一种氢动力无人机巡检系统及方法与流程

本发明涉及无人飞行器，尤其涉及一种氢动力无人机巡检系统及方法。

背景技术：

1、无人驾驶飞机，简称无人机(uav，unmanned aerial vehicle)，是一种处在迅速发展中的新概念飞行器，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点。无人机通过搭载多类传感器，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能，是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。目前，无人机的使用范围已经扩宽到军事、科研、民用三大领域，具体在通信、气象、农业、海洋、勘探、摄影、救援、防灾减灾、农作物估产、缉毒缉私、边境巡逻和治安反恐等领域应用甚广。

2、然而相关技术中无人机在能量利用率、巡检效率、稳定性等方面仍然亟待改进。

技术实现思路

1、本发明提供了一种氢动力无人机巡检系统及方法，以提高无人机的性能与稳定性。

2、根据本发明的一方面，提供了一种氢动力无人机巡检系统，包括氢动力无人机飞行子系统、巡检任务子系统和云端人工智能子系统；

3、所述氢动力无人机飞行子系统包括无人机平台、航线规划装置、地面控制装置和通信装置；

4、所述无人机平台包括飞控装置、能源装置和导航装置；所述飞控装置用于控制无人机响应航线指令执行飞行任务，并执行一键返航、失联返航、低电返航中的至少一条安全返航策略，所述安全返航策略用于根据能源装置中储氢瓶的剩余气压估算无人机剩余能量，并根据剩余能量、剩余续航里程信息和无人机当前位置信息，进行返航告警；所述能源装置采用氢锂混动动力为无人机平台和巡检任务子系统供电，用于对氢锂混动动力中的锂电池和氢燃料电池进行能量分配，对氢燃料电池进行低温自启动及温湿度控制，以及对氢燃料电池的环境进行热管理控制；

5、所述航线规划装置用于根据所述无人机平台挂载的功能吊舱类型、被巡检设备信息和无人机续航情况规划巡航航线；所述地面控制装置用于从所述航线规划装置获取规划的巡航航线，并通过所述通信装置传输给所述无人机平台，由所述无人机平台执行巡航航线飞行；所述通信装置包括机载端和地面端；地面端设置有地面站天线调控装置使无人机处于地面站数图传天线的覆盖范围内；

6、所述巡检任务子系统为巡检任务的执行单元，包括前端算力模块和局部放电检测模块；所述前端算力模块用于采用集成的目标检测算法对巡检采集的图像进行目标检测，并根据目标检测结果对云台纠偏使目标移动至视野中央；所述局部放电检测模块用于对采集的实时声音信号进行降噪处理以降低无人机中螺旋桨产生的声音干扰，并采用降噪后的声音信号对电力设备进行放电检测；

7、所述云端人工智能子系统包括远程监控模块、数据存储模块和缺陷识别模块，所述远程监控模块和所述数据存储模块用于远程监控和存储巡检任务的执行数据；所述缺陷识别模块用于采用多模态诊断模型对巡检任务的执行数据中的巡检图像和文本描述信息进行多模态的缺陷识别；所述缺陷识别模块还用于对放电信息进行跨模态的放电互检；其中，所述放电信息通过对红外热成像检测模块采集的红外热成像数据进行温度检测得到，以及通过局部放电检测模块进行局部放电检测得到。

8、根据本发明的另一方面，还提供了一种氢动力无人机巡检方法，由本发明任意实施例提供的氢动力无人机巡检系统执行，所述方法包括：

9、通过航线规划装置根据无人机平台挂载的功能吊舱类型、被巡检设备信息和无人机续航情况规划巡航航线，并通过所述通信装置传输给无人机平台；

10、通过无人机平台中的飞控装置根据所述巡航航线执行飞行任务；并且，通过无人机平台挂载的功能吊舱执行巡检任务得到巡检任务的执行数据，并向云端人工智能子系统传输所述巡检任务的执行数据；其中，所述功能吊舱为一种或多种任务模块；所述巡检任务的执行数据包括无人机飞行数据，巡检采集的图像或实时声音信号；

11、通过云端人工智能子系统中的远程监控模块和数据存储模块远程监控和存储所述巡检任务的执行数据，并通过云端人工智能子系统中的缺陷识别模块采用多模态诊断模型对巡检任务的执行数据中的巡检图像和文本描述信息进行多模态的缺陷识别；所述缺陷识别模块还用于对放电信息进行跨模态的放电互检；其中，所述放电信息通过对红外热成像检测模块采集的红外热成像数据进行温度检测得到，以及通过局部放电检测模块进行局部放电检测得到；

12、以及，通过所述飞控装置根据能源装置中储氢瓶的剩余气压估算无人机剩余能量，并根据剩余能量、剩余续航里程信息和无人机当前位置信息，进行返航告警。

13、本发明实施例通过无人机平台中的能源装置对锂电池、氢燃料电池进行供电量分配与控制，对氢燃料电池进行低温自启动、温湿度控制，以及热管理，提高氢动力无人机的能源利用率，对氢燃料电池自产水及热量通过温湿度管理、排气管理及热管理结构实现内循环利用或对外环境排出提高氢动力无人机的环境适应性和续航能力；通过航线规划装置根据无人机平台挂载的功能吊舱类型、被巡检设备信息和无人机续航情况规划巡航航线，提高巡检效率和资源利用率，保证巡检安全；通过地面站天线调控装置调整数图传天线的偏航角和俯仰角，使无人机处于地面站数图传天线的覆盖范围内，增大了天线增益；通过与视觉吊舱连接的前端算力模块对无人机云台进行角度纠偏控制提升视觉处理效率及拍摄质量；通过对电力设备进行局部放电检测，并对采集的实时声音信号进行降噪处理，以降低无人机中螺旋桨产生的声音干扰，从而提升局部放电检测的准确率；而且还通过对巡检图像和文本描述信息进行多模态的缺陷识别，对基于红外热成像进行温度检测得到的放电信息、局部放电检测模块检测的局部放电信息进行跨模态的放电互检，提升了缺陷识别的准确性。

