一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统。它的主要特点是能够巡视天然气管道，并及时发现管道泄漏点以及扩散的范围，减少泄漏造成的损失。技术方案是在无人机上搭载一个小型货舱，其内安装天然气激光探测系统。激光器发出的激光光束分为两路，一路经过发射天线发射，通过泄漏的气体后被反射，反射光被接收天线接收，探测器1接收反射回来的信号。另外一路垂直入射管道附近的土壤表面，反射后被探测器2接收。基于无人机的天然气管道泄漏检测系统能够同时检测天然气泄漏浓度和天然气泄漏引起土壤表面温度异常，达到巡视天然气管道泄漏的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统
本专利技术涉及一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统，属于无人机遥感

技术介绍
天然气长距离管道的巡检工作大部分是在环境比较恶劣的地方。比如荒漠、沼泽等。传统的方法一般是地理信息系统加手持终端的人工巡检。但是这些区域的管道分布范围广，巡查量大，导致全年巡检数据零散。加上管道在大部分情况下又处于良好状态，工作人员巡检容易出现漏检的情况，工作效率不高。还有环境恶劣，容易出现意外事故。为了提高工作效率，降低风险，利用无人机来进行管道的巡检可以起到事倍功半的效果。在无人机遥感
中，最常用的就是无人机遥感技术。该技术是设计和规划航道路线，通过航空拍摄，实时接收遥感影像。其中关键的是影像的处理部分，这关系到影像的精度和分析的准确性。这也是其不足的地方，需要高精度的传感器来保证航拍影像的质量，而且影像数据处理软件的处理时间也长。该专利技术与无人机遥感技术相比，不需要高精度的传感器，因此无人机不需要承受那么大的载荷。同时该专利技术不需要复杂的影像数据处理，可以达到实时显示天然气管道附近泄露的天然气浓度和相应位置的土壤表面温度。传统的天然气遥测探测激光雷达，一般都是车载。本专利技术与其相比较，最大的优点就是通过无人机巡检管道，克服了遥测大面积、长距离管道的难题。还有采用中红外波段激光器的天然气泄漏激光遥测雷达。虽然其功率大，探测距离远，但是中红外激光器的成本高。本专利技术与其相比较性价比就很高，通讯波段的近红外激光器，价格很便宜。适合批量的生产，也易于维修。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提出了一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统，能够解决天然气管道人工巡查难度大，效果不明显的问题，还能克服无人机遥感技术中复杂的影像数据处理，达到实时检测天然气管道泄漏的目的。同时解决了车载天然气遥测探测激光雷达的遥测大面积、长距离管道的难题，以及中红外波段激光器的天然气泄漏激光遥测雷达中成本高的缺点。为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统，包括无人机系统和天然气激光探测系统；所述的无人机系统包括机载控制系统、地面控制系统；机载控制系统由微处理器1、GPS模块、飞行控制模块、无线通讯模块1组成；地面控制系统在地面控制室中，由无线通讯模块2、服务器和监控计算机组成；所述的天然气激光探测系统包括天然气探测系统、激光控制系统；天然气探测系统由DFB激光器、光纤耦合器、发射天线1、发射天线2、接收天线1、接收天线2、探测器1、探测器2组成；激光控制系统由微处理器2、激光控制器和无线通讯模块3组成。所述的机载控制系统中，微处理器1与GPS模块、飞行控制模块还有无线通讯模块1相连接。微处理器1内置无人机航迹存储器，事先存储预定的天然气管道地图，通过微处理器1读取地图数据，并控制飞行控制模块，使无人机始终按照地图中天然气管道的方向飞行；GPS模块能实时反馈无人机的地理位置信息，微处理器1与无线通讯模块1相连接，通过控制无线通讯模块1，发送指令给服务器，用于定位无人机的航线。所述的地面控制系统中，无线通讯模块2与服务器相接，服务器与监控计算机连接。地面人员通过监控计算机，以无线通信方式，无线通讯模块2与无线通讯模块1进行双向通信，再通过微处理器1完成对无人机飞行的控制，用以修正无人机飞行航线，以防航线偏离；当天然气管道泄漏，天然气浓度达到天然气激光探测系统的最小探测极限。监控计算机通过无线通讯模块2，控制微处理器2和激光器控制器，可以获取天然气管道泄漏范围的实际地理位置周边的天然气浓度，以及相应位置的土壤表面温度信息，以实时监控天然气浓度和土壤表面温度的异常。所述的天然气探测系统中，通过激光吸收光谱遥测技术对天然气的泄漏进行探测。DFB激光器与光纤耦合器相连，其耦合比是50:50。发射天线1和发射天线2与光纤耦合器的输出端相连，接收天线1和接收天线2，分别与探测器1和探测器2相连。激光光束通过光纤耦合器分出两束光，一路经发射天线1垂直入射到土壤表面，通过接收天线1接收反射光，经探测器1接收光谱信号；另一路经过发射天线2入射到泄漏的天然气云团，被反射后通过接收天线2接收，探测器2接收吸收光谱信号。所述的激光控制系统中，激光控制器与微处理器2连接，探测器1、探测器2以及无线通讯模块3与微处理器2连接。监控计算机通过微处理器2控制激光控制器，来调节激光器的电流和温度，微处理器2将激光器的工作状态和探测到的泄漏的天然气浓度和相应位置的土壤表面温度，通过无线通讯的方式，实时传输至地面的服务器。所述的DFB激光器为DFB近红外激光器，中心波长为1.65µm，覆盖甲烷气体吸收特征谱线。