本实用新型无人机控制领域，尤其是油田智能巡检无人机控制系统。
背景技术：
油田巡检技术到目前为止大致经历了人工巡井技术、半自动巡井技术、无人机巡井技术三个发展阶段。人工巡检依托的对象是掌握一定技术和油井知识的采油工人。采油工人依靠徒步以及随身的维修工具，沿着采油站对所有油井、水井、输油管道、计量间进行逐一巡逻和检查记录。人工巡检的好处是灵活机动、无需投入其他资金成本，但其缺点和弊端显而易见：首先，由于井与井之间通常间隔几公里到几十公里不等，且其间道路多是崎岖不平，所以人工徒步巡检极为艰难和危险。其次，由于具体任务的繁琐导致了巡井工人工作时间较长。二十世纪以来，以无线传感器和计算机为技术核心发展而来的半自动巡检模式，这种半自动巡检模式减少了人为因素的影响，提高了油田管理水平，使油田巡检工作更加科学、有效，但是依然需要投入大量的人力物力才能够实现。无人机巡检即利用无人机搭载高清影像设备进行油井巡护，为油田巡井工作提供了一种更加便捷、高效、安全的方式，并且国内外已有多个油田采用无人机技术对油田巡检进行试验并获得成功。
国内外针对无人机巡检技术的研究覆盖了环保、通信、电力等多个领域。但是针对石油领域的无人机巡检技术研究成果仍然较少。虽然无人机技术对油田巡检已实验成功，但是现有的油田巡检无人机技术不具备障碍检测和躲避功能，另外无人机操控复杂需要专业人士进行操控。
技术实现要素：
为了解决现有技术的不足，本实用新型提出了油田智能巡检无人机控制系统。
本实用新型采用如下技术方案：
油田智能巡检无人机控制系统，包括空中子系统、地面站、地面后台处理系统，所述空中子系统包括位置锁定装置、高度计、航机控制装置、飞行控制单元，所述位置锁定装置、高度计连接飞行控制单元，飞行控制单元连接航机控制装置；所述飞行控制单元通过天线通讯连接地面站，地面站通过串口通信连接地面后台处理系统。
进一步地，所述位置锁定装置包括陀螺仪、加速度计、惯性测量系统和全球卫星定位系统，陀螺仪、加速度计通过模数转换器连接惯性测量系统，全球卫星定位系统连接惯性测量系统，惯性测量系统通过滤波器连接飞行控制单元；所述加速度计用于补偿陀螺仪并对陀螺仪采集的数据进行校正，陀螺仪、加速度计和全球卫星定位系统通过数据融合得出油田智能巡检无人机的姿态角。
进一步地，所述高度计通过滤波器连接飞行控制单元，高度计包括超声波传感器、气压传感器。
进一步地，所述飞行控制单元通过伺服控制器连接有遥感拍摄装置，遥感拍摄装置通过天线连接地面站进行图像传输。
进一步地，所述飞行控制单元连接有飞行路径规划单元。
更进一步地，所述惯性测量系统还通过模数转换器连接有空速管。
采用如上技术方案取得有益技术效果为：
油田智能巡检无人机合理有效的规划飞行路径，保证巡检任务的同时提高飞行效率；能够自动检测和躲避障碍，保证在巡检过程中安全飞行。
附图说明
图1为油田智能巡检无人机控制系统示意图。
图2为油田智能巡检无人机控制系统工作流程示意图。
图3为油田智能巡检无人机的无人机姿态和飞行控制示意图。
图4为油田智能巡检无人机飞行路径规划算法流程图。
具体实施方式
结合附图1至4对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：
