一种基于能源自治的无人巡检系统及其巡检方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于能源自治的无人巡检系统，包括多个无人充电基站和无人巡检设备，无人充电基站包括发电机构、供电控制器、储能电池和发射机；无人巡检设备包括巡检本体以及接收机、能源管理模块、相连的主控模块以及无线传输模块、环境检测定位模块和驱动控制模块，能源管理模块包括电池管理系统、与电池管理系统相连的动力电池和与动力电池相连的充放电管理单元，接收机经充放电管理单元与动力电池相连。本发明专利技术采用上述结构的基于能源自治的无人巡检系统，通过无人巡检设备配合多个无人充电基站，保证了无人化能源自治，进而实现了无人巡检设备在各无人充电基站之间进行不间断的无人化巡检，从而实现了边境长线路的巡逻侦察、目标跟踪、信息采集等任务。信息采集等任务。信息采集等任务。

【技术实现步骤摘要】
一种基于能源自治的无人巡检系统及其巡检方法


[0001]本专利技术涉及一种草原地形无人循环技术，尤其涉及一种基于能源自治的无人巡检系统及其巡检方法。

技术介绍

[0002]内蒙古地处我国正北方，与蒙古、俄罗斯相接壤的边境线长达4200公里，且边境地区以草原越野地形为主，开展草原地形边境巡检及时掌握边境线的安全信息和环境变化，对守护好祖国北部边疆亮丽风景线，筑牢北疆安全屏障、生态屏障具有重要意义。
[0003]现阶段，应用在边境巡检的方式有边防人工巡检、卫星遥感监测巡检、直升机巡检和无人机遥感巡检。
[0004]其中，传统的边防人工巡检一般采用如人工站岗、瞭望、巡逻等方式，但内蒙边境区域地理位置复杂，传统人工巡检无法满足边境监控的需求。
[0005]卫星遥感监测巡检虽然可实现边境大范围巡检，但其存在遥感影像获取周期长、易受气候影响、空间分辨率不足等问题，且难以对边境安全情况进行判断分析。
[0006]直升机巡检存在空域控制、巡检成本高等因素，且巡检周期长，巡检距离受限制。
[0007]无人机巡检可实现高空间大面积巡检，也可实现低空间较小范围精确监测，但一方面现阶段无人机大多使用电池，在冬季电池性能受温度影响大，续航时间大大缩短；另一方面边境高原地区气象复杂多变，无法保证无人机在无人情况下的安全起飞与悬停。
[0008]故急需一种能实现无人充电的边境巡检系统。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种基于能源自治的无人巡检系统，通过无人巡检设备配合多个无人充电基站，保证了无人化能源自治，进而实现了无人巡检设备在各无人充电基站之间进行不间断的无人化巡检，从而实现了边境长线路的巡逻侦察、目标跟踪、信息采集等任务。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于能源自治的无人巡检系统，包括依次沿巡检线布置的多个无人充电基站和沿巡检线巡检的无人巡检设备，所述无人充电基站包括发电机构、与所述发电机构相连的供电控制器、与所述供电控制器相连的储能电池和经无线充电控制器与所述储能电池相连的发射机；
[0011]所述无人巡检设备包括巡检本体以及搭载于所述巡检本体上的且与所述发射机相适配的接收机、与所述接收机相连的能源管理模块、与所述能源管理模块相连的主控模块以及与所述主控模块相连的无线传输模块、环境检测定位模块和驱动控制模块，所述能源管理模块包括电池管理系统、与所述电池管理系统相连的动力电池和与所述动力电池相连的充放电管理单元，所述接收机经所述充放电管理单元与所述动力电池相连。
[0012]优选的，所述驱动控制模块包括与所述主控模块相连的交流电机驱动器、与所述交流电机驱动器相连的无刷直流电机和用于检测所述无刷直流电机转速的光栅编码器，所
述光栅编码器还与所述交流电机驱动器反馈连接。
[0013]优选的，所述能源管理模块还包括作为备用电源的光伏电池和用于避免所述动力电池受到峰值电流冲击的超级电容，所述光伏电池经DC
