專利名稱：一種基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及輸電線路和變電站智能化領域，具體涉及一種基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通過旋翼無人機進行輸變電監(jiān)測，將是未來電力系統(tǒng)運行維護智能化巡檢的趨勢。目前，通信加密和信息安全都是基于數(shù)學復雜性，量子保密通信是基于量子物理學原理。量子保密通信是可以同時解決通信安全和信息安全的新技術(shù)。輸電線路桿塔和變電站通過物聯(lián)網(wǎng)或傳感網(wǎng)進行狀態(tài)監(jiān)測信息的感知，是智能化巡檢的技術(shù)趨勢。近距離無線激光輸能，也是物聯(lián)網(wǎng)或傳感網(wǎng)充電/供能技術(shù)趨勢。建設智能電網(wǎng)是國際電力工業(yè)積極應對未來挑戰(zhàn)的共同選擇，輸電線路和變電站都是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。在通過旋翼無人機進行輸電線路監(jiān)測和變電站監(jiān)測的應用場景，需要解決高效安全的信息傳輸問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決智能電網(wǎng)中高效安全的信息傳輸問題，提供一種基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，本發(fā)明通過激光量子密碼通信來保障無人機對輸電線路和變電站設備狀態(tài)監(jiān)測的安全性，應用本發(fā)明，可實現(xiàn)輸電線路和變電站的安全智能化巡檢及電器設備狀態(tài)監(jiān)測。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其改進之處在于，所述系統(tǒng)包括地面測控站、無人機、輸電線路、輸電線路桿塔、變電站、輸電線路桿塔的傳感器網(wǎng)絡和變電站的傳感器網(wǎng)絡、大氣激光量子密碼通信裝置和大氣激光輸能裝置；所述地面測控站向無人機發(fā)送測控指令，并接收無人機通過UHF無線通信鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)信號；所述輸電線路桿塔或變電站收集、匯聚并存儲監(jiān)測信息；所述輸電線路桿塔或變電站接收無人機發(fā)射的大氣激光量子密碼通信信號，所述信號通過安全認證后激活輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的網(wǎng)關(guān)，并由輸電線路桿塔或變電站的UHF無線通信鏈路將監(jiān)測信息上傳至無人機，由無人機將所述監(jiān)測信息轉(zhuǎn)發(fā)至地面測控站；所述大氣激光量子密碼通信裝置、無人機與輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)構(gòu)筑大氣激光量子密碼通信鏈路；所述大氣激光輸能裝置構(gòu)筑大氣激光輸能鏈路；所述大氣激光輸能裝置為所述輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡及網(wǎng)關(guān)的供電系統(tǒng)充電或供電。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述地面測控站配置帶伺服跟蹤系統(tǒng)的UHF無線通信天線。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述無人機為旋翼無人機；所述旋翼無人機配置光學天線和UHF無線通信天線；所述光學天線安裝伺服跟蹤系統(tǒng)。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是所述旋翼無人機配置可見光、紅外和紫外成像巡視系統(tǒng)，以及三維激光雷達系統(tǒng)；所述成像巡視系統(tǒng)采集飛行過程中的信息，存儲在旋翼無人機，并通過L波段(上行1300-1420MHZ，下行1620_1740MHz)無線通信鏈路發(fā)送至地面測控站；地面測控站收到實時動態(tài)信息通過電力通信網(wǎng)傳送到輸變電監(jiān)測中心處理并展示，旋翼無人機回收后將存儲的采集信息送輸變電監(jiān)測中心作后期數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)變電站、輸電線路和輸電線路桿塔的實時動態(tài)巡檢和故障檢測。