本实用新型涉及一种自动巡检系统，具体的说，涉及了一种基于无人机的激光遥测危险气体自动巡检系统。
背景技术：
随着国民经济的快速发展，对工业现场安全生产的检测日益加强，如煤炭生产、天然气开采、流通和储存等。这些场合可能存在易燃易爆气体和有毒气体，会对生产安全和环境带来巨大的危险。因此，这些场合对于易燃易爆和有毒有害的危险性气体的检测提出了更高的要求。
传统的检测方法是通过手持检测仪进行人工检测，这样在恶劣的环境非常容易出现意外，存在很大的风险。目前有一些检测易燃易爆危险性气体和有毒气体的场所，已经开始使用激光遥测气体检测仪，但是由于受便携类的激光遥测仪检测距离的影响，还是无法检测一些距离较远的场所。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种基于无人机的激光遥测危险气体自动巡检系统。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于无人机的激光遥测危险气体自动巡检系统，包括地面监控中心和内置有飞行控制系统的无人机，所述飞行控制系统包括GPS模块和高度计，所述无人机上搭载危险气体激光探测仪、视频采集系统和无线通信系统，所述地面监控中心经由所述无线通信系统、所述危险气体激光探测仪将巡检路径传送至所述飞行控制系统，所述飞行控制系统控制所述无人机按照所述巡检路径飞行，同时实时采集所述无人机的GPS信息和高度信息发送给所述危险气体激光探测仪和所述视频采集系统；所述危险气体激光探测仪，采集所述巡检路径上危险气体浓度信息并通过所述无线通信系统发送给所述地面监控中心，所述危险气体浓度信息包含有GPS信息和高度信息；所述视频采集系统，采集所述巡检路径上的巡检图像并上传给所述地面监控中心，所述巡检图像上包含有GPS信息和高度信息；所述地面监控中心根据危险气体浓度信息判断是否存在气体泄漏，并根据GPS信息和高度信息将所述浓度信息添加到所述巡检图像中进行显示。
基于上述，所述危险气体激光探测仪包括激光发射与接收光学系统、激光器控制模块、光电转换模块和微处理器模块，所述微处理器模块包括微弱信号解调处理子模块和系统控制子模块，所述激光器控制模块生成实现危险气体吸收峰附近波长扫描的激光信号，并通过所述激光发射与接收光学系统发射出去；所述激光发射与接收光学系统接收外界背景反射物反射的含有危险气体信息的激光信号，并发送给所述光电转换模块进行光电转换，形成含有危险气体信息的电信号；所述微弱信号解调处理子模块根据含有危险气体信息的电信号获得所述危险气体浓度信息，并通过所述系统控制子模块和所述无线通信系统发送给所述地面监控中心；所述系统控制子模块还与所述飞行控制系统相连。
基于上述，所述激光发射与接收光学系统包括发射光学系统和接收光路系统，所述发射光学系统包括平行设置的激光准直系统和激光指示系统，所述激光准直系统包括激光出射光纤和一个准直透镜，所述激光指示系统用于指示所述激光准直系统射出的激光方向；所述接收光路系统包括沿入射光路依次设置的两组透镜、滤光片和探测器电路系统。
基于上述，所述光电转换模块包括光电探测器和前置放大电路，所述光电探测器用于将接收到的光信号转换成含有危险气体信息的电信号，并经所述前置放大电路送入所述微弱信号解调处理子模块。
基于上述，所述微弱信号解调处理子模块包括DSP数字电路、AD转换电路和DA转换电路，所述DSP数字电路用于产生实现危险气体中心波长扫描所需的调制信号，并通过所述DA转换电路发送给所述激光器控制模块；所述AD转换电路用于将所述前置放大电路发送的含有危险气体信息的电信号转换为数字信号发送给所述DSP电路；所述DSP电路根据含有危险气体信息的电信号获得所述危险气体浓度信息。
基于上述，所述激光器控制模块包括激光器、波长调制电路和温度控制电路，所述波长调制电路根据所述调制信号驱动所述激光器生成实现危险气体中心波长扫描的激光信号，所述温度控制电路用于对所述激光器进行恒温控制。
基于上述，所述视频采集系统包括设置在所述无人机下方的云台、安装在所述云台上的摄像机和图传系统，所述摄像机用于实时拍摄所述巡检路径上的巡检图像，并通过所述图传系统传送到所述地面监控中心。
