一种便携式光缆自动收放系统及方法与流程

本发明涉及一种光缆收放系统，尤其涉及一种便携式光缆自动收放系统及方法。

背景技术：

在野外作业需要在两点间进行大数据量、高可靠性通信的情况下，需要进行光缆铺设和收放操作。在具备光缆收放条件的地形下，常用的光缆绕线转盘使用时，通过手动转动轮式转盘实现光缆收放：放线时人员在向目标第电行进的过程中通过牵扯光揽一端将光纤拉出，光纤转盘被动转动，实现光纤铺放；收线时则需要人员手动转动光缆转盘，将光揽回收，并缠绕在光缆转盘上，但当有碎石和草木等多遮挡物时由于光缆接口通常有连接器凸起，通过旋转转盘实现光缆回收的方式就无法实现，需要人工搬起并转动绕线盘步行收线，或者将光缆收拢后再进行绕线工作，工作强度大，作业效率低。

当需要通信的两点处于多沟壑、石块的戈壁地形或者水网密布的南方地区时人员无法通过，铺设和收放光缆将面临更多的困难。当前已有的的电缆光缆自动绕线机产品，虽然可以通过车载等方式实现快速铺设电缆光缆，但无法解决车辆及人员无法通过的特殊复杂地形的光缆收放功能，具有很大的局限性。因此，亟需一种可以克服此类地形的光缆自动收放系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种设计合理，适用于复杂地形的便携式光缆自动收放系统。

本发明的另一目的在于提供一种便携式光缆自动收放方法，旨在实现野外复杂地形条件下(如戈壁、沟壑、草丛等)光缆收放的同时提高作业效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明是一种便携式光缆自动收放系统，包括光缆收放机构和光缆拖拽旋翼机，光缆收放机构包括收放架和绕线转盘，收放架上装有转盘驱动机构和旋翼机控制组件，光缆拖拽旋翼机设有旋翼机主体，旋翼机主体上装有红外摄像头、gps传感器和光缆自动卡扣，光缆自动卡扣上装有拉力传感器；所述转盘驱动机构包括转盘驱动电机、电机控制器及无线通讯盒；所述旋翼机控制组件包括旋翼机控制器和内置电池的旋翼机收纳盒，旋翼机收纳盒装在收放架上，转盘驱动电机、无线通讯盒分别与旋翼机收纳盒电连接，转盘驱动电机、光缆拖拽旋翼机分别与旋翼机控制器无线通讯连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，整个系统机械设计合理布局紧凑，旋翼机收纳盒既作为旋翼机机库又作为系统的充电以及供电设备，同时还具有ip67防水功能，具有良好的野外环境适应性；

第二，旋翼机上红外摄像机使得系统适用于昼夜环境下的作用需求，使系统具有昼夜作业能力；旋翼机上安装的光缆自动卡扣具有拉力感知和自动解锁功能，可为系统电机转速及旋翼机飞行速度匹配提供反馈数据，自动解锁功能方便光缆端子投放，提高系统使用效率；

第三，旋翼机控制器采用界面化按键设计，相较与传统无人机遥控器体积更小、重量更轻更方便携带，同时旋翼机控制器可存储飞行视频、飞行轨迹等数据可自动生成飞行报告；

第四，系统无线通讯设备用于系统设备间的无线数据通信，采用自主开发数据通信协议，数据带宽大、数据传输稳定可靠。

优选地，所述收放架包括底盘和安装绕线转盘的转盘支架，绕线转盘通过转盘支架装在底盘上，底盘上装有车轮、推车把手及底盘定位器，所述底盘定位器设有插入到土壤内起固定作用的定位片，定位片铰接在底盘上，定位片边沿设有边齿。

优选地，所述光缆自动卡扣包括卡扣安装架和两根卡爪，两根卡爪的中部铰接，两根卡爪的尾端通过电磁吸合机构装在卡扣安装架上，卡扣安装架通过滑动连接机构装在光缆拖拽旋翼机上，所述拉力传感器装在卡扣安装架与光缆拖拽旋翼机之间，电磁吸合机构包括电磁元件、设在卡爪尾端的吸合件以及与电磁元件电连接的控制电路。