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是所述旋翼無人機根據(jù)三維地理信息系統(tǒng) GIS自主飛行或所述地面測控站的測控指令飛行和懸停。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選的技術(shù)方案是由所述輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡收集監(jiān)測信息；由所述輸電線路桿塔或變電站的網(wǎng)關(guān)匯聚并存儲。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選的技術(shù)方案是所述輸電線路桿塔的傳感器網(wǎng)絡包括導線溫度監(jiān)測傳感器、絕緣端子污穢監(jiān)測傳感器、桿塔傾斜監(jiān)測傳感器、覆冰監(jiān)測傳感器、線路舞動監(jiān)測傳感器、微氣象監(jiān)測傳感器、閃電雷擊監(jiān)測傳感器、連接器監(jiān)測傳感器、漏電監(jiān)測傳感器、供電系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)；所述供電系統(tǒng)包括蓄電池、太陽能和大氣激光輸能裝置。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選的技術(shù)方案是所述變電站的傳感器網(wǎng)絡包括電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測傳感器、氣體絕緣組合電器狀態(tài)監(jiān)測傳感器、高壓電容型設備狀態(tài)監(jiān)測傳感器、電力電纜監(jiān)測傳感器、閃電雷擊監(jiān)測傳感器、連接器監(jiān)測傳感器、漏電監(jiān)測傳感器、供電系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)；所述供電系統(tǒng)包括蓄電池、太陽能和大氣激光輸能裝置。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選的技術(shù)方案是所述供電系統(tǒng)包括蓄電池、太陽能和大氣激光輸能裝置。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選的技術(shù)方案是所述大氣激光輸能裝置包括光學透鏡接收天線、光電轉(zhuǎn)換器和輸電饋線；所述大氣激光輸能裝置構(gòu)筑大氣激光輸能鏈路；所述大氣激光輸能鏈路工作在 400nm 500nm的波長,通過大氣激光輸能,為所述輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡及網(wǎng)關(guān)的供電系統(tǒng)充電或供電。本發(fā)明提供的第十優(yōu)選的技術(shù)方案是所述大氣激光量子密碼通信鏈路工作在 850nm或1310nm或1550nm波長，量子密碼采用BB84協(xié)議，量子密碼中所傳遞的量子密鑰起到安全認證和激活傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)的作用。本發(fā)明提供的第十一優(yōu)選的技術(shù)方案是所述監(jiān)測信息包括輸電線路桿塔狀態(tài)的監(jiān)測信息和變電站狀態(tài)的監(jiān)測信息；所述輸電線路桿塔狀態(tài)的監(jiān)測信息包括導線溫度監(jiān)測信息、絕緣端子污穢監(jiān)測信息、桿塔傾斜監(jiān)測信息、覆冰監(jiān)測信息、線路舞動監(jiān)測信息、微氣象監(jiān)測信息、閃電雷擊監(jiān)測信息、連接器監(jiān)測信息和漏電監(jiān)測信息；所述變電站狀態(tài)的監(jiān)測信息包括電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測信息、氣體絕緣組合電器狀態(tài)監(jiān)測信息、高壓電容型設備狀態(tài)監(jiān)測信息、電力電纜監(jiān)測信息、閃電雷擊監(jiān)測信息、連接器監(jiān)測信息和漏電監(jiān)測信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達到的有益效果是I、本發(fā)明提供的基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，綜合無人機技術(shù)、無線激光輸能技術(shù)、大氣激光量子密碼通信技術(shù)、特高頻UHF(Ultra High Frequency) 無線通信技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)或傳感網(wǎng)技術(shù)，以推進智能電網(wǎng)的建設和發(fā)展。