(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811170965.X
(22)申请日 2018.10.09
(71)申请人 国电南瑞科技股份有限公司
地址 211106 江苏省南京市江宁区诚信大
道19号
申请人 南瑞集团有限公司
(72)发明人 华涛 马文锋 余有胜 罗孝兵
崔岗 李桂平 邹君 凌骐 芮钧
马军建 胡少英
(74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限
公司 32224
代理人 董建林 俞翠华
(51)Int.Cl.
G05D 1/10(2006.01)
G01D 21/02(2006.01)
(54)发明名称
基于无人机的远程工程及地质灾害安全监
测系统及方法
(57)摘要
本发明公开了一种基于无人机的远程工程
取单元，数据采集单元采集监测数据；无线通信
管理单元从各数据采集单元读取监测数据并存
储；当无人机带着无线数据获取单元飞到工程目
的地后，无线数据获取单元电源打开，向无线通
信管理单元发出通信链接命令，建立通信链接
后，无线数据获取单元接收由无线通信管理单元
发送的监测数据，当监测数据接收完毕后，通信
链接断开，无人机关断无线数据获取单元电源。
本发明基于无人机及无线数据获取单元、低功耗
数据采集单元、无线通信管理器等，构建了设备
成本低、运维费用低的自动化安全监测系统，具
有较强的可行性和良好的应用前景。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 109471452 A 2019.03.15
C N 109471452
A
1.一种基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统，其特征在于，包括：
数据采集单元，所述数据采集单元用于采集监测数据；
无线通信管理单元，所述无线通信管理单元按照设定的取数周期分别从各数据采集单元读取监测数据并存储；
无人机；
设于所述无人机上的无线数据获取单元，当所述无人机带着无线数据获取单元飞到工程目的地后，所述无线数据获取单元的电源被无人机打开，向所述无线通信管理单元发出通信链接命令，当二者建立
通信链接后，无线数据获取单元接收由无线通信管理单元发送的其内部存储的监测数据，当监测数据接收完毕后，二者间的通信链接断开，所述无线数据获取单元电源被无人机关断，无线通信管理器进入低功耗周期性休眠状态。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统，其特征在于：所述数据采集单元包括无线点式测斜仪，以及一个或者多个无线数据采集适配器。
3.根据权利要求2所述的基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统，其特征在于：所述无线数据采集适配器为振弦式无线数据采集适配器、差阻式无线数据采集适配器、标准量式无线数据采集适配器或数字量式无线数据采集适配器。
4.根据权利要求2所述的基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统，其特征在于：所述无线采集适配器按照设置的定时测量周期，采集自身接入的传感器的监测数据，并存储所述监测数据，测量完毕后立即进行周期性休眠状态，当接收到无线通信管理单元的唤醒信号后被唤醒，并将所有存储的监测数据发送给无线通信管理单元，完成数据发送后立即进行周期性休眠状态。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统，其特征在于：所述无线通信管理单元按照设定的取数周期，唤醒各无线采集适配器，接收各无线采集适配器发送的其存储的所有监测数据，并发出命令将无线采集适配器的数据清空。
6.根据权利要求1所述的基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统，其特征在于：所述无线数据获取单元与无线通信管理单元之间一旦建立链接，并通过加密协议校验，启动快速的数据传输。
7.一种基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统的监测方法，其特征在于，包括：利用无线通信管理单元获取数据采集单元发送的监测数据；
所述无线通信管理单元响应无线数据获取单元发出的通信链接命令，二者通信链接后，发送其内部存储的所有监测数据至无线数据获取单元，当监测数据发送完毕后，二者间的通信链接断开，无线通信管理单元进入低功耗周期性休眠状态，无线数据获取单元电源被无人机关断。
8.根据权利要求7所述的一种基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统的监测方法，其特征在于：所述获取数据采集单元发送的监测数据，具体包括以下步骤：所述无线采集适配器按照设置的定时测量周期，采集自身接入的传感器的监测数据，并存储所述监测数据，测量完毕后立即进行周期性休眠状态；
当接收到无线通信管理单元的唤醒信号后被唤醒，并将所有存储的监测数据发送给无线通信管理单元，数据发送完毕后立即进行周期性休眠状态。
9.根据权利要求7所述的一种基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统的监测方法，其特征在于：
所述无线通信管理单元响应无线数据获取单元发出的通信链接命令，二者通信链接后，发送其内部存储的所有监测数据至无线数据获取单元，当监测数据发送完毕后，二者间的通信链接断开，具体包括以下步骤：
当无人机带着无线数据获取单元飞到工程目的地后，所述无线数据获取单元向所述无线通信管理单元发出通信链接命令，当二者建立通信链接后，通过加密协议校验，启动快速数据传输，无线数据获取单元接收由无线通信管理单元发送的其内部存储的监测数据，当监测数据接收完毕后，二者间的通信链接断开。
10.根据权利要求7所述的一种基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统的监测方法，其特征在于，无线通信管理单元响应无线数据获取单元发出的通信链接命令，二者通信链接后，发送其内部存储的所有监测数据至无线数据获取单元，当监测数据发送完毕后，二者间的通信链接断开步骤之后，还包括：
无人机带着无线数据获取单元返回监测中心后，操作人员将所述无线数据获取单元取下，通过无线或有线的方式连接至监测中心的计算机，将所述无线数据获取单元中的所有监测数据导出至计算机供后续分析用，完成一次取回监测数据。