优选地，所述绕线转盘包括主绕线转盘和副绕线转盘，主绕线转盘和副绕线转盘同轴固定相接。

优选地，所述旋翼机收纳盒上装有主电源开关，旋翼机上装有旋翼机电源开关。

本发明是一种使用上述的便携式光缆自动收放系统的光缆自动收放方法，其特点是，该方法包括如下步骤：

(1)铺设前，将上述的便携式光缆自动收放系统拉至光缆通信节点的其中一节点处，以通信节点a为例，通过底盘定位器将收放架固定在通信节点a处；

(2)从旋翼机收纳盒中取出旋翼机，打开旋翼机电源开关，通过旋翼机控制器控制旋翼机升空，通过观察旋翼机上的红外摄像头，遥控旋翼机紧贴地面飞行至光缆通信节点的另一节点上空，以通信节点b为例，飞行期间旋翼机自动记录飞行路线，同时通过gps传感器测量出通信节点a和通信节点b之间的水平距离并记录，随后旋翼机自动返航；

(3)铺设光缆时，将缠绕在主绕线转盘的光缆接头固定在旋翼机的光缆自动卡扣上，打开旋翼机收纳盒上的主电源开关，随后通过旋翼机控制器，控制旋翼机由通信节点a向通信节点b方向飞出，此时旋翼机的飞行速度与转盘驱动电机释放光缆的转速保持同步，当旋翼机飞行至通信节点b上空时，开始逐渐下降高度，当降低到地面高度0.5米高度时，光缆自动卡扣自动解锁，将此端光缆投放到地面，手动将此端光缆连接至b点通信设备即可；在此过程中旋翼机自动记录飞行轨迹，相关数据由gps传感器进行数据采集及记录；完成上述操作后，松开粘扣将绕在副绕线转盘上的光缆另一端从转盘取下，连接到a点通信设备即完成整条光缆的铺设工作；

(4)回收光缆时，首先将通信节点a处的通信光缆端子绕线到副绕线转盘上，并通过副绕线转盘上的粘扣进行固定，将待回收光缆另一端端子固定在旋翼机的光缆自动卡扣上面，旋翼机根据铺设作业时记录的飞行数据垂直升空到相应高度，随后通过无线指令通知电机控制器，控制转盘驱动电机反向转动，将光缆缠绕在主绕线转盘上，转盘驱动电机的收线转速与旋翼机飞行速度保持同步，旋翼机自动飞回通信节点a后，光缆自动卡扣自行解锁将光缆端子投放到地面，手动将光缆端子固定在主绕线转盘上，将旋翼机回收到旋翼机收纳盒中，关闭主电源开关，完成光缆回收工作。

与现有技术相比，本发明采用空中铺设和回收光缆的方法，较传统通过拖拽绕线转盘沿地面铺设的铺设及回收方法更为便捷、高效，同时适应更复杂的地形条件，有效减小了戈壁、草丛、沟壑等地形条件下对光缆铺设回收的限制；采用飞行轨迹自动记录、沿轨迹复飞技术及方法，只需要人员操作一次旋翼机的无负载飞行，后续无需人员操作旋翼机即可完成整个光纤的铺设和回收工作；采用电机转速与旋翼机飞行速度同步技术，确保整个光缆铺设和回收工作过程稳定可靠。

优选地，步骤(3)和步骤(4)中，旋翼机的飞行速度通过旋翼控制器进行控制，光缆自动卡扣上的拉力传感器实时检测拉力变化以调节飞行速度，并通过无线控制并微调转盘驱动电机的转速，从而实现转盘驱动电机转速与旋翼机飞行速度的快速匹配。

优选地，步骤(3)中，旋翼机由通信节点a向通信节点b方向以45°夹角牵引光缆斜飞出已记录水平距离的倍。

优选地，所述在取出旋翼机时确定旋翼机电池电量满足使用需求，旋翼机的电池电量保持在50％以上，通过旋翼机控制器查看电池电量。

优选地，由gps传感器采集到的数据通过无线传输方式传送至旋翼控制器进行备份。

本发明提供的光缆自动收放方法具有与上述系统相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述便携式光缆自动收放系统的结构图；

