一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，属于无人机巡检领域，包括无人机群巡检单元、装载车处理单元、无人机起落平台；无人机起落平台用于实现无人机的放飞和回收；装载车处理单元能够规划无人机群的飞行路径生成飞行轨迹，并输出航迹信号给无人机巡检单元；无人机巡检单元通过飞行路径实现精准导航、障碍物实时躲避、避障后对航迹修正，以及对燃气管道泄漏的监测；装载车处理单元还能够处理接收到的燃气泄漏数据，实现燃气泄漏位置的精准定位，本发明专利技术提供的无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统能够实现对居民小区燃气管网的快速准确巡检，并准确判断出发生燃气泄漏的具体位置。确判断出发生燃气泄漏的具体位置。确判断出发生燃气泄漏的具体位置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统


[0001]本专利技术涉及无人机巡检领域，具体是一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统。

技术介绍

[0002]近年随着传感器技术、信号传输、信息交互、双目视觉等技术的快速发展成熟，无人机只需要搭载各种传感器和摄像头就能不受复杂地形限制准确可靠的对巡检目标进行数据采集和信息交互。无人机在各种巡检领域的应用愈加广泛，例如电网巡检，燃气管道巡检，石油石化巡检巡逻，铁路巡检巡逻和桥梁巡逻等，无人机巡检通常应用在人或车不便巡检的地理区域，所以运用无人机进行巡检能够克服地形上的困难。多无人机协同应用是指具有独立控制能力的智能个体组成的群体系统，通过信息共享、任务分配、路线规划等方式共同完成任务的新型应用方式。
[0003]目前，无人机及其相关技术趋于成熟，也广泛应用到各种行业，有关无人机的巡检现有研究大多是无人机对电力等方面的巡检，少有利用无人机群协同对燃气管网进行巡检。由于无人机续航时间的限制，其最远飞行距离十分有限，所以对较大范围的燃气管网巡检效率十分低下，同时无人机的通讯距离也有一定距离。所以急需一种无人机群协同巡检系统，搭配装载车作为无人机群的数据处理中心进行信息交互，通过路径规划和自主导航，实现无人机群自主对居民小区楼燃气管网进行快速巡检，同时实现燃气管道泄漏的准确定位。