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DC直流变换器与所述充放电管理单元相连，所述超级电容经双向DC
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DC直流变换器与所述充放电管理单元相连，所述充放电管理单元经逆变器与所述无刷直流电机相连；
[0014]所述光伏电池和所述超级电容均与直流母线连接，所述直流母线与所述动力电池连接；
[0015]所述接收机还经整流模块与直流母线连接，所述直流母线分别经第一电压传感器和第一电流传感器与所述充放电管理单元相连。
[0016]优选的，所述能源管理模块还包括用于检测所述动力电池工作状态的电池检测单元和用于检测所述超级电容工作状态的电容检测单元，所述电池检测单元和所述电容检测单元均经A/D转换单元与所述充放电管理单元相连；
[0017]所述电池检测单元包括用于检测所述动力电池当前充放电流的第一电流传感器、用于检测所述动力电池端电压的第二电压传感器、用于检测所述动力电池总体温度值的第一温度传感器、用于检测所述动力电池单体电压值的第三电压传感器和用于检测所述动力电池单体温度值的第二温度传感器；
[0018]所述电容检测单元包括用于检测所述超级电容端电压的第四电压传感器和用于检测所述超级电容工作电流的第二电流传感器；
[0019]所述第二电压传感器、所述第三电压传感器、所述第四电压传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第二电流传感器均与所述充放电管理单元相连。
[0020]优选的，所述环境检测定位模块包括分别与所述主控模块相连的的激光雷达探测器、超声波探测器、惯性组合导航系统和视觉摄像头，惯性组合导航系统用于定位所述无人检测设备以及所述无人充电基站地理位置。
[0021]优选的，所述无人充电基站上且对应所述发射机的位置设置有识别标志，所述主控模块经所述无线传输模块分别与远程监控平台和云台摄像头相通讯，所述云台摄像头用于识别所述识别标志；
[0022]所述无线传输模块为WIFI/4G模块。
[0023]优选的，所述发射机为预埋于所述无人充电基站的停车位地下的原边线圈，所述接收机为设置于所述巡检本体底部的副边线圈，所述巡检本体为履带式巡检车；
[0024]所述发电机构包括风力发电单元和太阳能发电单元，所述供电控制器为微源控制器。
[0025]基于一种基于能源自治的无人巡检系统的巡检方法，包括以下步骤：
[0026]S1、沿巡检线布置无人充电基站
[0027]按照最大能源消耗路径计算沿巡检线上相邻两个无人充电基站之间的安全距离，并保持无人充电基站的最低分布密度布置无人充电基站；
[0028]S2、按巡检线设定无人巡检设备的巡检路径；
[0029]S3、无人巡检设备按照设定的巡检路径进行巡检，在巡检的过程中利用惯性组合导航系统实时定位无人巡检设备及其最近的无人充电基站的地理位置，计算无人巡检设备距离其最近的无人充电基站之间的距离，同时根据无人巡检设备的续航能力，计算无人巡
检设备的剩余可行驶距离，从而作出无人巡检设备是否到最近的无人充电基站充电的指令，若否，则继续沿设定的巡检路径进行巡检，若是，则执行步骤S4；
[0030]S4、利用惯性组合导航系统初步导航无人巡检设备至最近的无人充电基站，到位后，利用云台摄像头识别无人充电基站上的识别标志，将无人巡检设备精准导航至无人充电基站的停车位，到位后，无线充电控制器控制发射机开始输出，同时充放电管理单元基于其上搭载的主动控制型拓扑结构控制接收机开始给动力电池充电；
[0031]S5、当经电池检测单元检测到动力电池充满时，无线充电控制器控制发射机停止输出，同时充放电管理单元基于其上搭载的主动控制型拓扑结构控制接收机停止给动力电池充电，充电完毕后动力电池经电池管理系统直接为无刷直流电机供电，无人巡检设备驶离无人充电基站并沿设定的巡检路径继续巡检。
[0032]优选的，所述步骤S3的具体步骤包括：
