用于核辐射放射源定位及抓取的无人机系统及其方法技术方案

一种用于核辐射放射源定位及抓取的无人机系统及其方法，包括：地面站装置、无人机、设置于无人机上的太阳能电力装置和定位及抓取装置；地面站装置包括：地面站信息处理单元、人机交互单元和地面站数据传输单元；太阳能电力装置包括：太阳能透镜单元和相应的太阳能电池板；定位及抓取装置包括：信息处理单元、与信息处理单元分别相连的飞行控制单元、定位单元、障碍物监测单元、核辐射强度传感器、图像采集单元、机械手单元和数据传输单元；应急处理人员通过地面站装置实时查看数据信息，并发送无人机和机械手的控制命令，从而遥控放射源的抓取；本发明专利技术能够精确找出并核辐射区域内的未知放射源，同时可以完成对放射源的抓取工作。

【技术实现步骤摘要】
用于核辐射放射源定位及抓取的无人机系统及其方法
本专利技术涉及的是一种无人机控制领域的技术，具体是一种用于核辐射放射源定位及抓取的无人机系统及其方法。
技术介绍
近十年以来，国内发生了多起Ⅱ类放射源(高危险源)丢失、被盗的事故。在实际搜寻、处置过程中，除了少数在容许条件下用了车辆及车载仪器进行搜寻外，大多数情况下仍然被迫采取人海战术，动员大量人员使用便携式仪器到处拉网式搜寻，效率较低。国内外的现有研究充分证明，利用无人机展开辐射巡测具备可行性，但该平台还有很多亟需解决的问题存在。如，针对无人机飞行方案和飞行路径的研究大多基于特定的假想事故场景，进行仿真模拟验证，而未进行实测研究。而在实际进行检测时，平台稳定性和所采集数据的准确性亦有待进一步验证。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术由于结构设计特点，无法检测无人机周围的障碍物环境且不能进行放射物质回收工作，提出一种用于核辐射放射源定位及抓取的无人机系统及其方法，通过太阳能电力装置对无人机和搭载在无人机上的定位及抓取装置供能，无人机飞行时定位及抓取装置与地面站装置进行双向数据传输，以便应急操作人员通过地面站装置将控制指令发送给无人机和定位及抓取装置，可对含有未知放射源的辐射区域进行连续自动监测，并在寻找到放射源后完成抓取动作。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种用于核辐射放射源定位及抓取的无人机系统，包括：地面站装置、无人机、设置于无人机上的太阳能电力装置和定位及抓取装置，其中：太阳能电力装置为无人机、定位及抓取装置供能，地面站装置接收无人机和定位及抓取装置的信息，并向定位及抓取装置反馈应急处理人员的控制命令，控制无人机和定位及抓取装置在核辐射区域内进行放射源的定位和抓取。所述的地面站装置包括：地面站信息处理单元、与地面站信息处理单元分别相连的人机交互单元和地面站数据传输单元，其中：地面站信息处理单元处理地面站数据传输单元接收到的数据，并将无人机的飞行状态信息和监测信息显示在人机交互单元中。所述的飞行状态信息包括但不限于：飞行速度、飞行高度、飞行姿态和所处地理位置的经纬度。所述的监测信息包括：飞行路径中的障碍物信息、核辐射强度实时监测结果和实时视频影像信息。所述的太阳能电力装置包括：太阳能透镜单元和相应的太阳能电池板，其中：太阳能透镜单元聚集太阳光，太阳能电池板将获取到的太阳光的光能转化为电能。所述的太阳能电力装置位于无人机的中心板或机翼上方。所述的定位及抓取装置包括：信息处理单元、与信息处理单元分别进行信息交互的飞行控制单元、定位单元、障碍物监测单元、核辐射强度传感器、图像采集单元、机械手单元和数据传输单元，其中：飞行控制单元接收信息处理单元发送的飞行路径和无人机控制信息；定位单元将实时自动监测到的无人机的地理位置信息发送至信息处理单元；障碍物监测单元将自动实时监测到的障碍物信息发送至信息处理单元；核辐射强度传感器将自动实时监测到的区域内的核辐射强度监测结果及相关信息发送至信息处理单元；图像采集单元在获取辐射区域内的视频影像信息后进行存储，并实时传输给信息处理单元；机械手单元接收信息处理单元发送的控制命令，并根据控制命令作出相应的动作；数据传输单元与信息处理单元进行双向数据传输。