所述的发射天线1、发射天线2、接收天线1和接收天线2对1.65µm近红外波段激光的透过率大于90%。所述的无人机通过电源管理电路由锂电池或太阳能板驱动，阳光充足时太阳能板能给锂电池充电。本专利技术的优点：提出了一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统，在待测的天然气管道路径上进行巡检，能及时发现管道的泄漏点和扩散的范围。同时，接收的是探测区域的反射波，反射信号更强，系统的灵敏度更高。还能收集和管理天然气管道泄漏范围附近的天然气浓度以及相应位置的土壤表面温度，并支持数据在网络平台上共享，从而可以实现天然气管道的实时检测以及提高工作效率。与无人机遥感技术相比，不需要高精度的传感器，因此无人机不需要承受那么大的载荷。同时不需要复杂的影像数据处理，可以达到实时显示天然气管道泄漏范围的实际地理位置周边的天然气浓度和相应位置的土壤表面温度。本专利技术与车载天然气遥测探测激光雷达相比较，最大的优点就是通过无人机巡检管道，克服了遥测大面积、长距离管道的难题。现有的中红外波段激光的天然气泄漏激光遥测雷达，虽然功率大，探测距离远，但是中红外激光器的成本高。本专利技术与其相比较性价比就很高，通讯波段的近红外激光器，价格很便宜。适合批量的生产，也易于维修。附图说明图1：本专利技术无人机的天然气管道泄漏检测系统工作流程示意图。图2：本专利技术无人机系统工作流程示意图。图3：本专利技术天然气激光探测系统工作流程示意图。具体实施方式实施例1如图1所示，本专利技术提出了一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统，包括无人机系统和天然气激光探测系统。无人机系统包括机载控制系统、地面控制系统。机载控制系统由微处理器1、GPS模块、飞行控制模块、无线通讯模块1组成。地面控制系统在地面控制室中，由无线通讯模块2、服务器和监控计算机组成。天然气激光探测系统包括天然气探测系统、激光控制系统。天然气探测系统由DFB激光器、光纤耦合器、发射天线1、发射天线2、接收天线1、接收天线2、探测器1、探测器2组成。激光控制系统由微处理器2、激光控制器和无线通讯模块3组成。所述的微处理器1、飞行控制模块、GPS模块、无线通讯模块1安装在无人机上。DFB激光器、激光控制器、微处理器2、探测器1和2、无线通讯模块3、发射天线1、发射天线2、接收天线1、接收天线2、光纤耦合器安装在无人机下面的货舱上。服务器、监控计算机、无线通讯模块2安装在地面监控室内。无人机系统包含机载控制系统、地面控制系统两个子系统。机载控制系统是控制无人机飞行，并与地面控制室进行通信，来调整飞行航迹。地面控制系统主要与微处理器1进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统，其特征在于：所述的基于无人机的天然气管道泄漏检测系统包括无人机系统和天然气激光探测系统；所述的无人机系统包括机载控制系统、地面控制系统；机载控制系统由微处理器1、GPS模块、飞行控制模块、无线通讯模块1组成；地面控制系统在地面控制室中，由无线通讯模块2、服务器和监控计算机组成；所述的天然气激光探测系统包括天然气探测系统、激光控制系统；天然气探测系统由DFB激光器、光纤耦合器、发射天线1、发射天线2、接收天线1、接收天线2、探测器1、探测器2组成；激光控制系统由微处理器2、激光控制器和无线通讯模块3组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统，其特征在于：所述的基于无人机的天然气管道泄漏检测系统包括无人机系统和天然气激光探测系统；所述的无人机系统包括机载控制系统、地面控制系统；机载控制系统由微处理器1、GPS模块、飞行控制模块、无线通讯模块1组成；地面控制系统在地面控制室中，由无线通讯模块2、服务器和监控计算机组成；所述的天然气激光探测系统包括天然气探测系统、激光控制系统；天然气探测系统由DFB激光器、光纤耦合器、发射天线1、发射天线2、接收天线1、接收天线2、探测器1、探测器2组成；激光控制系统由微处理器2、激光控制器和无线通讯模块3组成；所述的机载控制系统中，微处理器1与GPS模块、飞行控制模块还有无线通讯模块1相连接；微处理器1内置无人机航迹存储器，事先存储预定的天然气管道地图，通过微处理器1读取地图数据，并控制飞行控制模块，使无人机始终按照地图中天然气管道的方向飞行；GPS模块能实时反馈无人机的地理位置信息，微处理器1与无线通讯模块1相连接，通过控制无线通讯模块1，发送指令给服务器，用于定位无人机的航线。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的天然气管道泄漏检测系统，其特征在于：所述的地面控制系统中，无线通讯模块2与服务器相接，服务器与监控计算机连接；地面人员通过监控计算机，以无线通信方式，无线通讯模块2与无线通讯模块1进行双向通信，再通过微处理器1完成对无人机飞行的控制，用以修正无人机飞行航线，以防航线偏离；当天然气管道泄漏，天然气浓度达到天然气激光探测系统的最小探测极限；监控计算机通过无线通讯模块2，控制微处理器2和激光器控制器，能获取天然气管道泄漏范围的实际地理位置周边的天然气浓度，以及相应位置的土壤表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴涛，徐冬，何兴道，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36