2、本發(fā)明提供的基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)運用激光量子密碼通信與旋翼無人機結(jié)合，大氣激光量子密碼通信鏈路和UHF無線通信鏈路并用，構(gòu)筑無人機與地面測控站、無人機與輸電線路及變電站傳感系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)輸電線路監(jiān)測和變電站的智能化監(jiān)測。3、應用本發(fā)明提供的基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)輸電線路和變電站的高安全、智能化巡檢及電器設備的狀態(tài)監(jiān)測。4、本發(fā)明通過大氣激光量子密碼通信來保障無人機對輸電線路和變電站設備狀態(tài)監(jiān)測的安全性?，F(xiàn)有通信加密和信息安全都是基于數(shù)學復雜性，量子保密通信是基于量子物理學原理。量子保密通信可以同時解決通信安全和信息安全的新技術(shù)。5、本發(fā)明提供的基于激光量子密碼通信的旋翼無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)和方案，可解決輸電線路監(jiān)測和變電站監(jiān)測的自動化和無人或少人化問題，達到輸電線路和變電站的運行維護智能化，提高輸電線路和變電站的故障處理速度，減少供電故障停電時間，增加電網(wǎng)可靠性。6、輸電線路大多分布在崇山峻嶺之間，受地理環(huán)境、天氣狀況等因素的影響，人工巡線效率低、周期長、工作量大、準確率低，本發(fā)明的應用將極大提升線路運行和管理水平。 本發(fā)明的系統(tǒng)具有高準確率、高效率、高機動性、高安全性、高出勤率等優(yōu)勢，具有顯著的經(jīng)濟效益和良好的推廣應用價值。


圖I是本發(fā)明提供的基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)的原理圖；圖2是本發(fā)明的指控車車載終端組成框圖；圖3是本發(fā)明旋翼無人機的工作流程圖；圖4是本發(fā)明輸電線路桿塔或變電站智能監(jiān)測工作流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步的詳細說明。本發(fā)明綜合無人機技術(shù)、無線激光輸能技術(shù)、大氣激光量子密碼通信技術(shù)、UHF無線通信技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)或傳感網(wǎng)技術(shù)，以推進智能電網(wǎng)的建設和發(fā)展。大氣激光量子密碼通信與旋翼無人機結(jié)合，大氣激光量子密碼通信鏈路和特高頻UHF無線通信鏈路并用，構(gòu)筑無人機與地面測控站、無人機與輸電線路及變電站傳感器網(wǎng)絡的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)輸電線路監(jiān)測和變電站的智能化監(jiān)測。本發(fā)明提供的基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)的原理圖如圖I 所示，該系統(tǒng)包括地面測控站、無人機、輸電線路、輸電線路桿塔、變電站、輸電線路桿塔的傳感器網(wǎng)絡、變電站的傳感器網(wǎng)絡、大氣激光量子密碼通信裝置和大氣激光輸能裝置。
地面測控站配置帶伺服跟蹤的特高頻UHF無線通信天線，向旋翼無人機發(fā)送測控指令，并接收旋翼無人機通過UHF無線通信鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。無人機為旋翼無人機。旋翼無人機配置帶伺服跟蹤的光學天線和UHF無線通信天線，及其相應系統(tǒng)(相應系統(tǒng)指的是旋翼無人機上的其他裝置)。