Система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом, применяемым для выявления неисправностей элементов воздушных линий электропередач

Система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом, применяемым для выявления неисправностей элементов воздушных линий электропередач.
Область техники
Идентификация и локализация неисправностей в энергосистемах важна по многим причинам, включая предотвращение аварий в энергосистемах, таких как перебои в электроснабжении, повреждение оборудования энергосистемы, электротравмы людей и другие чрезвычайные обстоятельства.
Полезная модель относится к системе автоматического управления беспилотным летательным аппаратом, применяемым для выявления неисправностей элементов воздушных линий электропередач.
Также полезная модель относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), применяемым для выявления неисправностей элементов воздушных линий электропередач.
Уровень техники
Из патента РФ 2457531, МПК G05D 1/00, опубликован 27.07.2012, известен способ применения БПЛА, основанный на адаптации режима полета путем применения нескольких (более трех) БПЛА в качестве ретрансляторов данных по радиоканалу с наземной базовой станцией.
Недостатком является необходимость использования нескольких (более трех) БПЛА. Кроме этого, при неисправности, потере заряда одного БПЛА теряется весь радиоканал с наземной базовой станцией.
Из патента РФ 2554517, МПК H04W 92/00, который опубликован 10.02.2015, известен комплекс обеспечивает радиосвязь с беспилотным летательным аппаратомБПЛА  через основной спутниковый канал связи со стационарного или подвижного центра управления ЦУ. Для обеспечения безопасной посадки БПЛА, проведения видео-мониторинга местности, исследования территории БПЛА дополнительно оборудуют IP-камерой, а для обеспечения локальной связи между абонентами, БПЛА оснащен комплексом бортовых систем КБС БПЛА, в состав которого входят ретранслятор БПЛА и конвертор, который через коммутирующий маршрутизатор КМ осуществляет связь с работающими в различных частотных диапазонах абонентами как внутри локальной сети, так и между абонентами и пунктом управления, используя спутниковую систему связи. Недостатком является необходимость использования спутниковой системы связи, что представляется техническисложно реализуемойсистемой описанного канала связи.
Техническая проблема
В заявленной полезной модели решаются следующие технические проблемы.
Ключевой технической проблемой при использовании беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые предназначены для идентификации и локализации неисправностей в энергосистемах, является надежная работа канала связи, который имеет решающее значение для безопасной и эффективной работы БПЛА. БПЛА необходим высококачественный коммуникационный канал, надлежащая интеграция всех компонентов БПЛА и наземной станции, а также точный выбор частот связи. Также из соображений безопасности канал связи должен быть зашифрованным.
Таким образом, технической проблемой являются высокие технические требования к каналу передачи данных между БПЛА и наземной базовой станцией.
Еще одной технической проблемой является обеспечение точного позиционирования БПЛА в габаритах протяженных узких коридоров ЛЭП с обеспечением необходимой доступности коммуникационных и навигационных сигналов во время всего выполнения полета.
Еще одной технической проблемой является обеспечение необходимых параметров дальности полета для экономичности работы системы, например, обеспечение возможности батареи БПЛА непрерывно перезаряжаться, так что БПЛА может использовать источник питания при значительном удалении от наземной базовой станции.
Еще одной технической проблемой является то, что БПЛА не могут работать без поддержки элементов удаленной системы управления. При этом, один и тот же БПЛА не всегда эксплуатируется с одной и той-же взлетно-посадочной площадкой и с одной и той той-же базовой станцией, с использованием одного и того же канала передачи данных.
Таким образом, техническим результатом заявленной полезной модели является возможность внедрения БПЛА, эксплуатирующийся с нескольких площадок на нескольких базовых станциях, с использованием надежных каналов передачи данных с обеспечением необходимой доступности коммуникационных и навигационных сигналов во время всего выполнения полета и, следовательно, обеспечение необходимых параметров дальности полета.
Сущность полезной модели
Указанный технический результат достигается тем, что согласно предлагаемой полезной модели беспилотный летательный аппарат (БПЛА) используется для автоматического выявления неисправностей элементов воздушных линий электропередач исодержит модуль связи, включающий как минимум один основной широкополосный канал связи для передачи в центр управления данных телеметрии, получения команд управления и данных позиционирования, причем модуль связи  включает как минимум один дополнительный высокоскоростной узкополосный канал связи, выполненный с возможностью передачи в ближней зоне собранных данных графических изображений от БПЛА через базовые станции в центр управления при  посадке на посадочных площадках базовых станций, содержащих модуль зарядки батареи БПЛА.
