盲区地下电缆隧道巡检系统、方法和介质

技术领域

本发明涉及盲区地下电缆隧道通信技术领域，尤其是涉及盲区地下电缆隧道巡检系统、方法和介质。

背景技术

地下电缆隧道的空间相对狭小，并且运行环境较差，因此地下电缆隧道的通信网络建设难度较大，导致出现较多的盲区地下电缆隧道。而正因为盲区地下电缆隧道的通信状况较差，常常出现巡检信息无法及时反馈、或者无法反馈的情况。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供盲区地下电缆隧道巡检系统、方法和介质，以解决盲区地下电缆隧道巡检困难的问题。

一种盲区地下电缆隧道巡检系统，所述盲区地下电缆隧道巡检系统包括：基站、网关、相控阵天线及巡检机器人；

所述基站，用于向网络覆盖范围内的区域提供通信网络；其中，所述网络覆盖范围内的区域部署有所述网关及所述相控阵天线；

所述相控阵天线通过所述网关接入所述通信网络，用于将所述通信网络延伸覆盖至所述盲区地下电缆隧道；其中，所述盲区地下电缆隧道位于所述网络覆盖范围内的区域之外；

所述巡检机器人，通过微波与所述相控阵天线建立通信链路，以接入延伸覆盖后的通信网络，用于基于延伸覆盖后的通信网络对所述盲区地下电缆隧道进行巡检。

在其中一个实施例中，所述基站为5G基站，用于通过延伸覆盖后的5G通信网络为所述盲区地下电缆隧道的巡检提供切片服务。

在其中一个实施例中，所述相控阵天线为固定式相控阵天线，所述固定式相控阵天线部署于有网络覆盖的地下电缆隧道入口处。

在其中一个实施例中，在所述巡检机器人巡检的过程中，所述相控阵天线向所述巡检机器人发射的天线波束持续切换角度。

在其中一个实施例中，所述巡检机器人包括：多种传感器及摄像头，用于通过所述多种传感器监测隧道环境信息，及通过所述摄像头回传实时监测视频；其中，所述隧道环境信息包括温度、湿度及有害气体含量。

一种盲区地下电缆隧道巡检方法，应用于上述盲区地下电缆隧道巡检系统，所述方法，包括：

向网络覆盖范围内的区域提供通信网络，并通过所述相控阵天线将所述通信网络延伸覆盖至所述盲区地下电缆隧道；

通过覆盖后的通信网络控制接入的巡检机器人对所述盲区地下电缆隧道进行巡检。

在其中一个实施例中，所述方法，还包括：通过延伸覆盖后的5G通信网络为所述盲区地下电缆隧道的巡检提供切片服务。

在其中一个实施例中，所述方法，还包括：在所述巡检机器人巡检的过程中，控制所述相控阵天线向所述巡检机器人发射的天线波束持续切换角度。

在其中一个实施例中，所述方法，还包括：控制接入的巡检机器通过所述多种传感器监测隧道环境信息，及通过所述摄像头回传实时监测视频。

一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述盲区地下电缆隧道巡检方法的步骤。

本发明提供了盲区地下电缆隧道巡检系统、方法和介质，通过在基站的网络覆盖范围内架设相控阵天线，利用相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区地下电缆隧道，这样就能在相对较小的建设难度下实现通信网络的全面覆盖。并且通过微波与巡检机器人建立无线通信链路，利用巡检机器人实现盲区地下电缆隧道的智能化快速巡检，这样就能实现盲区地下电缆隧道的智能化控制、立体化巡检，以及及时回传监测数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一个实施例中盲区地下电缆隧道巡检系统的示意图；

图2为一个实施例中盲区地下电缆隧道巡检方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

地下电缆隧道的空间相对狭小，并且运行环境较差，因此地下电缆隧道的通信网络建设难度较大，导致出现较多的盲区地下电缆隧道。而正因为盲区地下电缆隧道的通信状况较差，常常出现巡检信息无法及时反馈、或者无法反馈的情况。针对该情况，提出了以下解决方案。

如图1所示，图1为一个实施例中盲区地下电缆隧道巡检系统的示意图，该盲区地下电缆隧道巡检系统包括：基站100、网关(未示出)、相控阵天线200及巡检机器人300。该盲区地下电缆隧道巡检系统可将网络延伸覆盖至盲区地下电缆隧道400，并通过接入网络的巡检机器人300来对盲区地下电缆隧道400进行巡检。