當旋翼無人機飛臨預定的輸電線路桿塔或變電站附近時，瞄準該輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的光學接收系統(tǒng)(光學接收系統(tǒng)用透鏡實現(xiàn))，旋翼無人機先通過激光輸能接收裝置向輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的網(wǎng)關(guān)和傳感器網(wǎng)絡補充能量；再通過大氣激光量子密碼通信裝置進行安全認證；安全認證通過后，大氣激光量子密碼通信信號激活輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡的監(jiān)測信息匯聚與存儲的網(wǎng)關(guān)，并由輸電線路桿塔或變電站的UHF無線通信鏈路將這些監(jiān)測信息通過旋翼無人機轉(zhuǎn)發(fā)至地面測控站。無人機配置可見光、紅外和紫外成像巡視系統(tǒng)，以及三維激光雷達系統(tǒng)，成像巡視系統(tǒng)采集飛行過程中的信息，存儲在無人機，并通過L波段(上行1300-1420MHZ，下行 1620-1740MHz)無線通信鏈路發(fā)送至地面測控站。地面測控站收到的實時動態(tài)信息通過電力通信網(wǎng)傳送到輸變電監(jiān)測中心處理并展示，無人機回收后將其存儲的采集信息送輸變電監(jiān)測中心作后期數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)變電站、輸電線路和輸電桿塔的實時動態(tài)巡檢和故障檢測。伺服跟蹤系統(tǒng)用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，又稱隨動系統(tǒng)。 在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機械位移(或轉(zhuǎn)角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角)。 伺服跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。伺服跟蹤系統(tǒng)最初用于船舶的自動駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到很多領域，特別是自動車床、天線位置控制、導彈和飛船的制導等。采用伺服跟蹤系統(tǒng)主要是為了達到下面幾個目的①以小功率指令信號去控制大功率負載?；鹋诳刂坪痛婵刂凭褪堑湫偷睦?。②在沒有機械連接的情況下，由輸入軸控制位于遠處的輸出軸，實現(xiàn)遠距同步傳動。③使輸出機械位移精確地跟蹤電信號，如記錄和指示儀表等。所述大氣激光量子密碼通信裝置、無人機與輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)構(gòu)筑大氣激光量子密碼通信鏈路，大氣激光量子密碼通信鏈路工作在850nm或1310nm 或1550nm波長，量子密碼采用BB84協(xié)議，所傳遞的量子密鑰起到安全認證和激活傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)作用。所述大氣激光輸能裝置構(gòu)筑大氣激光輸能鏈路,無人機大氣激光輸能鏈路工作在 400nm 500nm波長，通過大氣激光輸能，為該輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡及其網(wǎng)關(guān)的供電系統(tǒng)充電/供電。圖I中的指控車充當無人機地面監(jiān)控站，對無人機進行遙測、遙控、通信和任務管理以及數(shù)據(jù)處理；無人機的任務管理包括指令上傳、地圖管理、航線規(guī)劃、航跡顯示；視頻顯示及儲存等。指控車車載終端組成框圖如圖2所示。輸電線路桿塔或變電站通過傳感器網(wǎng)絡中的傳感器收集各類監(jiān)測信息，由輸電線路桿塔或變電站的網(wǎng)關(guān)匯聚并存儲；當旋翼無人機飛臨輸電線路桿塔或變電站附近時，通過光學接收系統(tǒng)(光學接收系統(tǒng)用透鏡實現(xiàn))，接收無人機發(fā)射的大氣激光量子密碼通信信號，大氣激光量子密碼通信信號通過安全認證后，該信號激活輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測信息匯聚并存儲的網(wǎng)關(guān)，并由輸電線路桿塔或變電站的UHF無線通信鏈路將這些監(jiān)測信息上傳至旋翼無人機，并通過旋翼無人機的UHF無線通信鏈路將所述監(jiān)測信息轉(zhuǎn)發(fā)至地面測控站。監(jiān)測信息包括輸電線路桿塔的狀態(tài)監(jiān)測信息和變電站設備的狀態(tài)監(jiān)測信息。