图2为绕线转盘的结构图；

图3为光缆自动卡扣的结构图。

附图标记：

1-底盘，2-旋翼机，3-把手，4-旋翼机控制器，5-转盘驱动电机，6-副绕线转盘，7-主绕线转盘，8-红外摄像头，9-gps传感器，10-光缆自动卡扣，11-旋翼机收纳盒，12-车轮，13-底盘定位器，14-主电源开关，15-电缆，16-无线通讯盒，17-转盘支架，18-卡爪，19-连接架，20-吸合件，21-拉力传感器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1-3，本发明提供了一种便携式光缆自动收放系统，包括光缆收放机构和光缆拖拽旋翼机2，光缆收放机构包括收放架和绕线转盘，收放架上装有转盘驱动机构和旋翼机控制组件，光缆拖拽旋翼机2设有旋翼机主体，旋翼机主体上装有红外摄像头8、gps传感器9和光缆自动卡扣10，光缆自动卡扣10上装有拉力传感器21；所述转盘驱动机构包括转盘驱动电机5、电机控制器及无线通讯盒16；所述旋翼机控制组件包括旋翼机控制器4和内置电池的旋翼机收纳盒11，旋翼机收纳盒11装在收放架上，转盘驱动电机5、无线通讯盒16分别与旋翼机收纳盒11电连接，转盘驱动电机5、光缆拖拽旋翼机2分别与旋翼机控制器4无线通讯连接，转盘驱动电机5采用直流电机。

所述收放架采用推车结构，包括底盘1、车轮12、推车把手3、转盘支架17和底盘定位器13，用于运载绕线转盘、转盘驱动电机、电机控制器、内置电池的光缆拖拽旋翼机收纳盒等整个系统主要部件。

所述底盘定位器13设有插入到土壤内起固定作用的定位片，定位片铰接在底盘上，定位片边沿设有边齿。底盘定位器13至少设有两个，一个装在底盘前端的中部，另一个装在底盘后端的中部，也可以设置4个，分别设在底盘的四个角上，主要用于固定底盘，使得底盘在整个作业过程中保持姿态稳定。

所述光缆自动卡扣包括卡扣安装架19和两根卡爪18，两根卡爪的中部铰接，两根卡爪的尾端通过电磁吸合机构20装在卡扣安装架19上，通过电磁吸合机构20控制两根卡爪夹取和释放光缆，卡扣安装架19通过滑动连接机构装在光缆拖拽旋翼机2上，所述拉力传感器21装在卡扣安装架19与光缆拖拽旋翼机2之间，电磁吸合机构采用现有技术公开的任一种具有通电吸合、断电张开的结构，其中一种结包括电磁元件、设在卡爪尾端的吸合件以及与电磁元件电连接的控制电路。两个吸合件可以为衔铁与电磁块的配合，也可以是两个电磁块的配合。所述的滑动连接机构为固定在光缆拖拽旋翼机2上滑轨和与滑轨配合的滑块，滑块固定在卡扣安装架19上。

所述绕线转盘包括主绕线转盘6和副绕线转盘7，主绕线转盘6和副绕线转盘7同轴固定相接，副绕线转盘6既可以设置在主绕线转盘7中间，也可以设置在主绕线转盘6的转轴两端。主绕线转盘6用于缠绕大比例部分光缆(长线端)，长线端端子通过粘扣固定在主绕线转盘6上；副绕线转盘7用于缠绕小比例部分光缆(短线端)，短线端端子通过粘扣固定在副绕线转盘上；主绕线转盘6与副绕线转盘7位置相对固定，不可相对转动。转盘支架用于支撑主绕线转盘6与副绕线转盘7配合直流电机实现主、副绕线转盘转动。

直流电机用于控制主副绕线转盘的转动；电机控制器及无线通讯盒用于设置及微调电机转动速度。

电缆用于为直流电机和电机控制及无线通讯盒供电；内置电池的旋翼机收纳盒11用于储藏旋翼机，可为旋翼机充电并为直流电机供电。

光缆拖拽旋翼机主要有旋翼机主体以及光缆自动卡扣、gps传感器和红外摄像头等部分组成，用于光缆铺设和回收过程中拖拽光缆，是整个系统的重要组成部分，旋翼机收纳盒上装有主电源开关，旋翼机主体上装有旋翼机电源开关；旋翼机控制器用于旋翼机飞行首次飞行过程中的过程控制，通过旋翼控制器可实时查看飞行过程中的图像数据，便于飞行控制，配合机载红外摄像头可实现光缆昼夜铺设和回收工作，旋翼控制器还可实时记录旋翼机飞行轨迹，自动生产飞行报告。