其中，在该盲区地下电缆隧道巡检系统中，各个组件实现如下功能：

本实施例中的基站，用于向网络覆盖范围内的区域提供通信网络。

具体的来说，基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过通信交换中心，与终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。基站可用来保证终端可以随时随地保持着有网络，但基站的网络覆盖范围有限，4G基站的覆盖半径约为1-3公里，5G基站的覆盖半径仅为几百米。如图1所示，网络覆盖范围也即圆圈所指示的范围。

在基于提供的通信网络传输前向信号时，也即对巡检机器人进行控制时，首先，核心网侧的控制信号、语音呼叫信号或携带数据业务信息的信号通过通信网络发送到基站；其次，这些信号在基站侧经过基带和射频处理，然后通过射频馈线送到天线上进行发射；最后，终端通过无线信道接收天线所发射的无线电波，然后解调出属于自己的信号。而传输反向信号时，也即获取巡检机器人的监测数据时，与前向流程方向相反，但原理相似。

本实施例中的网关及相控阵天线部署于网络覆盖范围内的区域，相控阵天线通过网关接入通信网络，用于将通信网络延伸覆盖至盲区地下电缆隧道。

具体的来说，网关又称网间连接器、协议转换器，是一种充当转换重任的计算机系统或设备。网关在网络层以上实现网络互连，使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间。本实施例中，网关部署于网络覆盖范围内的区域，用于将相控阵天线接入网络。

相控阵天线则是组装在一起的天线阵元的集合，其基本功能是发射和接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。

本实施例中，相控阵天线可选用固定式相控阵天线，固定式相控阵天线部署于有网络覆盖的地下电缆隧道入口处。这样来说，就可以从地下电缆隧道入口处定向的向盲区地下电缆隧道进行网络覆盖。

相控阵天线对通信网络进行延伸覆盖取决于天线增益。而天线增益是在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣宽度越窄，副瓣宽度越小，增益越高。

我们可以通过阵因子来计算相控阵波束宽度θ

其中,为波束宽度因子,λ是波长，N是线性阵元数,为阵元间距，θ

可以看出当天线口径(Nd)越大，也就是阵元数越多，阵元间距越大，波束越窄；也可以理解为线阵越长，波束宽度就越窄，天线增益就越大。

随着扫描角度θ

还可以看出在天线口径不变的情况下，波长越长，波束宽度越大；因此更适合使用波长短的更高频段，以便获得更窄的波束。

通过设计，本实施例中的相控阵天线通信网络延伸覆盖至20公里外的盲区地下电缆隧道。

本实施例中的巡检机器人，通过微波与相控阵天线建立通信链路，以接入延伸覆盖后的通信网络，用于基于延伸覆盖后的通信网络对盲区地下电缆隧道进行巡检。

具体的来说，该巡检机器人包括：多种传感器及摄像头，用于通过多种传感器监测隧道环境信息，该隧道环境信息包括温度、湿度及有害气体含量。及通过摄像头回传实时监测视频。巡检机器人因接入了网络，后端控制中心便可获取实时的隧道环境信息和监测视频。并进一步分析输电线路受损如电缆绝缘破损、电缆烧断、电缆接头爆炸以及电缆隧道火灾、电缆隧道水淹等情况。

微波的频段为300MHz-3000GHz，因为微波链路有更高的可用带宽，可传输视频画面，它所采用的高带宽和高增益天线抗干扰性能良好，因此选用微波建立通信链路。

此外，在巡检机器人巡检的过程中，相控阵天线向巡检机器人发射的天线波束还需持续切换角度，从而实现通信稳定。

可选的，该切换角度的方法包括：1)对相控阵天线进行天线波控参数配置，包含阵面通道分布、dx坐标、dy坐标、频率划分、波束地址以及波控协议。

2)根据相控阵天线的相位计算公式和步骤1中的波控配置参数，通过上位机软件生成各个通道的理论相位，并将理论相位算出的值归一化到0～360°之间，再加上阵面校准幅相，得到各个通道的幅相，并根据芯片的换算公式计算出波束需要的频率和角度；