輸電線路桿塔的狀態(tài)監(jiān)測信息包括導線溫度監(jiān)測信息、絕緣端子污穢監(jiān)測信息、 桿塔傾斜監(jiān)測信息、覆冰監(jiān)測信息、線路舞動監(jiān)測信息、微氣象監(jiān)測信息、閃電雷擊監(jiān)測信息、連接器監(jiān)測信息和漏電監(jiān)測信息等；變電站設備的狀態(tài)監(jiān)測信息電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測信息、氣體絕緣組合電器狀態(tài)監(jiān)測信息、高壓電容型設備狀態(tài)監(jiān)測信息、電力電纜監(jiān)測信息、閃電雷擊監(jiān)測信息、連接器監(jiān)測信息和漏電監(jiān)測信息等。無人機與預定輸電線路桿塔之間，大氣激光量子密碼通信鏈路進行相互安全認證，UHF無線通信鏈路進行感知監(jiān)測信息傳輸，工作在400nm 500nm波長，通過大氣激光輸能裝置，為該輸電線路桿塔的傳感器網(wǎng)絡及其網(wǎng)關(guān)的供電系統(tǒng)充電/供電。無人機與預定變電站之間，大氣激光量子密碼通信鏈路進行相互安全認證，UHF無線通信鏈路進行感知監(jiān)測信息傳輸，在400nm 500nm工作波長，通過大氣激光輸能，為該變電站的傳感器網(wǎng)絡及其網(wǎng)關(guān)的供電系統(tǒng)充電/供電。預定輸電線路桿塔的傳感器網(wǎng)絡包括導線溫度監(jiān)測傳感器、絕緣端子污穢監(jiān)測傳感器、桿塔傾斜監(jiān)測傳感器、覆冰監(jiān)測傳感器、線路舞動監(jiān)測傳感器、微氣象監(jiān)測傳感器、閃電雷擊監(jiān)測傳感器、連接器監(jiān)測傳感器、漏電監(jiān)測傳感器及其供電系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)，供電系統(tǒng)包括蓄電池、太陽能、大氣激光輸能裝置等，完成輸電線路桿塔的狀態(tài)感知。預定變電站的傳感器網(wǎng)絡包括電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測傳感器、氣體絕緣組合電器狀態(tài)監(jiān)測傳感器、高壓電容型設備狀態(tài)監(jiān)測傳感器、電力電纜監(jiān)測傳感器、閃電雷擊監(jiān)測傳感器、連接器監(jiān)測傳感器、漏電監(jiān)測傳感器及其供電系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)，供電系統(tǒng)包括蓄電池、太陽能、大氣激光輸能裝置等，完成變電站的狀態(tài)感知。大氣激光輸能裝置包括光學透鏡接收天線、光電轉(zhuǎn)換器和輸電饋線。無人機采用旋翼無人機，旋翼無人機配置帶伺服跟蹤的光學天線和UHF無線通信天線，及其相應系統(tǒng)；能根據(jù)三維地理信息系統(tǒng)GIS(Geographic Information System, GIS)進行自主飛行，也可結(jié)合地面測控站的測控指令進行飛行和懸停。無人機按照預定指令在輸電線路或變電站懸停，啟動光學天線和UHF無線通信天線的伺服跟蹤系統(tǒng)，大氣激光量子密碼通信鏈路進行相互安全認證，UHF無線通信鏈路進行感知監(jiān)測信息傳輸，大氣激光輸能鏈路為該輸電線路或變電站的傳感器網(wǎng)絡及其網(wǎng)關(guān)的供電系統(tǒng)充電/供電。地面測控站通過帶伺服跟蹤的UHF無線通信天線，向旋翼無人機發(fā)送測控指令， 并接收無人機通過UHF無線通信鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，并處理、分析輸電線路和變電站的狀態(tài)感知信息，完成智能化巡檢。旋翼無人機與預定輸電線路桿塔之間，通過大氣激光量子密碼通信裝置，構(gòu)筑大氣激光量子密碼通信鏈路，大氣激光量子密碼通信鏈路工作在850nm或1310nm或1550nm 波長，量子密碼采用BB84協(xié)議。大氣激光量子密碼通信信號激活該輸電線路桿塔內(nèi)的網(wǎng)關(guān)，大氣激光量子通信信號進行安全認證；安全認證通過后，該網(wǎng)關(guān)將匯聚與存儲的傳感器網(wǎng)絡各類監(jiān)測信息通過UHF無線通信鏈路，上傳至無人機，并通過無人機UHF無線通信鏈路將這些監(jiān)測信息轉(zhuǎn)發(fā)至地面測控站。