一种使用上述的便携式光缆自动收放系统的光缆自动收放方法，该方法包括如下步骤：

(1)在复杂地形下进行光缆临时的铺设时，将上述的便携式光缆自动收放系统拉至光缆通信节点的其中一节点处，以通信节点a(此节点应为复杂地形下容易行的一侧)为例，扳下底盘上的底盘定位器将底盘进行固定，从旋翼机收纳盒中取出旋翼机(旋翼机收纳盒含大容量锂离子电池壳为旋翼机充电并为电机供电)，并确定旋翼机电池电量满足使用需求(应在50％以上电量)；打开旋翼机电源开关，并通过旋翼机控制器控制旋翼机升空，通过观察旋翼机上的红外摄像头，遥控无人机飞行贴地面飞行至光缆通信节点b上空，飞行期间旋翼机自动记录飞行路线，同时，机载gps传感器测量出通信节点a和通信节点b之间的水平距离并记录，随后旋翼机自动返航。

(2)进行光缆铺设作业时，将缠绕在主绕线转盘的光缆接头固定在旋翼机光缆自动卡扣(安装有拉力传感器和自动开扣功能)，打开旋翼机收纳盒上的系统主电源开关，通过旋翼机控制器可查看主电源电量，并可通过旋翼机收纳盒上的usb充电口对旋翼机收纳盒内的电池进行充电。随后通过旋翼机控制器，控制旋翼机由通信节点a向通信节点b方向以45°夹角牵引光缆斜飞出已记录水平距离的倍，此时旋翼机的飞行速度与直流电机释放光缆的转速保持同步(速度可以通过旋翼控制器进行控制，光缆自动卡扣上的拉力传感器实时检测拉力变化以调节飞行速度，并通过无线控制微调电机转速，从而实现电机转速与旋翼机飞行速度的快速匹配)。当旋翼机飞行至b点上时，开始逐渐下降高度，当降低到地面高度0.5米高度时，光缆自动卡扣自动解锁，将此端光缆投放到地面，将此端光缆连接至通信节点b处的通信设备即可。在此过程中旋翼机自动记录飞行轨迹，相关数据由机载gps传感器进行数据采集及记录，另外，相应数据同时无线传输回旋翼控制器并进行备份。完成上述操作后，松开粘扣将绕在副绕线转盘上的光缆另一端从转盘取下，连接到a点通信设备即完成整条光缆的铺设工作。

(3)进行光缆回收作业时，首先将通信节点a处的通信光缆端子绕线到副绕线转盘上，并通过粘扣进行固定。将待回收光缆一端端子固定在光缆自动卡扣上面，旋翼机根据铺设作业时记录的飞行数据垂直升空到相应高度，随后通过无线指令通知电机控制器控制电机反向转动将光缆缠绕在主绕线转盘上，直流电机收线转速与旋翼机飞行速度保持同步，通过光缆自动卡扣上电拉力传感器进行实时反馈，从而保持转速与旋翼机飞行速度的匹配，旋翼机自动飞回通信节点a后，光缆自动卡扣自行解锁将光缆端子投放到地面，手动将光缆端子固定在主绕线转盘上。将旋翼机回收到旋翼机收纳盒中，关闭主电源开关，完成光缆回收工作。

本发明所述的系统及方法适用在不利于人员行进的复杂地理环境下两点间的光缆铺设和回收工作。主要有以下益处：第一，克服复杂地理环境的束缚，可实现戈壁沙漠、草丛、沟壑等地形下传统人力无法或不利于光缆铺设回收的情况，大大提高了光缆的使用范围；第二，本系统同样适用于地形良好条件下的光缆铺设，由于属于空中作业，可有效避免地面障碍物的影响，避免光缆接头端子因受到障碍物阻碍造成损害，可大大提高光缆铺设和回收效率。第三，本系统采用自主飞行控制技术，收放线转速与旋翼机飞行速度自动匹配，配备红外摄像头，可实现昼夜作业，系统还实现了高度智能化和自动化，在极大降低了人员干预的同时，提高了光缆铺设回收过程的可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。