(60)双向无线连接；上位机(50)与碰撞预警装置(80)无线连接；BDS控制外网(60)与BDS控制内网(70)无线连接。...

【技术特征摘要】
1.一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，包括无人机(10)和操控装置(20)，其特征在于：无人机(10)上固定连接有建模数据采集装置(40)、碰撞预警装置(80)、红外数据采集装置(90)、红外复合气体检测装置(100)、温湿度检测装置(110)；操控装置(20)与显示装置(30)固定连接；无人机(10)与建模数据采集装置(40)、碰撞预警装置(80)、红外数据采集装置(90)、红外复合气体检测装置(100)和温湿度检测装置(110)的控制输入电连接；操控装置(20)的输出与显示装置(30)的输入电连接；建模数据采集装置(40)的输出与碰撞预警装置(80)的输入电连接；无人机(10)与操控装置(20)、BDS控制外网(60)、BDS控制内网(70)双向无线连接；操控装置(20)与建模数据采集装置(40)、上位机(50)、BDS控制内网(70)、红外数据采集装置(90)、红外复合气体检测装置(100)、温湿度检测装置(110)双向无线连接；建模数据采集装置(40)与上位机(50)、BDS控制外网(60)双向无线连接；上位机(50)与碰撞预警装置(80)无线连接；BDS控制外网(60)与BDS控制内网(70)无线连接。2.根据权利要求1所述的一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，其特征在于：所述的无人机(10)包括机载平台(11)，机载平台(11)上固定连接有动力装置(12)、防护罩(14)、飞控装置(15)、机载电源(16)、照明摄像装置(17)和BDS天线(18)，动力装置(12)与螺旋桨(13)连接，动力装置(12)的控制输入和飞控装置(15)的输出电连接，飞控装置(15)的输入和照明摄像装置(17)的信号输出电连接，飞控装置(15)与操控装置(20)无线连接，操控装置(20)通过BDS天线(18)与BDS控制内网(70)无线连接；动力装置(12)、飞控装置(15)、照明摄像装置(17)、BDS天线(18)的电力输入和机载电源(16)的输出电连接。3.根据权利要求1所述的一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，其特征在于：所述的建模数据采集装置(40)包括扫描平台(41)、激光雷达扫描测量装置(42)；扫描平台(41)与机载平台(11)固定连接，扫描平台(41)固定连接有激光雷达扫描测量装置(42)；扫描平台(41)、激光雷达扫描测量装置(42)的电力输入与机载电源(16)的输出电连接；扫描平台(41)的控制输入与操控装置(20)的输出无线连接；激光雷达扫描测量装置(42)的输出与环境建模模块(51)、操控装置(20)的输入无线连接。4.根据权利要求1所述的一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，其特征在于：所述的上位机(50)包括环境建模模块(51)、巡检路径规划模块(52)和数据处理模块(53)；环境建模模块(51)的输出与巡检路径规划模块(52)的输入电连接；巡检路径规划模块(52)的输出与数据处理模块(53)的输入电连接；数据处理模块(53)的输出与操控装置(20)的输入无线连接。5.根据权利要求1所述的一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，其特征在于：所述的BDS控制内网(70)由BDS信号转发器(71)组成，BDS信号转发器(71)相互之间无线连接。6.根据权利要求1所述的一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，其特征在于：所述的红外数据采集装置(90)包括红外云台(91)、红外热成像装置(92)；红外云台(91)与机载平台(11)固定连接；红外云台(91)上固定连接有红外热成像装置(92)；红外云台(91)、红外热成像装置(92)的电力输入与机载电源(16)的电路输入电连接；红外云台(91)的控制输入与操控装置(20)的输出无线连接；红外热成像装置(92)的信号输出与操控装置(20)、数据处理模块(53)的信号输入无线连接。7.一种电缆沟与隧道巡检无人机系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：1)电缆沟、隧道三维点云数据采集：1.1)在待检的电缆沟、隧道侧壁顶端布置BDS信号转发...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，陈婉璐，豆素勤，姜广兴，邓瑞，李沪，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61