[发明专利]一种基于无人机平台的港口实景监控系统及方法

权利要求书

1.一种基于无人机平台的港口实景监控系统，其特征在于：包括无人机平台分系统与地面指挥测控分系统；所述无人机平台分系统对港口各区域进行全方位、零死角、近距离、可跟踪目标的实时监控；所述地面指挥测控分系统用于控制所述无人机平台分系统工作，并接收、分析所述无人机平台分系统采集的信息。

2.根据权利要求1所述的基于无人机平台的港口实景监控系统，其特征在于：所述无人机平台分系统为四旋翼无人机，所述四旋翼无人机包括飞行控制模块、动力驱动模块、飞行导航模块、电力供给模块和监控模块；

所述动力驱动模块包括顺序连接的信息处理单元、伺服作动器、舵机和电机；所述飞行控制模块与所述动力驱动模块的信息处理单元连接，所述伺服作动器通过飞行控制模块发出的命令控制舵机，从而对连接各个旋翼的电机进行转速控制，实现无人机不同姿态的飞行任务；

所述飞行导航模块包括信息处理单元、GPS导航仪、超声波测距传感器、三轴速率陀螺仪；所述飞行控制模块与所述飞行导航模块的信息处理单元连接，所述信息处理单元分别与所述GPS导航仪、超声波测距传感器和三轴速率陀螺仪连接；所述GPS导航仪实现无人机的精准定位；所述超声波测距传感器通过对无人机机身附近可能出现非预期性障碍物的位置进行反馈，完成即时避障；所述三轴速率陀螺仪确保无人机按预期的飞行参数与姿态飞行；

所述监控模块包括高精度陀螺仪、高清摄像头、红外摄像头和信号发生器；所述监控模块通过所述信号发生器与所述地面指挥测控分系统连接，在所述地面指挥测控分系统控制下工作；所述监控模块安装于四旋翼无人机机身的下部，通过云台上的高精度陀螺仪隔离机身运行扰动，防止产生抖动或因视场角受限制而造成采集图像的不清晰或不全面的问题；当执行巡检监控任务时，云台能调整其倾斜与俯仰的姿态，使高清摄像头与红外摄像头对准需监控区域或位置；

所述电力供给模块为所述无人机平台分系统提供电力。

3.根据权利要求1所述的基于无人机平台的港口实景监控系统，其特征在于：所述地面指挥测控分系统包括地面中转站、计算机与控制器；地面中转站设置于港口若干个待监控区域中，为无人机提供一个可起飞降落、充电、检测维护的平台，并将无人机的状态信息发送给地面计算机；所述地面计算机根据无人机平台机身的实际尺寸与目标港口的实际区域设施布局分别在三维绘图软件中绘制各自相对应的三维模型，并将两种三维模型进行装配结合；所述地面计算机用于对传统监控设备的监控盲点、需近距离监控的移动物体或因天气原因传统监控设备无法看清的位置，以此对无人机的预期飞行参数、路线与任务载荷工作进行规划；所述地面控制器对无人机进行起降操纵、飞行航路控制、任务载荷控制以及数据链控制。

4.根据权利要求3所述的基于无人机平台的港口实景监控系统，其特征在于：所述地面中转站设置带有色彩标识的无人机停靠点，操作人员通过无人机上的高清摄像头观察色彩标识使无人机平稳准确安全的落在规定停靠点，确保充电与维护工作的正常进行。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于无人机平台的港口实景监控系统，其特征在于：所述无人机平台分系统安装有数据传输无线电和飞行控制无线电电路，通过微波信号与地面控制器和地面计算机连接，进行飞行路线规划、控制和图像传输。

6.一种基于无人机平台的港口实景监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对港口的监控区域进行划分并在各区域设置地面中转站，以供无人机进行起飞降落、充电和检测维护；

步骤2：地面计算机根据无人机平台机身的实际尺寸与目标港口的实际区域设施布局分别在三维绘图软件中绘制各自相对应的三维模型，并将两种三维模型进行装配结合；在结合后的三维模型中根据监控要求对无人机的预期飞行参数、航行路线与任务载荷的工作内容进行规划；

步骤3：地面中转站将无人机的状态信息发送给地面计算机，地面计算机判断无人机是否满足执行飞行任务的条件；当确认无人机分系统准备就绪后，地面控制器对无人机的飞行控制模块发出命令，开始执行飞行监控任务；

步骤4：无人机按规划的航线飞行，通过各个螺旋桨的速度控制与步进电机控制云台的俯仰与旋转相互协同配合，采集需监控区域或物体的图像信息并传送至地面计算机；

步骤5：地面计算机将接收到的图像文件传送至港口管理部门进行使用；

步骤6：完成监控飞行任务后，无人机降落在各自监控区域内的地面中转站，进行充电和检测维护，保障下次飞行任务。