油田智能巡检无人机控制系统，针对油田智能巡检提供一种自主实现路径规划和飞行的无人机控制系统。油田智能巡检无人机控制系统包括空中子系统、地面站、地面后台处理系统，所述空中子系统包括位置锁定装置、高度计、航机控制装置、飞行控制单元，所述位置锁定装置、高度计连接飞行控制单元，飞行控制单元连接航机控制装置；所述飞行控制单元通过天线通讯连接地面站，地面站通过串口通信连接地面后台处理系统。地面站包括无人机飞行过程中的数据接收、飞行状态监测和飞行航迹的规划。空中子系统主要负责无人机自身的飞行控制、各类传感器设备的使用、遥感图像拍摄和传送等。地面后台处理系统主要负责对后台图像和信息数据进行监控和处理。
飞行控制单元连接有飞行路径规划单元。无人机飞行路径规划算法，通过对巡检任务点进行数据建模，由巡检任务要求、飞行环境、无人机自身性能特点最为约束条件，通过数学建模采用遗传算法规划出无人机最优巡检路线。在飞行路径规划算法中增加障碍检测与躲避功能，采用计算几何理论障碍检测方法，并将障碍检测结果作为约束条件，引入到路径规划算法中，从而实现避障的效果。
位置锁定装置包括陀螺仪、加速度计、惯性测量系统和全球卫星定位系统，陀螺仪、加速度计通过模数转换器连接惯性测量系统，全球卫星定位系统连接惯性测量系统，惯性测量系统通过滤波器连接飞行控制单元；所述加速度计用于补偿陀螺仪并对陀螺仪采集的数据进行校正，陀螺仪、加速度计和全球卫星定位系统通过数据融合得出油田智能巡检无人机的姿态角。高度计通过滤波器连接飞行控制单元，高度计包括超声波传感器、气压传感器。无人机的飞行高度一般50-4000m，无人机在低空飞行时，采用超声波传感器进行定高，在高空飞行时，采用气压传感器进行定高。
速度测量采用空速管。惯性测量系统利用陀螺仪、加速度计等惯性敏感元件和芯片，实时测量无人机相对于地面运动的加速度，以确定无人机的位置。
航机控制装置连接有高度PID控制器、航迹PID控制器、速度PID控制器、俯仰角PID控制器、滚转角PID控制器，组成无人机内外环双闭环控制系统。无人机姿态和飞行控制采用内外环双闭环控制，内环为无人机姿态控制，姿态角反馈信息为陀螺仪和加速度计解算出的姿态角，控制器采用PID控制实现姿态控制的稳定。外环控制为高度控制、路径导航控制，控制器采用PID控制器，另外，飞行速度控制采用PID控制器，空速管检测飞行速度作为速度控制回路反馈信号。
位置锁定装置求出无人机的姿态角，作为无人机飞行控制的反馈信号。高度检测通过超声波传感器和气压传感器对飞行高度进行检测，检测结果作为高度控制反馈信号。利用扩展卡尔曼滤波算法测算出无人机的空间坐标，并与GPS信号进行融合，通过数据传输实时显示在后台系统，便于后台工作人员观察无人机飞行路线以及姿态。
飞行控制单元通过伺服控制器连接有遥感拍摄装置，遥感拍摄装置通过天线连接地面站进行图像传输，实时显示无人机巡检情况。遥感图像拍摄装置为高清相机。
油田智能巡检无人机飞行高度低，可在云下飞行。无人机的飞行高度一般50-4000m，受大气中云的影响较弱，弥补了普通航空摄影和卫星遥感在云层覆盖区域上空采集不到有效数据的缺陷。
成本低廉，维护方便。无人机数据采集的成本与航空、航天遥感平台相比成本大大降低。
分辨率高。无人机平台上搭载了高性能数码相机，能够快速、高质量的获取地面影像信息，地面分辨率可达0.1m。
起降方便。无人机起降不需要专门的机场，可以用弹射、滑跑等多种方式起飞，伞降等方式降落。
无人机自动避障。无人机控制系统能够自动检测和躲避障碍，保证在巡检过程中安全飞行。
大大减小油田巡检的成本，大大缩短巡检工作周期。
合理有效的规划飞行路径，保证巡检任务的同时提高飞行效率。
当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。