所述的地理位置信息包括：经度信息、纬度信息和海拔高度信息。所述的障碍物信息包括障碍物和无人机与障碍物的距离信息。所述的飞行控制单元控制无人机沿飞行路径在辐射区域内巡航，并在找到放射源后控制无人机悬停。所述的核辐射强度传感器采用高低双探测器结构，高量程探测器进行高辐射强度的测量，低量程探测器进行低量程高灵敏度的测量。所述的核辐射强度传感器设有激光测距仪，激光测距仪与信息处理单元相连。所述的图像采集单元为高清云台摄像头，并带有存储装置。所述的机械手单元通过旋转云台与无人机相连，旋转云台控制机械手单元的转动。本专利技术涉及一种基于上述无人机系统的核辐射放射源的搜寻处置方法，首先通过无人机在核辐射区域内自动巡航检测，信息处理单元在实时与地面站装置进行无人机状态、控制和监测数据交互的同时根据接收到的无人机的飞行状态信息和监测信息确定放射源的精确位置，并发送至地面站装置；应急处理人员通过地面站装置的人机交互单元实时查看数据信息，并通过人机交互单元向地面站信息处理单元发送无人机和机械手的控制命令；无人机和机械手的控制命令在地面站信息处理单元编码后通过地面站数据传输单元发送至数据传输单元，经信息处理单元解码后向无人机和机械手单元发送控制命令，从而遥控无人机和机械手单元对放射源进行抓取。技术效果与现有技术相比，本专利技术在无人机上搭载定位及抓取装置，通过飞行控制单元控制无人机的飞行，核辐射强度传感器和定位单元监测核辐射区域内的核辐射强度分布情况，障碍物监测单元监测无人机飞行路径上可能存在的障碍物，图像采集单元在无人机飞行时实时采集视频影像信息，信息处理单元整合以上信息，以确定放射源的精确地理位置，并在无人机飞行中遇到障碍物时控制无人机进行相应的闪避动作，使核辐射防控中心能够精确查找已知区域内的未知放射源，实现基于无人机的回收处理工作，最大程度降低人员参与度，保障搜源的应急处理人员的人身安全。附图说明图1为无人机系统示意图；图2为定位及抓取装置示意图；图3为地面站装置示意图；图中：1无人机、2定位及抓取装置、3地面站装置、4太阳能电力装置、200信息处理单元、201飞行控制单元、202定位单元、203障碍物监测单元、204核辐射强度传感器、205图像采集单元、206机械手单元、207数据传输单元、300地面站信息处理单元、301人机交互单元、302地面站数据传输单元；图4为用于核辐射放射源定位及抓取的无人机系统实物图；图5为实施例中测试区域内放射强度分布图。具体实施方式如图1所示，本实施例包括：地面站装置3、无人机1、设置于无人机1上的太阳能电力装置4和定位及抓取装置2，其中：太阳能电力装置4为无人机1、定位及抓取装置2供能，地面站装置3接收无人机1和定位及抓取装置2的信息，并向定位及抓取装置2反馈应急处理人员的控制命令，控制无人机1和定位及抓取装置2在核辐射区域内进行放射源的定位和抓取。所述的无人机1为由无线电遥控设备或机载控制板操控的小型无人驾驶飞行器，包括但不限于：固定翼无人机1、多旋翼无人机1、无人伞翼机或无人机1飞艇。如图3所示，所述的地面站装置3包括：地面站信息处理单元300、与地面站信息处理单元300分别相连的人机交互单元301和地面站数据传输单元302，其中：地面站信息处理单元300处理地面站数据传输单元302接收到的数据，并将无人机1的飞行状态信息和定位及抓取装置2的监测信息显示在人机交互单元301中。所述的飞行状态信息包括但不限于：飞行速度、飞行高度、飞行姿态和所处地理位置的经纬度。