[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，能够在BDS的引导下，按照规划的巡检路径对电缆沟与隧道内的温、湿度，有害气体浓度，渗水积水，电缆破损、放电与发热，蛇鼠等参数与特征进行实时识别，并在环境数据模型中进行标定与记录，具有可远程操作、巡检效率高、无漏检、安全可靠、可以全天候作业的特点。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种电缆沟与隧道巡检无人机系统，包括无人机10和操控装置20；无人机10上固定连接有建模数据采集装置40、碰撞预警装置80、红外数据采集装置90、红外复合气体检测装置100、温湿度检测装置110；操控装置20与显示装置30固定连接；无人机10与建模数据采集装置40、碰撞预警装置80、红外数据采集装置90、红外复合气体检测装置100和温湿度检测装置110的控制输入电连接；操控装置20的输出与显示装置30的输入电连接；建模数据采集装置40的输出与碰撞预警装置80的输入电连接；无人机10与操控装置20、BDS控制外网60、BDS控制内网70双向无线连接；操控装置20与建模数据采集装置40、上位机50、BDS控制内网70、红外数据采集装置90、红外复合气体检测装置100、温湿度检测装置110双向无线连接；建模数据采集装置40与上位机50、BDS控制外网60双向无线连接；上位机50与碰撞预警装置80无线连接；BDS控制外网60与BDS控制内网70无线连接。
[0008] 所述的无人机10包括机载平台11，机载平台11上固定连接有动力装置12、防护罩14、飞控装置15、机载电源16、照明摄像装置17和BDS天线18，动力装置12与螺旋桨13连接，动力装置12的控制输入和飞控装置15的输出电连接，飞控装置15的输入和照明摄像装置17的信号输出电连接，飞控装置15与操控装置20无线连接，操控装置20通过BDS天线18与BDS控制内网70无线连接；动力装置12、飞控装置15、照明摄像装置17、BDS天线18的电力输入和机载电源16的输出电连接。
[0009] 所述的建模数据采集装置40包括扫描平台41、激光雷达扫描测量装置42；扫描平台41与机载平台11固定连接，扫描平台41固定连接有激光雷达扫描测量装置42；扫描平台41、激光雷达扫描测量装置42的电力输入与机载电源16的输出电连接；扫描平台41的控制输入与操控装置20的输出无线连接；激光雷达扫描测量装置42的输出与环境建模模块51、操控装置20的输入无线连接。
[0010] 所述的上位机50包括环境建模模块51、巡检路径规划模块52和数据处理模块53；环境建模模块51的输出与巡检路径规划模块52的输入电连接；巡检路径规划模块52的输出与数据处理模块53的输入电连接；数据处理模块53的输出与操控装置20的输入无线连接。
[0011] 所述的BDS控制内网70由BDS信号转发器71组成，BDS信号转发器71相互之间无线连接。
[0012] 所述的红外数据采集装置90包括红外云台91、红外热成像装置92；红外云台91与机载平台11固定连接；红外云台91上固定连接有红外热成像装置92；红外云台91、红外热成像装置92的电力输入与机载电源16的电路输入电连接；红外云台91的控制输入与操控装置20的输出无线连接；红外热成像装置92的信号输出与操控装置20、数据处理模块53的信号输入无线连接。
[0013] 一种电缆沟与隧道巡检无人机系统的使用方法，包括以下步骤：
[0014] 1)电缆沟、隧道三维点云数据采集：
[0015] 1.1)在待检的电缆沟、隧道侧壁顶端布置BDS信号转发器71，组成BDS控制内网70；要求在电缆沟、隧道的每一个出入口、拐弯处均设置两个为一组的BDS信号转发器71，确保组内两个BDS信号转发器71以及相邻两组BDS信号转发器71之间可视；
[0016] 1.2)联调BDS控制外网60和BDS控制内网70；
[0017] 1.3)打开电缆沟的盖板；
[0018] 1.4)利用操控装置20给飞控装置15发送起飞信号，遥控无人机10飞至电缆沟、隧道的出入口；
[0019] 1.5)利用操控装置20启动照明摄像装置17、BDS天线18、激光雷达扫描测量装置42；
