CN101539431A - 智能导航巡检仪及提高导航精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能导航巡检仪及提高导航精度的方法，包括：用于进行信息交互的路网信息单元，用于进行路径分析的路径分析单元，用于和道路地图数据库、卫星地图数据库之间的信息交互的野外智能导航单元，用于和城市路网数据库信息之间的交互的城市道路导航单元，任务系统单元，弹性阻尼带带单元。采用本发明智能导航巡检仪的电力巡检系统，可直接巡视所有杆塔，可将直观展示线路是否巡视，巡视是否到位等情况，同时能够自动重新规划线路，满足了线路巡检工作快速、高效、及时的要求。

Description

智能导航巡检仪及提高导航精度的方法

技术领域：

本发明涉及一种智能导航巡检仪及提高导航精度的方法，应用于电力系统对线路的巡检工作中。

背景技术：

输电线路是电力企业的血管命脉，其管理的好坏，既直接影响着电网的安全、稳定运行；关系到电力企业的声誉和效益；也影响着对用户的正常供电。所以，加强对输电线路的运行管理工作至关重要。由于线路巡检管理是有效保证输电线路及其设备安全稳定运行的一项基础工作。通过巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化，发现设备缺陷和危及线路安全的隐患，提出具体的检修内容，以便及时消除缺陷，预防事故发生，或将故障限制在最小范围，保证输电线路的安全和电力系统稳定，达到电力系统“安全、经济、多供、少损”的运行目标。随着电力体制改革的不断深化，电网规模日益扩大，基于纸、笔的传统线路巡检模式所引发的电网安全隐患已日渐突出。主要表现为存在人为因素多、管理成本高、无法监督巡检人员工作状态等明显缺陷，同时也无法适应线路管理信息化的发展要求。

而且传统的电力线路巡视流程是工作人员亲自到现场巡视线路，并以记录巡视情况，然后再人工录入到计算机中。因此，巡检受过多人为因素的影响，并且人工录入数据量大、数据手工录入过程中容易出错；同时对于工作人员是否巡视到位无法进行有效的管理，巡视质量不能得到保障，线路的安全状况亦得不到保证，留下了安全隐患，更重要的是由于杆塔多在深山野岭，道路条件极为复杂工作人员在没有向导的前提下很难有效到位。采取什么样的有效措施是摆在电力部门面前的一个难题。

发明内容：

本发明针对以上现有技术中的不足而提出一种智能导航巡检仪及其提高导航定位精度的方法，利用GPS卫星定位技术和GIS地理信息系统技术，对广域或区域电力线路和设备进行巡逻和检查，以保证线路和设备的正常可靠运行。

本发明可采用以下技术方案实现：

一种智能导航巡检仪，包括：

路网信息单元，用于在收到消息后同时与野外智能导航单元和城市道路导航单元进行信息交互，决定选择何种导航系统；

路径分析单元，用于自动分析用户所经过的道路，分析并学习最终形成两份数据，一份含有中间过程的数据用于继续学习存入自完善路网数据库，一份作为结果存入野外智能导航的道路地图数据库，并不断自动完善路网数据库，将一系列运动信息变成道路信息；

野外智能导航单元：用于和道路地图数据库、卫星地图数据库信息之间的信息交互；

城市道路导航单元：用于和城市路网数据库信息之间的交互；

任务系统单元：用于记录并监管路网信息单元和野外智能导航单元、城市道路导航单元交换信息的整个过程，并在用户到达目标后接收用户输入的缺陷信息，并将结果存入任务数据库；

弹性阻尼带带单元：用以接收GPS接收机的数据，将数据送到数据缓冲带中进行处理，并将处理后的数据送给野外智能导航单元。

其中本发明还包括：

自完善路网数据库：用于存储不断自动完善的道路信息；

人机交互单元：用于完成计算机和前端机用户之间的信息交互。

本发明还提供了一种提高导航定位精度方法，包括：

GPS接收机接收数据，将数据送到数据缓冲带中，时域滤波器以触发形式，在收到足够的数据时对缓冲带中的数据进行过滤，消除短时间内的杂扰，并将数据传输给频域滤波器，由频域滤波器将部分高频响应杂扰滤除，并由频域滤波器计算出频响范围传给历史累计补正部分，历史累计补正部分将收到GPS应用请求后，从频域滤波器已经处理好的有效结果里结合频域滤波器计算出的频响范围，输出最终的GPS定位数据。

本发明的优点为：

采用本发明智能导航巡检仪的电力巡检系统，该系统可直接巡视所有杆塔，可将直观展示线路是否巡视，巡视是否到位等情况，同时能够自动重新规划线路，满足了线路巡检工作快速、高效、及时的要求，它将线路巡检管理水平提高到一个新的层次，实现了巡检工作电子化、信息化、智能化，最大限度的减少漏检、错检，保障了电力系统的高效率、低故障率的安全稳定运行。同时利用智能导航巡检仪能将系统误差控制在1.5米左右，提高导航定位精度。

