基于飞行器的基站高空巡检系统及其巡检方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于飞行器的基站高空巡检系统及其巡检方法，所述巡检系统包括飞行器信息采集终端、数据库服务器和查询端；所述飞行器信息采集终端用于采集基站的图像数据，将图像数据编码处理后通过无线网络传回到所述数据库服务器并存储在数据库中；所述数据库服务器用于存储各个基站的信息，实现数据的动态管理与查询，并对数据库进行维护与及时更新；通过所述查询端可以访问数据库服务器，获取所需要的信息。本发明的巡检系统使用飞行器代替了人工进行高空作业，减少了维护人员的工作量，大大提高移动基站巡检的效率，节省了大量的人力物力财力。
【专利说明】基于飞行器的基站高空巡检系统及其巡检方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通讯领域，具体涉及一种基于飞行器的基站高空巡检系统及其巡检方法。
【背景技术】
[0002]随着数字移动通信的高速发展，对全球移动网络的全面覆盖要求越来越高，因此移动信号基站工作可靠性的要求也越来越高。基站上设备的监控及维护工作也显得越来越重要。巡线作业每年都要进行多次，数量巨大，且大部分工作都是重复执行的，导致巡线员的工作非常艰苦。
[0003]当前采用的检测方法主要是由人工操作的，人工要攀爬基站上进行检查，或者使用望远镜进行远程观察，以确认该基站没有问题，从而达到维护移动基站的目的。
[0004]但是，现有的检查方法中是基于人工操作的，人工爬塔高空作业，不仅仅增加了人力物力，而且还大大增加了维护工作的危险性，使用望远镜进行观察，也受到了高度和角度的限制，无法全方位观察天线固定、平台腐蚀、避雷针损坏、高层室外馈线等情况。因此，现有的方法不能准确和有效地实现基站的维护工作。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种基于飞行器的基站高空巡检系统。
[0006]为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下。
[0007]—种基于飞行器的基站高空巡检系统，包括飞行器信息采集终端、数据库服务器和查询端；所述飞行器信息采集终端用于采集基站的图像数据，将图像数据编码处理后通过无线网络传回到所述数据库服务器并存储在数据库中；所述数据库服务器用于存储各个基站的信息，实现数据的动态管理与查询，并对数据库进行维护与及时更新；通过所述查询端可以访问数据库服务器，获取所需要的信息。
[0008]进一步地，所述飞行器信息采集终端包括四轴飞行器、信息采集模块、飞行控制模块和安全防护模块；
[0009]所述四轴飞行器包括电源、电机、电调，电源用于为所述飞行器信息采集终端供电，电机用于提供所述四轴飞行器直升的动力，电调用于驱动电机，所述四轴飞行器作为飞行平台用于搭载所述信息采集模块；
[0010]所述信息采集模块包括摄像头、K60单片机和无线传输模块，所述摄像头采集基站的图像数据，图像数据经过K60单片机核心信息处理控制中心模块的预处理后输出到无线信息传输模块，无线传输模块将采集到的图像数据传回数据库服务器；
[0011]所述飞行控制模块包括平衡控制模块、接收机和信息采集终端控制器，所述信息采集终端控制器用于控制飞行器稳定地直升飞入高空，所述平衡控制模块包括陀螺仪和加速度计，所述陀螺仪和加速度计感应飞行器的偏向方向，作为输入信号，所述接收机接收来自所述信息采集终端控制器发出的控制信号，所述输入信号和所述控制信号在飞行控制模块的主控制芯片经过PID算法输出飞行器各个电机的控制PWM信号；
[0012]所述安全防护模块包括降落伞安全防护装置和缓冲垫，当四轴飞行器失去平衡或电池电量不足时，四轴飞行器通过控制电调将控制电机的PWM波信号的占空比置零，自动停止对电机的供电，四轴飞行器通过控制继电器关闭对信息采集模块和无线传输模块的供电；
[0013]所述缓冲垫安装在四轴飞行器的支架上，所述降落伞安全防护装置包括继电器、弹簧和降落伞，所述弹簧一端卡住，保持压缩状态，所述降落伞放置在弹簧的同一端，当检测到电机转速为零时，由K60单片机输出低电平控制继电器，从而控制弹簧弹出降落伞，使飞行器安全着陆。