輸電線路桿塔狀態(tài)的監(jiān)測信息包括導線溫度監(jiān)測、絕緣端子污穢監(jiān)測、桿塔傾斜監(jiān)測、覆冰監(jiān)測、線路舞動監(jiān)測、微氣象監(jiān)測、閃電雷擊監(jiān)測、連接器監(jiān)測、漏電監(jiān)測等信息。無人機與預定變電站之間，通過大氣激光量子密碼通信裝置，構(gòu)筑大氣激光量子密碼通信鏈路，大氣激光量子密碼通信鏈路工作在850nm或1310nm或1550nm波長，量子密碼采用BB84協(xié)議。大氣激光量子密碼通信信號激活該變電站內(nèi)的網(wǎng)關(guān)，大氣激光量子通信信號進行安全認證。安全認證通過后，該網(wǎng)關(guān)將匯聚與存儲的傳感器系統(tǒng)各類監(jiān)測信息通過UHF無線通信鏈路，上傳至無人機，并通過無人機UHF無線通信鏈路轉(zhuǎn)發(fā)至地面測控站。變電站設備狀態(tài)的監(jiān)測信息包括電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測、氣體絕緣組合電器狀態(tài)監(jiān)測、高壓電容型設備狀態(tài)監(jiān)測、電力電纜監(jiān)測、閃電雷擊監(jiān)測、連接器監(jiān)測、漏電監(jiān)測等信肩、O下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。實施例I本發(fā)明提供的基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)的原理圖如圖I 所示，根據(jù)圖I可知，輸電線路或變電站內(nèi)傳感器網(wǎng)絡采集監(jiān)測信息，并將這些監(jiān)測信息匯聚與存儲至網(wǎng)關(guān)；當旋翼無人機飛臨其附近，通過光學接收系統(tǒng)，接收無人機發(fā)射的大氣激光量子密碼通信信號，安全認證通過后，該信號激活輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測信息匯聚與存儲的網(wǎng)關(guān)，通過輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的UHF無線通信鏈路上傳至旋翼無人機，并通過旋翼無人機UHF無線通信鏈路轉(zhuǎn)發(fā)至地面測控站，實現(xiàn)輸電線路桿塔的監(jiān)測和變電站的智能化監(jiān)測。實施例2旋翼無人機配置帶伺服跟蹤系統(tǒng)的光學天線和UHF無線通信天線，及其相應系統(tǒng)。旋翼無人機的工作過程如圖3所示，步驟如下I. I、旋翼無人機根據(jù)任務規(guī)劃巡檢飛行；I. 2、旋翼無人機臨近預定輸電線路桿塔或變電站；I. 3、根據(jù)三維地理信息系統(tǒng)GIS等相關(guān)信息定位懸停；I. 4、啟動旋翼無人機的激光通信系統(tǒng)；I. 5、啟動旋翼無人機激光通信天線伺服跟蹤系統(tǒng)；I. 6、是否檢測到輸電線路桿塔或變電站無線通信信號？若否，返回步驟I. 5天線伺服跟蹤系統(tǒng)瞄準；若是，進入下一步；I. 7、向地面測控站轉(zhuǎn)發(fā)輸電線路桿塔或變電站傳感器網(wǎng)絡收集的監(jiān)測信息；I. 8、啟動旋翼無人機大氣激光輸能裝置；I. 9、是否完成預定任務？若否，返回步驟I. 7 ;若是，返回步驟11。激光通信系統(tǒng)包括激光發(fā)射系統(tǒng)和APD激光接收系統(tǒng)，激光發(fā)射系統(tǒng)包括信號放大器、PPM調(diào)制器、功率驅(qū)動電路和激光器組成；激光接收系統(tǒng)包括PIN接收系統(tǒng)和APD光電傳感器、前置放大器、解調(diào)器和功率放大器。實施例3輸電線路桿塔或變電站智能監(jiān)測工作過程圖如圖4所示，步驟如下2. I、輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡處于休眠狀態(tài)；2. 2、是否檢測到大氣激光量子密碼通信信號？若否，返回步驟2. I ;若是，進入下一步 2. 3 ；2. 3、輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡處于激活狀態(tài)；2. 4、啟動輸電線路桿塔或變電站的UHF無線通信鏈路；2. 5、根據(jù)大氣激光量子密碼通信信號進行安全認證，是否通過安全認證？若否， 返回步驟2. I ;若是，進入下一步2. 6 ；2. 6、通過輸電線路桿塔或變電站的大氣激光輸能裝置取能充電；2. 7、啟動輸電線路桿塔或變電站傳感器網(wǎng)絡的匯聚并存儲監(jiān)測信息的網(wǎng)關(guān)；2. 8、啟動輸電線路桿塔或變電站傳感器網(wǎng)絡；2. 9、輸電線路桿塔或變電站向旋翼無人機發(fā)送這些監(jiān)測信息。