基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于工程及地质灾害安全监测自动化技术领域，具体涉及一种基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统及方法。
背景技术
[0002]工程及地质灾害安全监测自动化系统可以对建筑结构体或滑坡边坡等进行实时监测，对可能出现的不安全因素进行预测预警，对于保证结构体本身安全以及人员安全有重要的意义。传统的远程安全监测系统的数据传输方法主要是无线通信技术，一般在有GPRS信号覆盖的地方就采用GRPS数据传输设备进行；在无GPRS信号覆盖的地方，一般采用大功率数传电台或者卫星通信方式，前者功耗较大，对装置供电要求较高，信号易受干扰，通信距离一般在10KM以内；后者则使用卫星通信，费用高昂，不利于大规模测点日常监测应用。
[0003]经分析发现，目前，由于大多数地质灾害易发区域多位于偏远地区，无市电接入，部分地区甚至无移动通信信号覆盖；对于工程安全监测，近年来国内公司逐步承担国外工程水利水电工程的安全监测项目，部分国外水利水电工程地处偏远，当地又无移动网络建设，而监控管理中心往往位于市镇，导致工程安全监测的信息外传困难。上述状况的存在，使部分安全监测系统必须使用卫星通信才能发挥作用，从而导致了系统成本高、运维费用高的问题，影响了安全监测系统的应用。
[0004]近年来，由于民用无人机技术的发展，无人机从消费级应用逐步拓展到行业级应用。利用无人机体积小、操作方便等特点，无人机在大气环保监测、农业监测等领域已经被广泛应用，主要利用方式是采用无人机搭载高分辨率摄像机、红外成像仪、空气监测仪器等，实现对大气或偏远地区农田状况的监测。
[0005]比如：(1)授权公告号为CN 207703821U、名称为一种基于大数据的无人机大气环境监测系统的中国实用新型专利中公开了，利用无人机机载的检测设备(气体含量传感器和PM粉尘浓度传感器)实现对大气环境的监测；(2)公布号为CN 107656542A、名称为一种无人机巡检系统的中国发明专利申请中公开了，其包括多个位置发射器包括多个位置发射器、无人机和充电站。各个位置发射器适于安装在表计或电力设备上，用于发射位置信号和设备标识，无人机用于接收位置信号并飞行至与设备标识对应的表计或电力设备处，以及采集表计的表盘图像，或检测电力设备的温度实现巡检监测；(3)公布号为CN 105353685A、名称为一种测绘无人机数据获取系统的中国发明专利申请中公开了，包括GPS模块，核心数据处理模块、和相机等，通过G P S模块和相机实现高精度的测绘；(4) 公布号为CN 108092707 A、名称为一种基于无人机自组网的数据传输方法及装置的中国发明专利申请中公开了，其是利用在空中相邻的无人机形成一条由源节点到目的节点的数据传输路由；
(5)公布号为CN 108183780 A、名称为一种多余度无人机数据传输系统及传输方法的中国发明专利申请中公布了，其通过机载的数据余度融合计算机实时获取飞行遥测数据及视频图像，然后通过4G信号，
卫星信号、微波电台、GPRS信号与地面数据融合度计算机进行数据
交互，然后通过地面融合站将数据发送给无人机地面控制站；(6)公布号为CN 107104948 A、名称为一种无人机数据传输方法和无人机数据传输系统的中国发明专利申请中公开了，其利用无人机采集数据，然后对数据进行加密，和地面监控装置进行通信；(7)授权公告号为CN 207720302U、名称为一种无人机施工现场安全监测系统的中国实用新型专利中公开了，其是利用无人机上的摄像头和地面上的摄像头实现对施工现场的安全监测。
[0006]可见，上述公开的专利申请或授权专利，其实现方案中主要是利用机载传感设备或摄像机在空中对监测对象进行信息采集，然后传给地面装置；有部分专利涉及到利用无人机与无人机控制站的信息传输。但是，前述技术方案中较少涉及到如何利用无人机和地面传感采集装置的融合协同组网，实现特定环境(无市电、无移动通信网络等)状况下的远程工程及地质灾害安全监测系统的网络设计。
发明内容
[0007]针对上述问题，本发明提出一种基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统及方法，基于无人机及无线数据获取单元、低功耗数据采集单元、无线通信管理器等，构建了一种设备成本低、运维费用低的自动化安全监测系统，具有较强的可行性和良好的应用前景。
[0008]实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：[0009]第一部分，本发明提供了一种基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测系统，包括：
[0010]数据采集单元，所述数据采集单元用于采集监测数据；
[0011]无线通信管理单元，所述无线通信管理单元按照设定的取数周期分别从各数据采集单元读取监测数据并存储；
[0012]无人机；
[0013]设于所述无人机上的无线数据获取单元，当所述无人机带着无线数据获取单元飞到工程目的地后，所述无线数据获取单元的电源被无人机打开，向所述无线通信管理单元发出通信链接命令，当二者建立通信链接后，无线数据获取单元接收由无线通信管理单元发送的其内部存储的监测数据，当监测数据接收完毕后，二者间的通信链接断开，所述无线数据获取单元电源被无人机关断，无线通信管理单元进入低功耗周期性休眠状态。[0014]优选地，所述数据采集单元包括无线点式测斜仪，以及一个或者多个无线数据采集适配器。
[0015]优选地，所述无线数据采集适配器为振弦式无线数据采集适配器、差阻式无线数据采集适配器、标准量式无线数据采集适配器或数字量式无线数据采集适配器。
[0016]优选地，所述无线采集适配器按照设置的定时测量周期，采集自身接入的传感器的监测数据，并存储所述监测数据，测量完毕后立即进行周期性休眠状态，当接收到无线通信管理单元的唤醒信号后被唤醒，并将所有存储的监测数据发送给无线通信管理单元，完成数据发送后立即进行周期性休眠状态。
[0017]优选地，所述无线通信管理单元按照设定的取数周期，唤醒各无线采集适配器，接收各无线采集适配器发送的其存储的所有监测数据，并发出命令将无线采集适配器的数据清空。
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