[0014]进一步地，所述飞行器信息采集终端还包括照明模块，所述照明模块用于外界光线较弱时增加信息采集模块采集图像的清晰度，在所述四轴飞行器上装有光强传感器，所述光强传感器检测到外界环境中的光强低于设定的阈值时，便会打开光控照明灯。
[0015]进一步地，所述无线网络为WLAN无线网络，通过射频波段进行无线连接。
[0016]进一步地，所述查询端为PC机或移动终端。
[0017]进一步地，通过所述PC机或移动终端的浏览器可以访问服务器数据库，获取所需要的信息。
[0018]本发明还进一步提供一种基于飞行器的基站高空巡检方法，包括如下步骤:
[0019]I)四轴飞行器搭载信息采集模块和无线传输模块直升飞入高空，操作者通过控制遥控器以控制飞行器的飞行路径与飞行姿态，控制四轴飞行器悬停在一个合适的高度和角度；
[0020]2)在所述四轴飞行器稳定悬停在高空中后，所述信息采集模块的摄像头开始采集图像数据，图像数据经过预处理后，通过所述无线传输模块将图像信息传回数据库服务器；
[0021]3)数据库管理员可以在PC机登陆数据库系统后对所述数据库中的数据进行管理与进一步分析，维护人员可以通过浏览器在PC机终端或移动终端进行数据的查改。
[0022]进一步地，所述步骤I)中，四轴飞行器搭载平台的稳定悬停还需要超声波传感器的配合，所述超声波传感器用于测距，安装在电机座的下方，方向朝向与飞行器支架飞行平行的方向，以控制所述四轴飞行器与基站的距离保持在合理的范围内，在单片机程序中设置有四轴飞行器与基站距离的具体范围。
[0023]进一步地，所述步骤2)中，信息采集模块与无线传输模块之间可以实现数据传输，它们通过K60单片机核心信息处理控制中心链接，K60单片机驱动摄像头实施图像的采集，图像数据临时存储在单片机内存里，经过预处理后，单片机驱动无线传输模块将数据传回数据库服务器。
[0024]进一步地，所述步骤3)中，数据库系统中的数据中心管理软件采用Java语言进行设计，通过Java网络编程，使系统软件具备完善的数据传输和资源共享功能，数据库管理系统通过接收飞行器信息采集终端传回的数据信息，进行综合处理并生成所需的各项数据结果。
[0025]本发明的有益效果是:本发明的巡检系统使用飞行器代替了人工进行高空作业，相对于人工爬塔与采用望远镜观察移动基站具有明显的优势，减少了维护人员的工作量，大大提高移动基站巡检的效率，节省了大量的人力物力财力。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的基于飞行器的基站高空巡检系统的巡检过程示意图。
[0027]图2是本发明的基于飞行器的基站高空巡检系统一实施例的硬件结构示意图。
[0028]图3是本发明的基于飞行器的基站高空巡检系统一实施例的四轴飞行器的硬件结构示意图。
[0029]图4为本发明的基于飞行器的基站高空巡检系统一实施例的四轴飞行器的飞行姿态示意图。
[0030]图5是本发明的基于飞行器的基站高空巡检系统的实现数据库管理系统的B/S结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032]图1为本高空巡检系统的巡检过程示意图，该巡检过程如图1所示，包含以下步骤:S101，飞行器采集基站数据；S102，K60单片机对由采集到的数据进行数据处理；S103，单片机将数据处理好以后，控制WLAN无线传输模块将数据传回数据库；S104，数据库终端将接收到的数据存储到数据库当中；S105，基站维护人员、数据库管理员和其它用户可以通过PC机和移动终端的浏览器访问服务器，获取所需要的信息，从而给移动基站维护人员提供必要的重要信息。
[0033]所述SlOl步骤，主要由飞行器信息采集终端来完成，飞行器信息采集终端包括四轴飞行器、图像采集摄像头传感器和无线传输模块，用于发起检测，通过K60单片机对其进行控制。
[0034]所述S102步骤，主要由K60单片机核心处理模块完成，K60单片机控制信息采集终端采集数据，并接受其采集到的信息，进行相应的预处理。