3)建立上位机与天线分机之间的通信连接；

4)在每次烧写程序前擦除天线分机上的Flash数据，保证烧写数据的正确性；

5)重新启动天线分机；

6)向Flash中烧写存储各个波束数据的起始地址；

7)根据波束的起始地址，向该地址写入波束数据；

8)天线上电后，可编程阵列逻辑处理芯片的程序会将波束数据起始地址初始化到随机存取存储器中，以备波束控制时使用；

9)天线分机接收到波束的频率和角度时，根据波束和角度从随机存取存储器中查询该波束的起始地址：

10)根据得到的波束数据的起始地址，连续读取阵面通道的数个数据，该数据则为该波束需要的数据；

11)将读取的波束数据写入到对应的芯片中；

12)最后通过芯片的信号控制该芯片的输出电压值，以实现波束切换。

可见，上述盲区地下电缆隧道巡检系统通过在基站的网络覆盖范围内架设相控阵天线，利用相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区地下电缆隧道，这样就能在相对较小的建设难度下实现通信网络的全面覆盖。并且通过微波与巡检机器人建立无线通信链路，利用巡检机器人实现盲区地下电缆隧道的智能化快速巡检，这样就能实现盲区地下电缆隧道的智能化控制、立体化巡检，以及及时回传监测数据。

在一个具体实施例中，上述基站为5G基站，用于通过延伸覆盖后的5G通信网络为盲区地下电缆隧道的巡检提供切片服务。

具体的来说，切片服务，就是把5G网络分成“很多片”，每一片满足不同的需求。为了实现网络切片，网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)是先决条件。本质上讲，所谓NFV，就是将网络中的专用设备的软硬件功能(比如核心网中的网络节点和策略与计费规则功能单元，无线接入网中的数字单元)转移到虚拟主机(VirtualMachines，VMs)上。这些虚拟主机是基于行业标准的商用服务器，它们是商用现成产品，低成本且安装简便。简单的说，就是用基于行业标准的服务器、存储和网络设备，来取代网络中的专用的网元设备。

网络经过功能虚拟化后，无线接入网部分叫边缘云(Edge Cloud)，而核心网部分叫核心云(Core Cloud)。边缘云中的VMs和核心云中的VMs，通过软件定义网络(SoftwareDefined Network，SDN)互联互通。

这样，网络采用NFV和SDN后，执行切片就非常容易了，像切面包一样水平将网络“切”成多个虚拟子网络(片)。由于切片服务能提供较高水准的网络带宽、时延、连接能力、数据安全隔离及定制网服务的能力，因此可以进一步开展信息采集、测量、控制、保护、计量和测量等工作。

如图2所示，还提出了一种盲区地下电缆隧道巡检方法，应用于上述盲区地下电缆隧道巡检系统，该方法，包括：

步骤202，向网络覆盖范围内的区域提供通信网络，并通过相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区地下电缆隧道。

步骤204，通过覆盖后的通信网络控制接入的巡检机器人对盲区地下电缆隧道进行巡检。

在其中一个实施例中，还执行以下步骤：通过延伸覆盖后的5G通信网络为盲区地下电缆隧道的巡检提供切片服务。

在其中一个实施例中，还执行以下步骤：在巡检机器人巡检的过程中，控制相控阵天线向巡检机器人发射的天线波束持续切换角度。

在其中一个实施例中，还执行以下步骤：控制接入的巡检机器通过多种传感器监测隧道环境信息，及通过摄像头回传实时监测视频。

一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：向网络覆盖范围内的区域提供通信网络，并通过相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区地下电缆隧道。

通过覆盖后的通信网络控制接入的巡检机器人对盲区地下电缆隧道进行巡检。

在其中一个实施例中，还执行以下步骤：通过延伸覆盖后的5G通信网络为盲区地下电缆隧道的巡检提供切片服务。

在其中一个实施例中，还执行以下步骤：在巡检机器人巡检的过程中，控制相控阵天线向巡检机器人发射的天线波束持续切换角度。

在其中一个实施例中，还执行以下步骤：控制接入的巡检机器通过多种传感器监测隧道环境信息，及通过摄像头回传实时监测视频。

需要说明的是，上述盲区地下电缆隧道巡检系统、方法和介质属于一个总的发明构思，盲区地下电缆隧道巡检系统、方法和介质实施例中的内容可相互适用。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。