[0020] 1.6)操控无人机在电缆沟、隧道内飞行；利用激光雷达扫描测量装置42采集电缆沟、隧道的基于BDS绝对坐标的三维点云数据；在显示装置30上观察获取的三维点云数据；使用操控装置20，通过扫描云台41的三维运动调整激光雷达扫描测量装置42的扫描路径与方向；
[0021] 1.7)将三维点云数据无线传递给环境建模模块51；
[0022] 1.8)结束三维点云数据的采集工作；
[0023] 2)三维环境建模与巡检路径规划：
[0024] 2.1)利用环境建模模块51处理三维点云数据，构建电缆沟、隧道的三维环境数据模型；
[0025] 2.2)利用巡检路径规划模块52，在电缆沟、隧道的三维环境数据模型的基础上，规划无人机10的基于BDS绝对坐标的巡检路径；在垂直方向的巡检路径规划成破浪状的，便于同时巡检某一区域的多层电缆，或规划成往复式的，一层支架一层支架的巡检；对巡查的重点区域，要求在巡检路径上规划无人机飞行的悬停点，进行更为详细的检查；
[0026] 2.3)将规划的巡检路径输送给数据处理模块53并进行存储；
[0027] 2.4)结束三维环境建模与巡检路径规划工作；
[0028] 3)电缆沟、隧道的无人机巡检：
[0029] 3.1)利用操控装置20，从数据处理模块53调取巡检路径；
[0030] 3.2)利用机载电源16给无人机系统供电；
[0031] 3.3)遥控无人机10，按照规划的巡检路径，对电缆沟、隧道中的电缆进行巡检；
[0032] 3.4)利用红外热成像装置92，采集电缆放电、破损、局部发热的红外图像数据，渗水、漏水和积水点的红外图像数据，老鼠、白蚁和蛇的红外图像数据；将获取的红外图像数据信息实时发送给数据处理模块53；
[0033] 3.5)利用红外复合气体检测装置100，采集CO、CO2、O2、H2S、CH4气体的浓度，并将获取的浓度信息实时发送给数据处理模块53；
[0034] 3.6)利用温湿度检测装置110采集温度、湿度信息，并将获取的信息实时发送给数据处理模块53；
[0035] 3.7)利用激光雷达扫描测量装置42，检测巡检路径前方的飞行环境；如果在飞行的安全距离阈值内出现障碍物，触发碰撞预警装置80，一方面使无人机10自动处于悬停的飞行状态，另一方面提示巡检人员利用照明摄像装置17仔细地观察障碍物，并对巡检工作进行二选一的研判：(1)停止巡检工作，安排巡检人员到现场处理障碍物，(2)对巡检路径进行调整，使无人机10越过障碍物后继续沿着规划的巡检路径执行后续的任务；
[0036] 3.8)利用数据处理模块53，对红外热成像装置92采集的红外图像数据进行特征识别，将电缆放电、破损、局部发热点，渗水、漏水和积水点，以及老鼠、白蚁和蛇活动的位置标定在电缆沟、隧道的三维环境数据模型上；利用数据处理模块53，对红外复合气体检测装置100采集的气体浓度信息进行分析，将超过浓度阈值的位置点标定在电缆沟、隧道的三维环境数据模型上；利用数据处理模块53，对温湿度检测装置110采集的温度、湿度信息进行分析，将超过温度、湿度阈值的位置点标定在电缆沟、隧道的三维环境数据模型上；
[0037] 3.9)利用数据处理模块53对存储的巡检数据进行统计分析，对电缆沟、隧道三维环境数据模型上有发生事故趋势的位置点进行标定；
[0038] 3.10)安排巡检人员，对标定在电缆沟、隧道三维环境数据模型上的问题点进行针对性的处理；安排巡检人员，对标定在电缆沟、隧道三维环境数据模型上有发生事故趋势的位置点进行预防性的处理；
[0039] 3.11)巡检任务结束。
[0040] 本发明的有益效果是：
[0041] 本发明利用构建的电缆沟、隧道三维环境数据模型，对巡检路线进行规划，能够遥控无人机对狭小、阴暗潮湿、接近封闭状态的电缆铺设空间进行实时巡检，提高了地下电缆巡检过程的自动化程度；
[0042] 当无人机按照规划的路径巡检遇到障碍物时，能够及时地发出预警并调整无人机的飞行状态，在研判情况并重新规划路径后可继续执行巡检任务，有效地提高了飞控的安全性和对无人机系统的柔性控制；
[0043] 本发明利用数据处理模块对巡检过程中获取的信息进行分析，能够对电缆的运行状况，以及电缆沟、隧道的环境给出科学、准确的判断，并标定在电缆沟、隧道三维环境数据模型上，大大降低了巡检工作和故障排除工作的难度；
[0044] 本发明能够对存储的巡检数据进行统计分析，对电缆沟、隧道三维环境数据模型上有发生事故趋势的位置点进行标定，便于采取预防性的处理措施。