[0035]所述S103步骤，主要由WLAN无线传输模块完成，K60单片机将经过预处理的数据通过WLAN无线传输模块传回数据库，WLAN无线传输模块的传输过程也由K60单片机进行控制。
[0036]所述S104步骤，则为上层数据库服务器的数据库系统存储各个移动基站的信息，并能实现数据的动态管理与查询以及数据的维护与及时更新。基站维护人员、数据库管理员和其它用户可以通过PC机和移动终端的浏览器访问服务器，获取所需要的信息，从而给移动基站维护人员提供必要的重要信息。
[0037]图2为本巡检系统的硬件结构图，如图2所示，本巡检系统的硬件包括以下模块:四轴飞行器搭载平台，MK60DN512ZVLQ10单片机核心信息处理控制中心模块，摄像头图像采集系统，飞行控制模块，液晶显示模块与键盘开关，WLAN无线传输模块，安全防护模块以及照明模块。[0038]该系统采用摄像头图像传感器进行图像信息的采集，飞行器的飞行运动由飞行控制模块输出的控制信息与信息采集终端控制器输出的信息综合一起来控制，WLAN模块负责将信息反馈到信息采集控制端，键盘开关主要用于设置相关信息与参数，液晶显示模块用于显示必要的系统参数，采集到的图像也可以显示在液晶上，在调试的过程中起着非常重要的作用，给操作人员的调试工作带来了很大的方便，整个系统的图像信息、信息的传输和参数信息都是通过MK60DN512ZVLQ10单片机核心信息处理控制中心模块进行处理，根据采集到的数据输出相应的控制信息并将信息通过WLAN无线传输模块上传到数据库系统，WLAN采用5.8G射频波段进行无线连接。
[0039]安全防护模块包括降落伞安全防护装置和缓冲垫，在实际运行过程中，当四轴飞行器失去平衡或者电池电量不足时，四轴飞行器自动停止对电机的供电，对电机的控制则通过控制电调，只要将控制电机的PWM波信号的占空比置零即可，通过控制继电器关闭对信息采集模块和无线传输模块的供电。缓冲垫安装在四轴飞行器的支架上，当坠落触地时，起到缓冲作用。降落伞安全防护装置包括继电器、弹簧和降落伞，弹簧的一端卡住，保持压缩状态，降落伞放置在弹簧的同一端。为防止降落伞与螺旋桨发生纠缠，当检测到电机转速为零时，由K60单片机输出低电平控制继电器，从而控制弹簧弹出降落伞，使飞行器安全着陆；
[0040]其中，信息采集终端控制器是一种基于射频无线连接的终端控制器，控制范围在200米以内。其发出的控制信息由飞行控制模块上的接收机来接受，信息采集终端控制器用于控制四轴飞行器的稳定直升飞入高空，信息采集终端控制器与四轴飞行器上的飞行控制模块输出的控制信息统一作为控制四轴飞行器的飞行控制信息，四轴飞行器得以稳定悬停在高空，少不了任何其中的一种信息。
[0041]照明模块，用于外界光线较弱时增加信息采集模块采集图像的清晰度，在四轴飞行器搭载平台上装有光强传感器，传感器检测到外界环境中的光强低于设定的阈值时，便会打开光控照明灯，照明范围在3米内。
[0042]图3为本系统中四轴飞行器的硬件结构图，包括以下模块:无刷电机(马达)，电调，接收机，电源，飞行控制模块。
[0043]四轴飞行器在本系统中作为一个载体有着关键性的作用。高空作业的高危险性和高劳动强度是可想而知的，我们采用具有灵活应变能力的四轴飞行器，代替工作人员的高空作业，极大地增加了工作效率。与传统飞行器相比，四轴飞行器有着更加智能、灵敏轻便快捷、成本低等优点，比传统的巨大单旋翼直升机由于其而不能近距离靠近目标更有优势。与航模相比有着自主性强、易操控、可超低空飞行、稳定悬停等特点。与传统航模飞行器相t匕，四轴飞行器的机械结构更加简单，对机械的要求并不高，摆脱了精密机械的束缚。取而代之的是各种算法实现的智能控制。体积小的好处首先就是方便携带。用于结构简单，还可以改进为方便拆卸和组装的框架，达到随身携带，即装即用的效果。四轴飞行器不是通过舵面改变气流，或者直接的倾斜旋翼来控制机身，而是通过改变各个旋翼转速来产生扭力，所以传统的控制方式需要通过一定的手段来转换成旋翼的不同转速，同时达到稳定机身的目的。
[0044]四轴飞行器的核心控制部分是飞行控制模块，主控制芯片采用了 ATmega2560单片机，在这个模块中加入了陀螺仪与加速度计传感器，感应飞行器的偏向方向，作为其中一部分输入信号，还有一部分信号来自接收机输入的信号，接收机的信号来自信息采集终端控制器发出的控制信号，综合的信息经过PID算法处理，输出信号为各个电机的PWM控制信号，以达到飞行器的飞行控制，并能根据操作者的意愿进行相关的飞行动作。飞行控制模块输出的PWM信号作为电调的输入信号，以达到控制电机转速的目的。