14、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

1.一种氢动力无人机巡检系统，其特征在于，包括氢动力无人机飞行子系统、巡检任务子系统和云端人工智能子系统；

2.根据权利要求1所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述能源装置包括：

3.根据权利要求2所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于：所述电源控制模块(2)采集所述锂电池(300)的第一电量，并判断所述锂电池(300)的第一电量是否满足所述无人机的启动功率需求，若不满足则进行锂电池(300)充电或者更换锂电池(300)，直到满足所述启动功率需求后，由所述锂电池(300)向所述无人机供电以进行起动；主控模块(1)根据采集的氢气压力向所述电源控制模块(2)发送启动所述氢燃料电池(200)的指令，所述电源控制模块(2)启动所述氢燃料电池(200)，并对所述锂电池(300)和所述氢燃料电池(200)进行能量管理控制。

4.根据权利要求3所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述能源装置还包括dc-dc转换器(5)，所述dc-dc转换器(5)的输入端连接所述氢燃料电池(200)和所述锂电池(300)的供电输出端，所述dc-dc转换器(5)用于将所述氢燃料电池(200)的供电量和/或所述锂电池(300)的供电量转换为输出电量后发送给动力系统以驱动所述无人机起动或飞行，所述氢燃料电池(200)通过所述dc-dc转换器(5)能够为所述锂电池(300)充电。

5.根据权利要求2所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述环境热管理模块(3)包括：

6.根据权利要求5所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述空气流道控制机构包括设于所述第二空气孔(103)处的分流板(104)和驱动机构(105)，所述驱动机构(105)通信连接所述主控模块，所述驱动机构(105)的输出端连接所述分流板(104)，所述驱动机构(105)用于驱动所述分流板(104)打开或关闭所述第二空气流道。

7.根据权利要求6所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述驱动机构(105)固定设置在所述机身(100)上，所述驱动机构(105)驱动所述分流板(104)朝向所述机身(100)的内部转动能够打开所述第二空气流道，所述驱动机构(105)驱动所述分流板(104)从所述机身(100)的内部朝向所述第二空气孔(103)转动能够关闭所述第二空气流道。

8.根据权利要求7所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述第二空气孔(103)设有两个，两个所述第二空气孔(103)分别正对两个所述氢燃料电池(200)设置。

9.根据权利要求8所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述机身(100)的底板(101)上间隔且分散设有多个第一空气孔(102)以形成第一空气流道，设于所述机身(100)内的所述氢燃料电池(200)通过所述第一空气流道连通外界空气以得到氧气和进行散热。

10.根据权利要求9所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述第二空气孔(103)设置于多个所述第一空气孔(102)的两侧，所述分流板(104)转动设于所述第二空气孔(103)的靠近所述第一空气孔(102)的一侧。

11.根据权利要求2所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述氢燃料电池温湿度控制模块(4)包括：

12.根据权利要求11所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，

13.根据权利要求12所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述排气处理室(42)设于所述排气管(203)上，所述排气处理室(42)包括冷凝水收集装置(424)和分支管路(425)，所述分支管路(425)设于所述冷凝水收集装置(424)和所述排气口(202)之间的所述排气管(203)上，所述分支管路(425)上设有待加热设备(700)，经过所述分支管路(425)的所述排气在经过所述待加热设备(700)的换热后温度降低并进入所述冷凝水收集装置(424)进行冷凝水收集，所述第一控制阀(43)设于所述冷凝水收集装置(424)和所述冷热空气混合室(41)之间的所述排气管(203)上。

14.根据权利要求13所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述分支管路(425)和所述待加热设备(700)分别设有多个并一一对应设置，每个所述分支管路(425)通过第三控制阀(426)选择性导通所述排气管(203)。

15.根据权利要求11所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述氢燃料电池温湿度控制模块(4)还包括泄放阀(44)，所述泄放阀(44)设于所述氢燃料电池(200)的排气管(203)上靠近所述排气口(202)的一端。

16.根据权利要求1所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述飞控装置具体用于：

17.根据权利要求1所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述航线生成装置具体用于：

18.根据权利要求1所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，

19.根据权利要求1所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述前端算力模块具体用于：

20.根据权利要求1所述的氢动力无人机巡检系统，其特征在于，所述局部放电检测模块具体用于执行如下：

21.一种氢动力无人机巡检方法，其特征在于，由权利要求1-20中任一项所述的氢动力无人机巡检系统执行，所述方法包括：

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述通过航线规划装置根据无人机平台挂载的功能吊舱类型、被巡检设备信息和无人机续航情况规划巡航航线，包括：

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，通过所述飞控装置根据能源装置中储氢瓶的剩余气压估算无人机剩余能量，并根据剩余能量、剩余续航里程信息和无人机当前位置信息，进行返航告警，包括：