本發(fā)明綜合無人機技術(shù)、無線激光輸能技術(shù)、大氣激光量子密碼通信技術(shù)、UHF無線通信技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)或傳感網(wǎng)技術(shù)，以推進智能電網(wǎng)的建設和發(fā)展。激光量子密碼通信與旋翼無人機結(jié)合，大氣激光量子密碼通信鏈路和UHF無線通信鏈路并用，構(gòu)筑旋翼無人機與地面測控站、旋翼無人機與輸電線路及變電站傳感器網(wǎng)絡的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)輸電線路桿塔的監(jiān)測和變電站的智能化監(jiān)測。輸電線路大多分布在崇山峻嶺之間，受地理環(huán)境、天氣狀況等因素的影響，人工巡線效率低、周期長、工作量大、準確率低，本發(fā)明的應用將極大提升線路運行和管理水平。本發(fā)明的系統(tǒng)具有高準確率、高效率、高機動性、高安全性、高出勤率等優(yōu)勢，具有顯著的經(jīng)濟效益和良好的推廣應用價值。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術(shù)人員應當理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括地面測控站、無人機、輸電線路、輸電線路桿塔、變電站、輸電線路桿塔的傳感器網(wǎng)絡和變電站的傳感器網(wǎng)絡、大氣激光量子密碼通信裝置和大氣激光輸能裝置；所述地面測控站向無人機發(fā)送測控指令，并接收無人機通過UHF無線通信鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)信號；所述輸電線路桿塔或變電站收集、匯聚并存儲監(jiān)測信息；所述輸電線路桿塔或變電站接收無人機發(fā)射的大氣激光量子密碼通信信號，所述信號通過安全認證后激活輸電線路桿塔或變電站內(nèi)的網(wǎng)關(guān)，并由輸電線路桿塔或變電站的UHF無線通信鏈路將監(jiān)測信息上傳至無人機，由無人機將所述監(jiān)測信息轉(zhuǎn)發(fā)至地面測控站；所述大氣激光量子密碼通信裝置、無人機與輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)構(gòu)筑大氣激光量子密碼通信鏈路；所述大氣激光輸能裝置構(gòu)筑大氣激光輸能鏈路；所述大氣激光輸能裝置為所述輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡及網(wǎng)關(guān)的供電系統(tǒng)充電或供電。
2.如權(quán)利要求I所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述地面測控站配置帶伺服跟蹤系統(tǒng)的UHF無線通信天線。
3.如權(quán)利要求I所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無人機為旋翼無人機；所述旋翼無人機配置光學天線和UHF無線通信天線；所述光學天線安裝伺服跟蹤系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述旋翼無人機配置可見光、紅外和紫外成像巡視系統(tǒng)，以及三維激光雷達系統(tǒng)；所述成像巡視系統(tǒng)采集飛行過程中的信息，存儲在旋翼無人機，并通過L波段無線通信鏈路發(fā)送至地面測控站；地面測控站收到實時動態(tài)信息通過電力通信網(wǎng)傳送到輸變電監(jiān)測中心處理并展示，旋翼無人機回收后將存儲的采集信息送輸變電監(jiān)測中心作后期數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)變電站、輸電線路和輸電線路桿塔的實時動態(tài)巡檢和故障檢測。
5.如權(quán)利要求3所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述旋翼無人機根據(jù)三維地理信息系統(tǒng)GIS自主飛行或所述地面測控站的測控指令飛行和懸停。
6.如權(quán)利要求I所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，由所述輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡收集監(jiān)測信息；由所述輸電線路桿塔或變電站的網(wǎng)關(guān)匯聚并存儲。