[0045]四轴飞行器的基本飞行姿态包括:悬停、上升/下降、旋转、前进/后退，如图4所示。为了避免各个螺旋桨产生的气流的相互影响，相邻的两个螺旋桨的转动方向相反。悬停的时候，电机转动带动螺旋桨转动所产生的升力与重力互相平衡，上升(下降)则是电机转动带动螺旋桨转动所产生的升力大于(小于)重力，旋转的时候，只要增加1、3两个电机的转速而降低另外2、4两个对面的电机的转速，产生的对流就会使四轴飞行器旋转，前进或者后退则只要相应增加电机3的转速降低I的转速，飞行器就会向电机I所指的方向飞行。飞行器载重在Ikg到5kg之间；飞行高度可达100米；可以实现0.5米到8米的短距离拍摄。
[0046]四轴飞行器搭载平台的稳定悬停不仅仅需要操作者的肉眼观察，还需要超声波传感器的配合，所述超声波传感器用于测距，安装在电机座的下方，方向朝向与飞行器支架飞行平行的方向，以控制所述四轴飞行器与基站的距离保持在合理的范围内，如有需要，可以在单片机程序中设置距离的具体范围，使图像的清晰度与飞行器飞行的安全性达到平衡。
[0047]四轴飞行器飞行平台可以搭载信息采集模块和信息采集模块，在飞行器接收到遥控信号后，直升飞入空中，进入移动基站核心工作部分，飞行器经过自调整后，稳定悬停，实现采集图像数据，图像数据经过MK60DN512ZVLQ10单片机核心信息处理控制中心模块的预处理，图像数据输出到无线信息传输模块，该模块将采集到的图像数据传回数据库。
[0048]本发明的基于飞行器的基站高空巡检系统的实现数据库管理系统的B/S结构如图5所示，由三层构架组成:表示层、应用层和数据访问。数据中心管理软件采用Java语言进行设计。管理系统是通过接收前端所述四轴飞行器高空检测移动基台产生的相关信息等数据，进行综合处理并生成所需的各项数据结果。该管理系统主要由数据中心管理系统、移动基台信息系统、用户服务系统三个系统组成。
[0049]数据中心管理系统，该系统接受前端执行命令或数据，然后对数据库中的各种数据进行通用的查询、汇总统计以及报表打印，通过用户自定义查询和打印格式，进行包括账目统计等数据的输出。以此实现各移动基台高空各位置装备信息的实时统计和汇总，设置各移动基台高空各位置信号异常报警提示，进行移动基台信号监测分析等功能。
[0050]移动基台/[目息系统，主要完成移动基台闻空各设备的运行状态数据、相关部门基础数据管理、各类设备基础数据、移动基台基础数据的统计等功能。同时对信号检测过程中的异常信息进行整合并传送到数据中心管理系统，包括移动基台的天线固定信息、平台腐蚀信息、避雷针损坏信息、高层室外馈线信息、仪表运行状况等。
[0051]用户服务系统，提供各移动基台高空相关设备工作状态、故障维护任务派发、维修人员、监督人员等基本信息，并进行归类整理后形成报表系统，为用户提供便捷的可视化界面服务。以此实时对基台进行检测、维修，确保各类设备的正常工作，极大方便用户的日常的维修管理，节省了大量人力物力。
[0052]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
【权利要求】
1.一种基于飞行器的基站高空巡检系统，其特征在于，包括飞行器信息采集终端、数据库服务器和查询端； 所述飞行器信息采集终端用于采集基站的图像数据，将图像数据编码处理后通过无线网络传回到所述数据库服务器并存储在数据库中； 所述数据库服务器用于存储各个基站的信息，实现数据的动态管理与查询，并对数据库进行维护与及时更新； 通过所述查询端可以访问数据库服务器，获取所需要的信息。