基于上述，所述地面监控中心包括控制中心、地理信息系统和以及用于显示所述地理信息系统的显示屏，所述中心模块根据危险气体浓度信息判断是否存在气体泄漏，并根据GPS信息和高度信息将所述浓度信息添加到所述巡检图像中，并根据GPS信息将所述巡检图像标记在所述地理信息系统中；所述中心模块还通过所述地理信息系统规划所述巡检路径，并通过所述无线通信系统、所述危险气体激光探测仪发送给所述飞行控制系统。
本实用新型相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本实用新型通过无人机和危险气体激光探测仪的结合进行危险气体的泄漏检测，可以有效地避免危险气体泄露事故发生，而无需人工携带检测仪在危险场所检测，同时还具有响应速度快、灵敏度高、高精度、传感器不会中毒的优点。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型激光发射与接收光学系统的结构示意图。
图3是本实用新型危险气体激光探测仪的检测流程图。
图中，1.激光准直系统；2.激光指示系统；3.透镜；4.探测器电路系统。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，一种基于无人机的激光遥测危险气体自动巡检系统，包括地面监控中心和内置有飞行控制系统的无人机，所述飞行控制系统包括GPS模块和高度计，所述无人机上搭载危险气体激光探测仪、视频采集系统和无线通信系统，优选的，无线通信系统包括GPRS、4G、NB-IOT等无线通信模块。
所述地面监控中心经由所述无线通信系统、所述危险气体激光探测仪将巡检路径传送至所述飞行控制系统，所述飞行控制系统控制所述无人机按照所述巡检路径飞行，同时实时采集所述无人机的GPS信息和高度信息发送给所述危险气体激光探测仪和所述视频采集系统；所述危险气体激光探测仪，采集所述巡检路径上危险气体浓度信息并通过所述无线通信系统发送给所述地面监控中心，所述危险气体浓度信息包含有GPS信息和高度信息；所述视频采集系统，采集所述巡检路径上的巡检图像并上传给所述地面监控中心，所述巡检图像上包含有GPS信息和高度信息；所述地面监控中心根据危险气体浓度信息判断是否存在气体泄漏，并根据GPS信息和高度信息将所述浓度信息添加到所述巡检图像中进行显示。
具体的，所述危险气体激光探测仪包括激光发射与接收光学系统、激光器控制模块、光电转换模块和微处理器模块，所述微处理器模块包括微弱信号解调处理子模块和系统控制子模块，所述激光器控制模块生成实现危险气体吸收峰附近波长扫描的激光信号，并通过所述激光发射与接收光学系统发射出去；所述激光发射与接收光学系统接收外界背景反射物反射的含有危险气体信息的激光信号，并发送给所述光电转换模块进行光电转换，形成含有危险气体信息的电信号；所述微弱信号解调处理子模块根据含有危险气体信息的电信号获得所述危险气体浓度信息，并通过所述系统控制子模块和所述无线通信系统发送给所述地面监控中心；所述系统控制子模块还与所述飞行控制系统相连。
其中，如图2所示，所述激光发射与接收光学系统包括发射光学系统和接收光路系统，所述发射光学系统包括平行设置的激光准直系统1和激光指示系统2，所述激光准直系统1包括激光出射光纤和一个准直透镜，所述激光指示系统2用于发出有色激光以指示所述激光准直系统1射出的激光方向；所述接收光路系统包括沿入射光路依次设置的两组透镜3、滤光片和探测器电路系统4。
所述光电转换模块包括光电探测器和前置放大电路，所述光电探测器用于将接收到的光信号转换成含有危险气体信息的电信号，并经所述前置放大电路送入所述微弱信号解调处理子模块。
所述微弱信号解调处理子模块包括DSP数字电路、AD转换电路和DA转换电路，所述DSP数字电路用于产生实现危险气体中心波长扫描所需的调制信号，并通过所述DA转换电路发送给所述激光器控制模块；所述AD转换电路用于将所述前置放大电路发送的含有危险气体信息的电信号转换为数字信号发送给所述DSP电路；所述DSP电路根据含有危险气体信息的电信号获得所述危险气体浓度信息。