所述的监测信息包括：飞行路径中的障碍物信息、核辐射强度实时监测结果和实时视频影像信息。所述的地面站信息处理单元300可以是微处理器、处理芯片或具有数据处理控制的微控制器。所述的人机交互单元301为具有液晶显示屏幕的触摸屏或支持键盘鼠标的显示系统，配合相应的软件应用，进行信息显示和应急处理人员输入的控制命令的接收，并回传至地面站信息处理单元300。所述的地面站数据传输单元302为可远距离传输数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核辐射放射源定位及抓取的无人机系统，其特征在于，包括：地面站装置、无人机、设置于无人机上的太阳能电力装置和定位及抓取装置，其中：太阳能电力装置为无人机、定位及抓取装置供能，地面站装置接收无人机和定位及抓取装置的信息，并向定位及抓取装置反馈应急处理人员的控制命令，控制无人机和定位及抓取装置在核辐射区域内进行放射源的定位和抓取。

【技术特征摘要】
1.一种用于核辐射放射源定位及抓取的无人机系统，其特征在于，包括：地面站装置、无人机、设置于无人机上的太阳能电力装置和定位及抓取装置，其中：太阳能电力装置为无人机、定位及抓取装置供能，地面站装置接收无人机和定位及抓取装置的信息，并向定位及抓取装置反馈应急处理人员的控制命令，控制无人机和定位及抓取装置在核辐射区域内进行放射源的定位和抓取。2.根据权利要求1所述的无人机系统，其特征是，所述的地面站装置包括：地面站信息处理单元、与地面站信息处理单元分别相连的人机交互单元和地面站数据传输单元，其中：地面站信息处理单元处理地面站数据传输单元接收到的数据，并将无人机的飞行状态信息和监测信息显示在人机交互单元中；所述的飞行状态信息包括但不限于：飞行速度、飞行高度、飞行姿态和所处地理位置的经纬度；所述的监测信息包括：飞行路径中的障碍物信息、核辐射强度实时监测结果和实时视频影像信息。3.根据权利要求1所述的无人机系统，其特征是，所述的太阳能电力装置包括：太阳能透镜单元和相应的太阳能电池板，其中：太阳能透镜单元聚集太阳光，太阳能电池板将获取到的太阳光的光能转化为电能。4.根据权利要求1所述的无人机系统，其特征是，所述的定位及抓取装置包括：信息处理单元、与信息处理单元分别进行信息交互的飞行控制单元、定位单元、障碍物监测单元、核辐射强度传感器、图像采集单元、机械手单元和数据传输单元，其中：飞行控制单元接收信息处理单元发送的飞行路径和无人机控制信息；定位单元将实时自动监测到的无人机的地理位置信息发送至信息处理单元；障碍物监测单元将自动实时监测到的障碍物信息发送至信息处理单元；核辐射强度传感器将自动实时监测到的区域内的核辐射强度监测结果、激光测距仪监测结果及相关信息发送至信息处理单元；图像采集单元在获取辐射区域内的视频影像信息后进行存储，并实时传输给信息处理单元；机械手单元接收信息处理单元发送的控制命令，并根据控制命令作出相应的动作；数据传输单元与信息处理单元进行双向数据传输；所述的地理位置信息包括：经度信息、纬度信息和海拔高度信息；所述的障碍物信息包括障碍物和无人机与障碍物的距离信息。5.根据权利要求4所述的无人机系统，其特征是，所述的核辐射强度传感器采用高低双探测器结构，高量程探测器进行高辐射强度的测量，低量程探测器进行低量程高灵敏度的测量，并且核辐射强度传感器设有激光测距仪，激光测距仪与信息处理单元相连。6.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭仲仁，李白，戈立新，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海市辐射环境监督站，
类型：发明
国别省市：上海,31