7.如權(quán)利要求I所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述輸電線路桿塔的傳感器網(wǎng)絡包括導線溫度監(jiān)測傳感器、絕緣端子污穢監(jiān)測傳感器、桿塔傾斜監(jiān)測傳感器、覆冰監(jiān)測傳感器、線路舞動監(jiān)測傳感器、微氣象監(jiān)測傳感器、閃電雷擊監(jiān)測傳感器、連接器監(jiān)測傳感器、漏電監(jiān)測傳感器、供電系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)。
8.如權(quán)利要求I所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述變電站的傳感器網(wǎng)絡包括電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測傳感器、氣體絕緣組合電器狀態(tài)監(jiān)測傳感器、高壓電容型設備狀態(tài)監(jiān)測傳感器、電力電纜監(jiān)測傳感器、閃電雷擊監(jiān)測傳感器、連接器監(jiān)測傳感器、漏電監(jiān)測傳感器、供電系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述供電系統(tǒng)包括蓄電池、太陽能和大氣激光輸能裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述大氣激光輸能裝置包括光學透鏡接收天線、光電轉(zhuǎn)換器和輸電饋線；所述大氣激光輸能裝置構(gòu)筑大氣激光輸能鏈路；所述大氣激光輸能鏈路工作在 400nm 500nm的波長,通過大氣激光輸能,為所述輸電線路桿塔或變電站的傳感器網(wǎng)絡及網(wǎng)關(guān)的供電系統(tǒng)充電或供電。
11.如權(quán)利要求I所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述大氣激光量子密碼通信鏈路工作在850nm或1310nm或1550nm波長，量子密碼采用BB84協(xié)議，量子密碼中所傳遞的量子密鑰起到安全認證和激活傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)的作用。
12.如權(quán)利要求I所述的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測信息包括輸電線路桿塔狀態(tài)的監(jiān)測信息和變電站狀態(tài)的監(jiān)測信息；所述輸電線路桿塔狀態(tài)的監(jiān)測信息包括導線溫度監(jiān)測信息、絕緣端子污穢監(jiān)測信息、 桿塔傾斜監(jiān)測信息、覆冰監(jiān)測信息、線路舞動監(jiān)測信息、微氣象監(jiān)測信息、閃電雷擊監(jiān)測信息、連接器監(jiān)測信息和漏電監(jiān)測信息；所述變電站狀態(tài)的監(jiān)測信息包括電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測信息、氣體絕緣組合電器狀態(tài)監(jiān)測信息、高壓電容型設備狀態(tài)監(jiān)測信息、電力電纜監(jiān)測信息、閃電雷擊監(jiān)測信息、連接器監(jiān)測信息和漏電監(jiān)測信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及輸電線路和變電站智能化領域，具體涉及一種基于激光量子密碼通信的無人機輸變電監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括地面測控站、無人機、輸電線路、輸電線路桿塔、變電站、輸電線路桿塔的傳感器網(wǎng)絡和變電站的傳感器網(wǎng)絡；本發(fā)明綜合無人機技術(shù)、無線激光輸能技術(shù)、大氣激光量子密碼通信技術(shù)、UHF無線通信技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)/傳感網(wǎng)技術(shù)，以推進智能電網(wǎng)的建設和發(fā)展。應用本發(fā)明，可實現(xiàn)輸電線路和變電站的高安全、智能化巡檢及電器設備狀態(tài)監(jiān)測和故障檢測。
文檔編號H02B3/00GK102611200SQ20121006313
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者苗新 申請人:中國電力科學研究院