技术实现思路

[0004]为解决目前燃气管网巡检效率低下、无人机在巡检过程中对于燃气管道监测的精度仍难以满足实际要求的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，通过合理规划无人机群的巡检路径，同时精准定位燃气管道发生泄露的具体位置，提高居民小区燃气管网的巡检效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，包括：
[0007]无人机起落平台，用于实现无人机的放飞和回收；
[0008]装载车处理单元，用于规划无人机群的飞行路径，生成飞行轨迹，并输出航迹信号给无人机巡检单元，还用于处理接收到的燃气泄漏数据，实现燃气泄漏位置的精准定位；
[0009]无人机群巡检单元，用于通过飞行路径实现精准导航、障碍物实时躲避、避障后对航迹修正，以及对燃气管道泄漏的监测；
[0010]其中，所述装载车处理单元包括：
[0011]装载车，用于携带所述无人机起落平台，根据无人机群飞行路径放置在无人机起降的位置，实现无人机的自主起飞、降落；
[0012]飞行路径规划模块，用于生成无人机群飞行路径；
[0013]信息交互模块，用于精确定位燃气泄漏位置；
[0014]其中，所述无人机群巡检单元包括：
[0015]精准导航模块，用于根据飞行路径沿管道精准导航；
[0016]机群协同避障模块，用于实现障碍物实时躲避；
[0017]航迹修正模块，用于对无人机航迹进行修正；
[0018]激光监测模块，用于对管道进行泄漏巡检；
[0019]所述无人机群巡检单元还包括数据传输模块、信号接收模块、飞行控制模块；
[0020]其中，所述信息交互模块包括数据接收模块、数据处理模块、信号传输模块。
[0021]作为本专利技术进一步的技术方案，所述飞行路径规划模块与信号传输模块相连，通过输出信号给精准导航模块发出命令，使得无人机群准确无误地沿飞行路径对燃气管网进行巡检，所述飞行路径规划模块包括：
[0022]基线解算子模块，通过待巡检区域的地理信息位置建立三维网络模型，划分出重点巡检网格，规划无人机群最短时间巡检完毕的路径以及小区合理配备巡检无人机的数量；
[0023]自适应控制子模块，根据续航能力和重点区域网格规划路线，根据放飞顺序和飞行路径设置回收点，实现无人机精确巡检重点网格。
[0024]作为本专利技术进一步的技术方案，所述精准导航模块包括：
[0025]GPS导航模块，通过接收飞行路径规划模块的命令，实现无人机沿飞行路径巡检；
[0026]RTK/INS定位模块，与GPS导航模块相连，用于实现无人机的精准定位；
[0027]其中，所述RTK/INS定位模块包括：
[0028]RTK定位子模块，用于获取无人机精确的位置数据；
[0029]INS惯性导航子模块，含有陀螺仪和加速度计，用于获取无人机的位姿信息；
[0030]RTK/INS滤波处理器，用于融合INS惯性导航子模块获得的无人机位姿数据和RTK定位子模块获得的无人机位置数据，以此获得高精度位置位姿信息，所述RTK/INS滤波处理器与飞行控制模块相连，准确地控制无人机沿飞行路径无偏差巡检燃气管道。
[0031]作为本专利技术进一步的技术方案，所述INS惯性导航子模块对陀螺仪和加速度器获取的数据进行处理得到速度和姿态角信息，从而获得无人机的位姿信息，将无人机位置信息与无人机的位姿信息通过RTK/INS滤波器结合能够在获得高精度位置信息的同时矫正INS导航参数，获得高精度位姿信息，通过飞行控制模块不断调整无人机位置和姿态，实现无人机沿燃气管道精确巡检。
[0032]作为本专利技术进一步的技术方案，所述无人机嵌入机群协同避障模块，所述机群协同避障模块包括：
[0033]超声波障碍感知模块，用于在无人机飞行过程中通过发射超声波，在感知到障碍物时接收超声波反射信号；
[0034]双目视觉精确测量模块，用于通过双目相机采集图像数据；
[0035]融合避障处理模块，用于接收超声波障碍感知模块采集的超声波反射信号和双目视觉精确测量模块所采集到的图像数据，通过数据融合处理两种数据，并通过三维障碍物重建反馈控制信息给飞行避障控制器。
[0036]作为本专利技术进一步的技术方案，所述机群协同避障模块以双目视觉精确测量模块
为主感知模块，并辅以超声波障碍感知模块，所述双目视觉精确测量模块包括双目相机、双目视觉处理器，超声波障碍感知模块包括超声波传感器、超声波处理器，双目相机与双目视觉处理器直接相连，超声波传感器与超声波处理器直接相连，所述双目视觉处理器、超声波处理器与融合避障处理模块相连，通过避障融合处理模块的决策与数据转换实现无人机的自动避障。
[0037]作为本专利技术进一步的技术方案，所述无人机在飞行过程中通过双目相机采集图像信息，并将采集到的信息实时传输给双目视觉处理器；超声波传感器接收反射的超声波信号，将信息传输到超声波处理器得到超声波数据信息。
[0038]作为本专利技术进一步的技术方案，基于数据融合避障处理模块通过障碍感知算法处理超声波反射信号和图像数据这两种数据。
