铁路线空中无人机自动巡查与实时图像采集传输系统的制作方法
【专利说明】铁路线空中无人机自动巡查与实时图像采集传输系统 所属技术领域
[0001] 本发明涉及无人机侦查领域，具体涉及铁路线空中无人机自动巡查与实时图像采 集传输系统。
【背景技术】
[0002] 铁路线巡查是铁路线日常维护的基本工作，巡查方式可分为人工巡查、有人直升 机巡查以及无人机巡查。尽管人工巡查是最常用的巡查方式，但一直存在着效率较慢、受气 候地理环境制约等不足，机巡方式正被广泛研究与应用，尤其无人机巡查的安全高效特性， 铁路线空中无人机具有越来越大的应用价值。
[0003] 目前针对铁路线空中无人机巡查的任务规划大多采用人工手动规划方式，此种方 式虽然确保了无人机的飞行安全，但是效率较低，无法满足大规模无人机巡查的需要，同时 手动规划方式很难在大区域内实现最优规划。无人机智能巡线任务规划首先需要对整个铁 道线区域内的所有重要节点构建一种数据结构，以便进行智能算法规划。
[0004] 现有的侦查视频图像的回传，大多数是基于模拟视频信号，图像不清晰，还需要一 个称为IOSD的设备，这个设备实际上就将高清摄像机的模拟视频信号与飞行参数进行叠 加回传地面，因此虽然飞机上存储的是高清图像，但回传到地面的图像是叠加了飞行状态 参数的模拟图像，而人们往往需要实时看到飞机上拍摄的高清数字图像。
[0005] 无人机系统包括了无人机机体平台、任务载荷及数据无线传输三个部分。无人机 视频数据传输应用实现的关键在于无线传输链路手段。目前的无线传输技术主要有包括以 下技术：3G 网络（CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA)、4G(TD-LTE 和 FDD-LTE)网络、无线局域网 (WIFI)、卫星、微波等。
[0006] 卫星和微波技术是无线视频传输的传统手段，且卫星通信技术的最大优点是服务 范围广、功能强大、使用灵活，不受地理环境和其它外部环境的影响，尤其是不受外界电磁 环境的影响。但这两种技术成本居高不下，其昂贵的初始建造费用和通讯费用常使人望而 却步，无法大面积推广。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种铁路线空中无人机自动巡查与实时图像采集传输系统，该系统能 够自动规划巡查航迹，支持视觉导航、图像识别与避障，能够在不受传送延迟影响的情况下 适当地改变参数，由此提高图像识别率，将卫星通信网络模式与传统通信模式融合在一起， 可解决大容量图像数据的高速交换，并具有较高的安全性。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提供铁路线空中无人机自动巡查与实时图像采集传输 系统，该系统包括：
[0009] 安装在地面中心站的视频传输装置和安装在无人机内的监控装置；
[0010] 其中，所述视频传输装置包括：
[0011] 视频图像接收模块、多信道分发模块、中心站点图像处理模块和显示终端；
[0012] 所述图像接收模块，接收所述图像发射模块发射的图像信号。
[0013] 其中，所述监控装置包括：
[0014] 安装在无人机上的中央处理模块、巡查线路规划模块、机端图像处理模块、卫星导 航模块、高清高倍变焦运动摄像机、视频图像无线发射模块；
[0015] 其中，所述巡查线路规划模块用于智能规划无人机巡查的线路，包括：一元非线性 回归预测单元、线路图连通单元和线路构建及存储单元；
[0016] 所述一元非线性回归预测单元对铁道线路节点分布进行预测，生成若干条节点线 路，每条节点线路覆盖若干节点；
[0017] 所述线路图连通单元利用节点分布的临界情况，使若干条节点线路连通形成线路 连通图；
[0018] 巡查线路构建及存储单元，用于构建巡查线路最终结构并存储，所述中央处理模 块从该单元读取并执行巡查线路。