2.根据权利要求1所述的基于飞行器的基站高空巡检系统，其特征在于，所述飞行器信息采集终端包括四轴飞行器、信息采集模块、飞行控制模块和安全防护模块； 所述四轴飞行器包括电源、电机、电调，电源用于为所述飞行器信息采集终端供电，电机用于提供所述四轴飞行器直升的动力，电调用于驱动电机，所述四轴飞行器作为飞行平台用于搭载所述信息采集模块； 所述信息采集模块包括摄像头、K60单片机和无线传输模块，所述摄像头采集基站的图像数据，图像数据经过K60单片机核心信息处理控制中心模块的预处理后输出到无线信息传输模块，无线传输模块将采集到的图像数据传回数据库服务器； 所述飞行控制模块包括平衡控制模块、接收机和信息采集终端控制器，所述信息采集终端控制器用于控制飞行器稳定地直升飞入高空，所述平衡控制模块包括陀螺仪和加速度计，所述陀螺仪和加速度计感应飞行器的偏向方向，作为输入信号，所述接收机接收来自所述信息采集终端控制器发出的控制信号，所述输入信号和所述控制信号在飞行控制模块的主控制芯片经过PID算法输出飞行器各个电机的控制PWM信号； 所述安全防护模块包括降落伞安全防护装置和缓冲垫，当四轴飞行器失去平衡或电池电量不足时，四轴飞行器通过控制.电调将控制电机的PWM波信号的占空比置零，自动停止对电机的供电，四轴飞行器通过控制继电器关闭对信息采集模块和无线传输模块的供电； 所述缓冲垫安装在四轴飞行器的支架上，所述降落伞安全防护装置包括继电器、弹簧和降落伞，所述弹簧一端卡住，保持压缩状态，所述降落伞放置在弹簧的同一端，当检测到电机转速为零时，由K60单片机输出低电平控制继电器，从而控制弹簧弹出降落伞，使飞行器安全着陆。
3.根据权利要求2所述的基于飞行器的基站高空巡检系统，其特征在于，所述飞行器信息采集终端还包括照明模块，所述照明模块用于外界光线较弱时增加信息采集模块采集图像的清晰度，在所述四轴飞行器上装有光强传感器，所述光强传感器检测到外界环境中的光强低于设定的阈值时，便会打开光控照明灯。
4.根据权利要求1所述的基于飞行器的基站高空巡检系统，其特征在于，所述无线网络为WLAN无线网络，通过射频波段进行无线连接。
5.根据权利要求1所述的基于飞行器的基站高空巡检系统，其特征在于，所述查询端为PC机或移动终端。
6.根据权利要求5所述的基于飞行器的基站高空巡检系统，其特征在于，通过所述PC机或移动终端的浏览器可以访问服务器数据库，获取所需要的信息。
7.一种应用前述权利要求所述的基于飞行器的基站高空巡检系统进行巡检的方法，其特征在于，包括如下步骤:1)四轴飞行器搭载信息采集模块和无线传输模块直升飞入高空，操作者通过控制遥控器以控制飞行器的飞行路径与飞行姿态，控制四轴飞行器悬停在一个合适的高度和角度； 2)在所述四轴飞行器稳定悬停在高空中后，所述信息采集模块的摄像头开始采集图像数据，图像数据经过预处理后，通过所述无线传输模块将图像信息传回数据库服务器； 3)数据库管理员可以在PC机登陆数据库系统后对所述数据库中的数据进行管理与进一步分析，维护人员可以通过浏览器在PC机终端或移动终端进行数据的查改。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤I)中，四轴飞行器搭载平台的稳定悬停还需要超声波传感器的配合，所述超声波传感器用于测距，安装在电机座的下方，方向朝向与飞行器支架飞行平行的方向，以控制所述四轴飞行器与基站的距离保持在合理的范围内，在单片机程序中设置有四轴飞行器与基站距离的具体范围。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，信息采集模块与无线传输模块之间可以实现数据传输，它们通过K60单片机核心信息处理控制中心链接，K60单片机驱动摄像头实施图像的采集，图像数据临时存储在单片机内存里，经过预处理后，单片机驱动无线传输模块将数据传回数据库服务器。
10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，数据库系统中的数据中心管理软件采用Java语言进行设计，通过Java网络编程，使系统软件具备完善的数据传输和资源共享功能，数据库管理系统通过接收飞行器信息采集终端传回的数据信息，进行综合处理并生成所需的各项数据结果。
【文档编号】G06F17/30GK103473363SQ201310449918
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】朱金秀, 钱海峰, 徐展, 樊宇航, 任旭东, 向娟, 王沛砚, 朱川, 郭少岩 申请人:河海大学常州校区