[0039]作为本专利技术进一步的技术方案，所述融合避障处理模块在融合两种数据通过对障碍物特征信息提取，实现特征点的精确匹配，依据特征点信息获得了障碍物中心位置及外形尺寸，并建立无人机和大地坐标系，根据无人机本身的地理位置信息通过两个坐标系之前的转换把障碍物在无人机的坐标位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，其特征在于，包括：无人机起落平台，用于实现无人机的放飞和回收；装载车处理单元，用于规划无人机群的飞行路径，生成飞行轨迹，并输出航迹信号给无人机巡检单元，还用于处理接收到的燃气泄漏数据，实现燃气泄漏位置的精准定位；无人机群巡检单元，用于通过飞行路径实现精准导航、障碍物实时躲避、避障后对航迹修正，以及对燃气管道泄漏的监测。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，其特征在于，所述装载车处理单元包括：装载车，用于携带所述无人机起落平台，根据无人机群飞行路径放置在无人机起降的位置，实现无人机的自主起飞、降落；飞行路径规划模块，用于生成无人机群飞行路径；信息交互模块，用于精确定位燃气泄漏位置；其中，所述信息交互模块包括数据接收模块、数据处理模块、信号传输模块。3.根据权利要求2所述的一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，其特征在于，所述无人机群巡检单元包括：精准导航模块，用于根据飞行路径沿管道精准导航；机群协同避障模块，用于实现障碍物实时躲避；航迹修正模块，用于对无人机航迹进行修正；激光监测模块，用于对管道进行泄漏巡检；所述无人机群巡检单元还包括数据传输模块、信号接收模块、飞行控制模块。4.根据权利要求3所述的一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，其特征在于，所述飞行路径规划模块与信号传输模块相连，通过输出信号给精准导航模块发出命令，使得无人机群准确无误地沿飞行路径对燃气管网进行巡检，所述飞行路径规划模块包括：基线解算子模块，通过待巡检区域的地理信息位置建立三维网络模型，划分出重点巡检网格，规划无人机群最短时间巡检完毕的路径以及小区合理配备巡检无人机的数量；自适应控制子模块，根据续航能力和重点区域网格规划路线，根据放飞顺序和飞行路径设置回收点，实现无人机精确巡检重点网格。5.根据权利要求3所述的一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，其特征在于，所述精准导航模块包括：GPS导航模块，通过接收飞行路径规划模块的命令，实现无人机沿飞行路径巡检；RTK/INS定位模块，与GPS导航模块相连，用于实现无人机的精准定位；其中，所述RTK/INS定位模块包括：RTK定位子模块，用于获取无人机精确的位置数据；INS惯性导航子模块，含有陀螺仪和加速度计，用于获取无人机的位姿信息；RTK/INS滤波处理器，用于融合INS惯性导航子模块获得的无人机位姿数据和RTK定位子模块获得的无人机位置数据，以此获得高精度位置位姿信息，所述RTK/INS滤波处理器与飞行控制模块相连，准确地控制无人机沿飞行路径无偏差巡检燃气管道。6.根据权利要求5所述的一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，
其特征在于，所述INS惯性导航子模块对陀螺仪和加速度器获取的数据进行处理得到速度和姿态角信息，从而获得无人机的位姿信息，将无人机位置信息与无人机的位姿信息通过RTK/INS滤波器结合，在获得高精度位置信息的同时矫正INS导航参数，获得高精度位姿信息，通过飞行控制模块不断调整无人机位置和姿态，实现无人机沿燃气管道精确巡检。7.根据权利要求5所述的一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，其特征在于，所述无人机嵌入机群协同避障模块，所述机群协同避障模块包括：超声波障碍感知模块，用于在无人机飞行过程中通过发射超声波，在感知到障碍物时接收超声波反射信号；双目视觉精确测量模块，用于通过双目相机采集图像数据；融合避障处理模块，用于接收超声波障碍感知模块采集的超声波反射信号和双目视觉精确测量模块所采集到的图像数据，通过数据融合处理两种数据，并通过三维障碍物重建反馈控制信息给飞行避障控制器。8.根据权利要求7所述的一种基于无人机群协同的居民小区燃气管网泄漏巡检系统，其特征在于，所述机群协同避障模块以双目视觉精确测量模块为主感知模块，并辅以超声波障碍感知模块，所述双目视觉精确测量模块包括双目相机、双目视觉处理器，超声波障碍感知模块包括超声波传感器、超声波处理器，双目相机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，王志静，邵昊，黄露露，刘超杰，井佩玉，刘子豪，王利辉，陈远德，费桢，范卓颖，李以恒，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
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