[0019] 优选的，所述一元非线性回归预测单元将三维空间模型简化到二维空间模型，采 用一元非线性回归预测方法，对铁道线路重要节点分布进行预测；预测方式采用置信区间 方式，根据历史重要节点数据（响应变量）对新输入数据（解释变量）进行预测及判定。
[0020] 优选的，其中所述临界情况包括：交叉跨越情况、多条线路距离较近平行分布情 况、重要节点转向情况、重要节点分支情况。
[0021] 优选的，所述巡查线路构建及存储单元建立节点矩阵，其中行列坐标表示节点号， 矩阵数据为节点地理位置信息；根据预测结果将节点分为两种类型：重要节点与非重要节 点，对于重要节点，构建重要节点邻接表；对于非重要节点，进行矩阵结构存储，矩阵行坐标 表示所属线路，列坐标表示节点号。
[0022] 优选的，所述机端图像处理模块包括：数据接收单元、参数改变单元、解码单元和 图像识别单元，数据接收单元接收包括图像编码数据和参数的图像编码流，参数改变单元 能够改变数据接收单元接收的参数，解码单元根据被参数改变单元改变的参数对接收的图 像编码数据解码并生成图像解码数据，图像识别单元对解码后的图像解码数据执行图像识 别。
[0023] 优选的，所述多信道分发设备上设置有加密装置，所述的中心站点图像处理系统 上设置有解密设备，采用这种设计以后，通过对于数据的加密，从而保证了数据传输过程中 的安全性，采用硬件加密和硬件解密设备，使得软件破解难度非常大，即使有人截获了相关 的文件，但是由于没有相对应的硬件，也难以进行文件的解密，最大程度的保证了传输文件 的安全性。
[0024] 优选的，所述的多信道分发模块由视频压缩编码器，多信道通信分发设备，通信设 备，网关设备组成，所述的通信设备包括有线传输设备，短距离无线通信设备，移动通信设 备，卫星通信设备，所述的中心图像处理系统由解码设备，图像显示设备组成。
[0025] 优选的，所述卫星导航模块为GPS/北斗接收芯片、磁罗盘、单片机，出CAN总线与 中央处理模块连接，支持GPS和北斗导航定位，支持磁航向计对飞行器姿态的解算，并与惯 性测量单元进行数据融合，最终由中央处理模块解算飞行器姿态和飞行器位置。
[0026] 本发明具有以下优点和有益效果：（1)可利用对铁路线进行智能规划，提高规划 效率，通过智能遍历算法，在铁路线路网中规划处最佳的巡视路线，满足在最短的巡视距离 情况下对区域内所有重要节点的遍历；(2)支持高清数字图像实时传回地面，满足高清数 字传输要求，支持视觉导航、障碍规避和图像目标识别跟踪，满足新技术发展要求；（3)能 够在不受传送延迟影响的情况下适当地改变参数，由此提高图像识别率；（4)该设备是通 过将卫星通信网络模式与传统通信模式融合在一起，只需要一套视频图像采集系统和多信 道分发系统设备，就能将两种通信链路捆绑传输音视频信号，使得应急指挥通信宽带成本 降低，并且使得使用范围提升。
【附图说明】
[0027] 图1示出了本发明的一种铁路线空中无人机自动巡查与实时图像采集传输系统 的框图。
[0028] 图2示出了本发明的一种铁路线空中无人机自动巡查与实时图像采集传输方法 流程图。
【具体实施方式】
[0029] 图1是示出了本发明的一种铁路线空中无人机自动巡查与实时图像采集传输系 统。该系统包括：安装在无人机内的监控装置1和安装在地面中心站的视频传输装置2。
[0030] 其中，监控装置1包括：安装在无人机上的中央处理模块11、卫星导航模块13、高 清高倍变焦运动摄像机12、机端图像处理模块14、视频图像无线发射模块15和巡查线路规 划模块16。
[0031] 其中，所述巡查线路规划模块16用于智能规划无人机巡查的线路，包括：一元非 线性回归预测单元、线路图连通单元和线路构建及存储单元；所述一元非线性回归预测单 元对铁道线路节点分布进行预测，生成若干条节点线路，每条重点节点线路覆盖若干节点； 所述线路图连通单元利用节点分布的临界情况，使若干条节点线路连通形成线路连通图； 巡查线路构建及存储单元，用于构建巡查线路最终结构并存储，所述中央处理模块从该单 元读取并执行巡查线路。所述节