[0033]S30、正常巡检时，若动力电池的输出功率大于无人巡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能源自治的无人巡检系统，其特征在于：包括依次沿巡检线布置的多个无人充电基站和沿巡检线巡检的无人巡检设备，所述无人充电基站包括发电机构、与所述发电机构相连的供电控制器、与所述供电控制器相连的储能电池和经无线充电控制器与所述储能电池相连的发射机；所述无人巡检设备包括巡检本体以及搭载于所述巡检本体上的且与所述发射机相适配的接收机、与所述接收机相连的能源管理模块、与所述能源管理模块相连的主控模块以及与所述主控模块相连的无线传输模块、环境检测定位模块和驱动控制模块，所述能源管理模块包括电池管理系统、与所述电池管理系统相连的动力电池和与所述动力电池相连的充放电管理单元，所述接收机经所述充放电管理单元与所述动力电池相连。2.根据权利要求1所述的一种基于能源自治的无人巡检系统，其特征在于：所述驱动控制模块包括与所述主控模块相连的交流电机驱动器、与所述交流电机驱动器相连的无刷直流电机和用于检测所述无刷直流电机转速的光栅编码器，所述光栅编码器还与所述交流电机驱动器反馈连接。3.根据权利要求2所述的一种基于能源自治的无人巡检系统，其特征在于：所述能源管理模块还包括作为备用电源的光伏电池和用于避免所述动力电池受到峰值电流冲击的超级电容，所述光伏电池经DC
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DC直流变换器与所述充放电管理单元相连，所述超级电容经双向DC
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DC直流变换器与所述充放电管理单元相连，所述充放电管理单元经逆变器与所述无刷直流电机相连；所述光伏电池和所述超级电容均与直流母线连接，所述直流母线与所述动力电池连接；所述接收机还经整流模块与直流母线连接，所述直流母线分别经第一电压传感器和第一电流传感器与所述充放电管理单元相连。4.根据权利要求3所述的一种基于能源自治的无人巡检系统，其特征在于：所述能源管理模块还包括用于检测所述动力电池工作状态的电池检测单元和用于检测所述超级电容工作状态的电容检测单元，所述电池检测单元和所述电容检测单元均经A/D转换单元与所述充放电管理单元相连；所述电池检测单元包括用于检测所述动力电池当前充放电流的第一电流传感器、用于检测所述动力电池端电压的第二电压传感器、用于检测所述动力电池总体温度值的第一温度传感器、用于检测所述动力电池单体电压值的第三电压传感器和用于检测所述动力电池单体温度值的第二温度传感器；所述电容检测单元包括用于检测所述超级电容端电压的第四电压传感器和用于检测所述超级电容工作电流的第二电流传感器；所述第二电压传感器、所述第三电压传感器、所述第四电压传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第二电流传感器均与所述充放电管理单元相连。5.根据权利要求4所述的一种基于能源自治的无人巡检系统，其特征在于：所述环境检测定位模块包括分别与所述主控模块相连的的激光雷达探测器、超声波探测器、惯性组合导航系统和视觉摄像头，惯性组合导航系统用于定位所述无人检测设备以及所述无人充电基站地理位置。6.根据权利要求5所述的一种基于能源自治的无人巡检系统，其特征在于：所述无人充
电基站上且对应所述发射机的位置设置有识别标志，所述主控模块经所述无线传输模块分别与远程监控平台和云台摄像头相通讯，所述云台摄像头用于识别所述识别标志；所述无线传输模块为WIFI/4G模块。7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏建强，董丹婷，史建华，任凯斌，陶泽宇，东洪武，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：