所述激光器控制模块包括激光器、波长调制电路和温度控制电路，所述波长调制电路根据所述调制信号驱动所述激光器生成实现危险气体中心波长扫描的激光信号，所述温度控制电路用于对所述激光器进行恒温控制。所述激光器控制模块能够将所述激光器发出的激光的波长稳定在危险气体的吸收峰上，同时还不受环境温度的影响。具体的，所述危险气体激光探测仪检测的气体包括甲烷、硫化氢、氨气、CO等，通过更换内部不同的激光器就可以实现，也可以将多种激光器融合，同时检测多种危险气体。
具体的，如图3所示，所述危险气体激光探测仪实时采集所述巡检路径上的危险气体浓度信息的步骤为：
所述DSP数字电路产生实现危险气体中心波长扫描所需的调制信号，并通过所述DA转换电路发送给所述激光器控制模块；
所述激光器控制模块的波长调制电路根据所述调制信号驱动所述激光器生成实现危险气体中心波长扫描的激光信号并通过所述激光发射与接收光学系统发射至外界；
所述激光发射与接收光学系统接收外界背景反射物反射的含有危险气体信息的激光信号，并发送给所述光电转换模块；
所述光电转换模块将接收到的光信号转换成含有危险气体信息的电信号，并经所述前置放大电路放大后送至所述AD转换电路；
所述AD转换电路将所述前置放大电路发送的含有危险气体信息的电信号转换为数字信号发送给所述DSP电路；
所述DSP电路根据含有危险气体信息的电信号获得所述危险气体浓度信息。
所述视频采集系统包括设置在所述无人机下方的云台、安装在所述云台上的摄像机和图传系统，所述摄像机用于实时拍摄所述巡检路径上的巡检图像，并通过所述图传系统传送到所述地面监控中心。
所述地面监控中心包括控制中心、地理信息系统和以及用于显示所述地理信息系统的显示屏，所述中心模块根据危险气体浓度信息判断是否存在气体泄漏，并根据GPS信息和高度信息将所述浓度信息添加到所述巡检图像中，并根据GPS信息将所述巡检图像标记在所述地理信息系统中；所述中心模块还通过所述地理信息系统规划所述巡检路径，并通过所述无线通信系统、所述危险气体激光探测仪发送给所述飞行控制系统。
所述基于无人机的激光遥测危险气体自动巡检系统的使用步骤为：
步骤1，所述地面监控中心通过所述无线通信系统、所述危险气体激光探测仪向所述飞行控制系统发送所述巡检路径。
步骤2，所述飞行控制系统控制所述无人机按照所述巡检路径飞行，同时实时采集所述无人机的GPS信息和高度信息发送给所述危险气体激光探测仪和所述视频采集系统；
步骤3，所述危险气体激光探测仪，采集所述巡检路径上危险气体浓度信息并通过所述无线通信系统发送给所述地面监控中心，所述危险气体浓度信息包含有GPS信息和高度信息；所述视频采集系统，采集所述巡检路径上的巡检图像并上传给所述地面监控中心，所述巡检图像上包含有GPS信息和高度信息；
步骤4，所述地面监控中心根据危险气体浓度信息判断是否存在气体泄漏，并根据GPS信息和高度信息将所述浓度信息添加到所述巡检图像中进行显示；
步骤5，所述无人机沿着所述巡检路径巡检一遍后，返回所述地面监控中心。
所述地面监控中心通过实时查看所述无人机的GPS信息、高度信息、巡检图像以及危险气体浓度信息，全面的掌握化工厂内危险气体的情况。当激光遥测危险气体激光探测仪检测到存在危险气体时，所述地面监控中心会报警，同时所述无人机悬停在该位置，重新仔细检测。当确定有危险气体泄露后，所述地面监控中心将报警信息在所述地理信息系统上显示出来。同时所述无人机继续按照所述巡检路径继续巡检，直到完成所述巡检路径。
需要注意的是，在实际应用中，可根据待巡检的区域类型设置相应的所述巡检路径。
例如：例如：现在需要巡检一个化工厂，此时可以先在所述地面监控中心的地理信息系统中找到化工厂，然后设置一个巡检路径，所述巡检路径可以为“Z”字型巡检路径，也可以为按照从外围到中心的螺旋型巡检路径。
如果所述巡检区域为燃气管道长输管线或者小区内的高层，还可以选定长输管线的两个点之间的管线作为预设巡检路线进行自动巡检或者设置一个位置不同的高度点进行自动巡检。
另外，所述无人机按照所述巡检路径飞行的过程中，所述地面监控中心还可以通过所述无线通信系统、所述危险气体激光探测仪控制所述飞行控制系统调节所述无人机的所述巡检路径。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。