В еще одном варианте осуществления беспилотный летательный аппарат содержит контроллер напряжения, силы тока и уровня заряда батареи БПЛА.
В еще одном варианте осуществления команды, получаемые БПЛА по  основному каналу связи, включают в себя команды контроллеру напряжения, силы тока и уровня заряда батареи на начало и окончание процесса заряда батареи БПЛА, при его посадке на посадочной площадке базовых станций.
В еще одном варианте осуществления команды, получаемые БПЛА по основному каналу связи, включают в себя команду предупреждения, команду отмены полета, команду прерывания полета БПЛА.
В еще одном варианте осуществления команды, получаемые БПЛА по основному каналу связи, включают в себя команду на аварийную посадку, команду на выпуск аварийного парашюта, команду на начало сбора данных, команду на завершение сбора данных.
В еще одном варианте осуществления команды, передаваемые в центр управления по основному каналу связи, передаются по каналам REST API, TCP/IP, WebSocket.
В еще одном варианте осуществления управление ипосадка БПЛА на посадочных площадках базовых станций, осуществляется с использованием высокоточного оборудования глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), с использованием оптических датчиков, с использованием кинематики реального времени и инерциальных измерительных блоков для обеспечения полетов вне зоны прямой видимости (BVLOS).
Краткое описание чертежей
Полезная модель иллюстрируется прилагаемой фигурой 1, где схематично изображены следующие элементы беспилотного летательного аппарата: 1-БПЛА, 2-модуль связи, 3- базовая станция, 4- центр управления, 5- модуль зарядки БПЛА, 6- основной канал связи, 7- дополнительный канал связи.
Осуществление полезной модели
В конкретном варианте осуществления полезной модели во время выполнения полетного задания беспилотный летательный аппарат (1), содержит модуль связи (2), выполненный в виде приемопередатчика с основным широкополосным каналом связи (6), осуществляет прием команд управления, а также передачу в центр управления (4) данных телеметрии и данных позиционирования.
Основной канал связи для передачи данных должен обеспечивать избыточность с использованием нескольких сигналов на нескольких частотах. Основной широкополосный канал связи осуществляет прием передачу данных телеметрии с небольшой задержкой (менее 50 мс в обе стороны), прием команд управления, а также данных позиционирования глобальной навигационной системы (ГНСС).
В конкретном варианте осуществления полезной модели при посадке БПЛА (1) на посадочной площадке базовой станции (3), беспилотный летательный аппарат (1), содержит модуль связи (2), выполненный в виде приемопередатчика с дополнительным высокоскоростным узкополосным каналом связи (7), выполненным с возможностью передачи в ближней зоне собранных данных графических изображений от БПЛА (1) через базовые станции (3) в центр управления (4).
Дополнительный канал связи (7) должен обеспечивать связь между базовыми станциями (3) и центром управления (4), а также связь между БПЛА (1) и базовой станцией (3), содержащей модуль зарядки батареи БПЛА, в ближней зоне с высокой скоростью передачи данных до 650 Мбит/с.
В конкретном варианте осуществления беспилотный летательный аппарат (1) содержит батарею (например, литий полимерного типа) с контроллером напряжения, силы тока и уровня заряда батареи. Данные от контроллера через основной канал связи (6) поступают через базовую станцию (3) в центр управления (4), где анализируются.
В случае снижения уровня параметров батареи ниже заданных параметров из центра управления (4) по основному каналу связи (6) передаются команды предупреждения и прерывания полета.  После чего БПЛА (1) осуществляет посадку на посадочной площадке базовой станции (3), расположенной в месте базирования БПЛА, где  осуществляется процесс зарядки батареи БПЛА.
Таким образом, достигается возможность внедрения БПЛА, который может эксплуатироваться с нескольких площадок на нескольких базовых станциях, с использованием надежных каналов передачи данных, с обеспечением необходимой доступности коммуникационных и навигационных сигналов во время всего выполнения полета. При этом обеспечиваются необходимые параметры дальности полета БПЛА, например, обеспечение возможности батареи БПЛА непрерывно перезаряжаться, так что БПЛА может использовать источник питания при значительном удалении от наземной базовой станции.