[發(fā)明專利]一種基于無人機平臺的港口實景監(jiān)控系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106970639A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王國賢;隨何虎;董熙晨;周勇
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;H04N7/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魏波

1.一種基于無人機平臺的港口實景監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括無人機平臺分系統(tǒng)與地面指揮測控分系統(tǒng)；所述無人機平臺分系統(tǒng)對港口各區(qū)域進行全方位、零死角、近距離、可跟蹤目標的實時監(jiān)控；所述地面指揮測控分系統(tǒng)用于控制所述無人機平臺分系統(tǒng)工作，并接收、分析所述無人機平臺分系統(tǒng)采集的信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無人機平臺的港口實景監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述無人機平臺分系統(tǒng)為四旋翼無人機，所述四旋翼無人機包括飛行控制模塊、動力驅(qū)動模塊、飛行導(dǎo)航模塊、電力供給模塊和監(jiān)控模塊；

所述動力驅(qū)動模塊包括順序連接的信息處理單元、伺服作動器、舵機和電機；所述飛行控制模塊與所述動力驅(qū)動模塊的信息處理單元連接，所述伺服作動器通過飛行控制模塊發(fā)出的命令控制舵機，從而對連接各個旋翼的電機進行轉(zhuǎn)速控制，實現(xiàn)無人機不同姿態(tài)的飛行任務(wù)；

所述飛行導(dǎo)航模塊包括信息處理單元、GPS導(dǎo)航儀、超聲波測距傳感器、三軸速率陀螺儀；所述飛行控制模塊與所述飛行導(dǎo)航模塊的信息處理單元連接，所述信息處理單元分別與所述GPS導(dǎo)航儀、超聲波測距傳感器和三軸速率陀螺儀連接；所述GPS導(dǎo)航儀實現(xiàn)無人機的精準定位；所述超聲波測距傳感器通過對無人機機身附近可能出現(xiàn)非預(yù)期性障礙物的位置進行反饋，完成即時避障；所述三軸速率陀螺儀確保無人機按預(yù)期的飛行參數(shù)與姿態(tài)飛行；

所述監(jiān)控模塊包括高精度陀螺儀、高清攝像頭、紅外攝像頭和信號發(fā)生器；所述監(jiān)控模塊通過所述信號發(fā)生器與所述地面指揮測控分系統(tǒng)連接，在所述地面指揮測控分系統(tǒng)控制下工作；所述監(jiān)控模塊安裝于四旋翼無人機機身的下部，通過云臺上的高精度陀螺儀隔離機身運行擾動，防止產(chǎn)生抖動或因視場角受限制而造成采集圖像的不清晰或不全面的問題；當執(zhí)行巡檢監(jiān)控任務(wù)時，云臺能調(diào)整其傾斜與俯仰的姿態(tài)，使高清攝像頭與紅外攝像頭對準需監(jiān)控區(qū)域或位置；

所述電力供給模塊為所述無人機平臺分系統(tǒng)提供電力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無人機平臺的港口實景監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述地面指揮測控分系統(tǒng)包括地面中轉(zhuǎn)站、計算機與控制器；地面中轉(zhuǎn)站設(shè)置于港口若干個待監(jiān)控區(qū)域中，為無人機提供一個可起飛降落、充電、檢測維護的平臺，并將無人機的狀態(tài)信息發(fā)送給地面計算機；所述地面計算機根據(jù)無人機平臺機身的實際尺寸與目標港口的實際區(qū)域設(shè)施布局分別在三維繪圖軟件中繪制各自相對應(yīng)的三維模型，并將兩種三維模型進行裝配結(jié)合；所述地面計算機用于對傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控盲點、需近距離監(jiān)控的移動物體或因天氣原因傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備無法看清的位置，以此對無人機的預(yù)期飛行參數(shù)、路線與任務(wù)載荷工作進行規(guī)劃；所述地面控制器對無人機進行起降操縱、飛行航路控制、任務(wù)載荷控制以及數(shù)據(jù)鏈控制。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無人機平臺的港口實景監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述地面中轉(zhuǎn)站設(shè)置帶有色彩標識的無人機停靠點，操作人員通過無人機上的高清攝像頭觀察色彩標識使無人機平穩(wěn)準確安全的落在規(guī)定停靠點，確保充電與維護工作的正常進行。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的基于無人機平臺的港口實景監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述無人機平臺分系統(tǒng)安裝有數(shù)據(jù)傳輸無線電和飛行控制無線電電路，通過微波信號與地面控制器和地面計算機連接，進行飛行路線規(guī)劃、控制和圖像傳輸。

6.一種基于無人機平臺的港口實景監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：對港口的監(jiān)控區(qū)域進行劃分并在各區(qū)域設(shè)置地面中轉(zhuǎn)站，以供無人機進行起飛降落、充電和檢測維護；

步驟2：地面計算機根據(jù)無人機平臺機身的實際尺寸與目標港口的實際區(qū)域設(shè)施布局分別在三維繪圖軟件中繪制各自相對應(yīng)的三維模型，并將兩種三維模型進行裝配結(jié)合；在結(jié)合后的三維模型中根據(jù)監(jiān)控要求對無人機的預(yù)期飛行參數(shù)、航行路線與任務(wù)載荷的工作內(nèi)容進行規(guī)劃；

步驟3：地面中轉(zhuǎn)站將無人機的狀態(tài)信息發(fā)送給地面計算機，地面計算機判斷無人機是否滿足執(zhí)行飛行任務(wù)的條件；當確認無人機分系統(tǒng)準備就緒后，地面控制器對無人機的飛行控制模塊發(fā)出命令，開始執(zhí)行飛行監(jiān)控任務(wù)；

步驟4：無人機按規(guī)劃的航線飛行，通過各個螺旋槳的速度控制與步進電機控制云臺的俯仰與旋轉(zhuǎn)相互協(xié)同配合，采集需監(jiān)控區(qū)域或物體的圖像信息并傳送至地面計算機；

步驟5：地面計算機將接收到的圖像文件傳送至港口管理部門進行使用；

步驟6：完成監(jiān)控飛行任務(wù)后，無人機降落在各自監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的地面中轉(zhuǎn)站，進行充電和檢測維護，保障下次飛行任務(wù)。