附图说明：

图1为本发明智能导航巡检仪结构图；

图2为利用智能导航巡检仪提高导航定位精度方法流程示意图；

图3为DouglasPeuker算法改进的路径分析算法效果图。

实施方式：

为使本发明的目的、特征和优点更加易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括路网信息单元、路径分析单元、任务系统单元、野外智能导航单元、城市道路导航单元以及人机交互单元，弹性阻尼带带单元。它们分别结合自完善路网数据库、任务数据库、道路数据库、卫星地图数据库、城市路网数据库、任务点数据库，来完成导航的功能。

本发明的人机交互单元用来完成和前端机的用户交互，从任务点数据库中读取数据，提供用户选择，当用户选择结束时，人机交互单元将用户选择的目标数据信息以消息形式发送给路网信息单元。

本发明智能导航巡检仪包括两套相互独立的导航引擎，城市道路导航单元和野外智能导航单元。路网信息单元在收到人机交互单元的消息后将同时与野外智能导航单元和城市道路导航单元进行交互，先判断用户是否在野外，如果在野外将由野外智能导航单元引导用户到达目标或城市，如果在城市则由城市道路导航单元将用户引导到目标地点，如果城市道路导航单元无法将用户带领到目标则将用户引导到最接近或最符合的点，然后将用户交由野外智能导航单元最终引导到目标。

最后，智能导航巡检仪的任务系统单元纪录用户的整个导航过程，并在用户到达目标后接收用户输入的缺陷信息，并将结果存入任务数据库。同时在这个过程中野外智能导航单元通过路网信息单元，应用路径分析单元中的算法与路网信息系统中用于学习的人工神经元，自动分析用户所经过的道路，分析并学习最终形成两份数据。一份含有中间过程的数据用于继续学习并存入自完善路网数据库，一份作为结果存入野外智能导航的道路地图数据库。路径分析单元与所述的人工神经元结合将通过一系列自我演进的算法不断的自动完善路网数据库，将一系列运动信息变成道路信息。

本发明智能导航巡检仪提供了一套用于野外无路网状态下的野外智能导航模块，可自动纪录并分析所经过的路径，不断自我拓展路网数据库，通过联机操作，在完全自动化的安全可控状态下实现数据共享使其他终端具有相同的路网数据。系统集成了业界领先的智能自主路径分析转化路网算法，通过多组元神经网络数据处理结构，可使在零操作的同时实现野外田间、山间、野地的知识性路网铺设。智能导航巡检仪同时具有领先的卫星地图数据库，是目前民用领域首家提供了5米分辨率卫星遥感图像支持的导航系统，其提供了足够的分辨率将足以能让您识别出目标杆塔的类型或目标地点的情况，并可实时切换卫星地图模式与道路地图模式。

在进行野外智能导航和城市道路导航时，道路地图数据库用来使野外智能导航单元实现导航路径的选择与计算，让导航系统知道什么时候该提示什么信息，卫星地图数据库用来在野外智能导航上显示出直观的地理信息；城市道路导航的一切导航数据均来自预置的城市路网数据库。

参照图2所示，本发明同时提供了一种提高导航定位精度的方法。由于GPS卫星的工作机制导致所有GPS系统均有误差存在，智能导航巡检仪也不例外，在卫星信号接收正常情况下，标准的卫星定位系统误差在7米左右，而本发明智能导航巡检仪通过领先而又独特的定位算法将系统误差控制在了1.5米左右。本发明智能导航巡检仪在导航过程中能极大地提高定位准确度，利用时域与频域上综合实现了一定规则的数据缓冲带，先让所有的GPS原始数据经一个入口进入，被加上时间标记，缓冲带依据先进后出原则将小于1秒至2秒移动距离大于8-15米移动角度大于120度的抖动数据经滤波器过滤掉，并依据历史5个有效数据点与当前数据点做均值计算得到高精度GPS真实数据点。数据缓冲带具有弹性原则在频繁输入短时间大范围的波动时历史累计补正将被不断放大到极限，一不断适应劣势GPS原始数据，反之当输入是平滑有效的数据时历史累计补正将被无限减小。从而得到的稳定准确的经纬度定位信息，为导航算法提供了有效的计算依据，使高精度导航提示与杆塔定位成为可能。

下面以一个实例对本发明及其效果进行详细的说明：

当用户选择将要到达的杆塔时系统将从任务数据库中取出目标点A，并与计算当前点B的距离、夹角，首先在“路网信息系统”中搜索B点15米范围内是否有路网，如果有计算一条到A的最近路径，判断其延伸方向是否与A-B的夹角小于90度，如果条件符合将通知“野外智能导航”使用此路径引导，在路径结束时判断是否到达A附近如果没有，自动进入“城市道路导航”设定目标A，“城市道路导航”只能到达A附近这时“城市道路导航”将向“路网信息系统”提交引导申请，这时“路网信息系统”将以当前点重新做先前的处理，当没有合适的路网供使用时，“路网信息系统”通知“野外智能导航”进入方位引导，并同时纪录下用户所经过的路径，方位引导过程中将定时定点向用户报告转向参考信息，如：左转、右转、掉头。在用户到达A点后将自动激活任务系统，纪录相关信息。方位引导过程中纪录的路径由于毛刺较多无法用户重新引导，这时“路网信息系统”首次使用了基于图形学DouglasPeuker算法改进的路径分析算法，进行路径提取，分析后的路径可以达到作为路网使用的标准，并可在引导过程中实现实时转向提醒，精度可达到5米。分析算法核心识别方程如下：

$\mathrm{MpDispLR}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n\sec c}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{LR}}\·\mathrm{ncur}{v}_i)}{{\mathrm{ncurv}}_{\mathrm{total}}}$

路径分析算法效果如图3所示：其中黑色细线是原始路径数据，黑色粗线是自动提取出来的有效路网。

在执行寻线任务时“智能导航巡检仪”的任务系统会在执行巡线任务的同时自动纪录该任务完成情况的日志信息，该信息以任务概要文件形式保存在任务摘要文件夹下。您可在PC上访问该文件夹将相应任务信息文件拷贝出来。任务信息文件包括了任务起始地点、任务终止地点、任务终端、任务起始时间、任务终止时间、离开任务目标点时间等信息，并可具有扩展性加入其他信息。同时独有的文件时间保姆机制，可有效保证任务信息文件不会被非法修改。

另系统提供了直接任务点数据输入功能，令数据输入非常方便与安全。用户只需使用excel建立特定格式的CSV数据文件将其复制到系统的指定文件夹下即可实现数据输入，完全无须第三方软件支持，从根本上保护了您宝贵数据的安全性。同时系统支持无限层级分类，方法同样非常简单只需在文件夹内建立出相应的文件夹层级结构，并在相应位置放入数据文件即可。系统处于数据安全考虑，输入的原始文件将在第一次加载时被一次性加密，这种加密将保证数据永远只能被这一台终端在特定状态下查询。

在结束室外的巡查工作后，巡线员使用数据线连接GPS手持机与计算机，将巡线数据传输并保存到中心数据库中。操作人员在局域网内的任何终端，通过不同的访问权限，可以查询巡检人员的工作时间和相应的设备运行数据，通过统计查询模块可以检验巡检人员的巡检到位率、设备的保障率、设备运行指标的变化趋势、设备异常情况的发生时间和处理结果等，统计结果可以通过各种业务报表的方式打印出来。

智能导航巡检仪安全可靠、功能强大，只需要在任务目标中选择想要到达的杆塔或地点，智能导航巡检仪就能规划出最优路线，并全程语音领航；若在行进中您偏离预先设定路线，智能导航巡检仪还可以即时自动重新规划路线，保证指引您安全到达指定的目的地，同时智能导航巡检仪提供了民用复合型导航系统，系统将结合智能路径系统、方位定向、城市路网，无论在任何地点，到达任何目的地均可准确无误的实现导航，系统还能自动决定使用城市路网、自维护路网与方位定向进行切换导航，系统自己知道什么时候改用什么方式如何引导，而这一切都不需要人为的干预，它是有智商的系统，它的神经网络足以能到达全球任意地点。同时系统具有极强的自我学习能力，它的路网系统并不需要定期维护，它是在平时使用过程中自我维护的尖端路网系统。这一切都将提高电力系统巡线工作的准确率与工作效率。

Claims (3)

1.一种智能导航巡检仪，其特征在于，它包括：

路网信息单元，用于在收到消息后同时与野外智能导航单元和城市道路导航单元进行信息交互，决定选择何种导航系统；

路径分析单元，用于自动分析用户所经过的道路，分析并学习最终形成两份数据，一份含有中间过程的数据用于继续学习存入自完善路网数据库，一份作为结果存入野外智能导航的道路地图数据库，并不断自动完善路网数据库，将一系列运动信息变成道路信息；

野外智能导航单元：用于和道路地图数据库、卫星地图数据库信息之间的信息交互；

城市道路导航单元：用于和城市路网数据库信息之间的交互；

任务系统单元：用于记录并监管路网信息单元和野外智能导航单元、城市道路导航单元交换信息的整个过程，并在用户到达目标后接收用户输入的缺陷信息，并将结果存入任务数据库；

弹性阻尼带带单元：用以接收GPS接收机的数据，将数据送到数据缓冲带中进行处理，并将处理后的数据送给野外智能导航单元。

2、如权利要求1所述的一种智能导航巡检仪，其特征在于，还包括：

自完善路网数据库：用于存储不断自动完善的道路信息；

人机交互单元：用于完成计算机和前端机用户之间的信息交互。

3、一种使用权利要求1或2的提高导航定位精度方法，其特征在于，包括：

GPS接收机接收数据，将数据送到数据缓冲带中，时域滤波器以触发形式，在收到足够的数据时对缓冲带中的数据进行过滤，消除短时间内的杂扰，并将数据传输给频域滤波器，由频域滤波器将部分高频响应杂扰滤除，并由频域滤波器计算出频响范围传给历史累计补正部分，历史累计补正部分将收到GPS应用请求后，从频域滤波器已经处理好的有效结果里结合频域滤波器计算出的频响范围，输出最终的GPS定位数据。

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