CN101833102A - 电力线巡检直升机的导航方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线巡检直升机的导航方法及装置，根据直升机所处的位置坐标判断直升机所处的区域，当直升机进入危险区时，发出已进入危险区的警告信号和飞离危险区的引导信号，当直升机进入工作区时，发出已进入工作区，可开始或继续进行检测采集作业的提示信号，当直升机进入待检区时，发出已进入待检区，准备进行检测采样的提示信号和飞行进入工作区的引导信号，当直升机飞出待检区进入远离区时，发出飞离航线的提示信号和飞行进入待检区的引导信号，本发明是专门针对于电力线巡检直升机而开发的导航方法和装置，减轻了巡检人员的负担，提高了巡检的安全性和巡检效率，节省了成本，有利于直升机巡检的自动化和智能化发展。

Description

电力线巡检直升机的导航方法及装置

 

技术领域

本发明涉及一种电力线巡检的技术领域，特别是一种用于电力线巡检直升机的导航方法及装置。

 

背景技术

   电力巡检多采用人工巡检手工记录的方式，工作量巨大，效率低下，巡检到位率低，常有漏检、错检现象，采用纸笔记录故障缺陷，主观因素多，缺陷记录描述不一，无法快速分类整理。电力企业为了降低运营成本、提高经营效益，加强信息化建设，采用现代化的巡检管理系统势在必行。

随着我国经济高速全面发展，对能源的需要越来越大，超高压大容量电力线路大幅扩建。线路走廊需要穿越各种复杂的地理和气象环境，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭以及大雪天气等，这些都给电力线路的检测带来很多困难。特别是对于电力线路穿越原始森林边缘地区、飞播林区和高海拔、冰雪覆盖区，以及沿线存在频繁的滑坡、泥石流等地质灾害，大部分地区山高坡陡，交通、通讯极不发达时，如何解决电力线路的日常检测成为困扰电力行业的一个重大难题。与此同时，社会和经济的发展对能源安全提出了越来越高的要求，突发性的大规模输电故障将会导致巨大的经济损失，影响经济的平稳运行和社会稳定。这就要求电力线路检测更加准确及时，为能源安全提供有力保障。

目前，我国电力线路的巡检工作主要由人工完成，而人工巡检存在安全，效率低，准确性差等问题。目前的高压电力线路已达到几百于伏以上，传统的人工巡检采用攀爬电力线铁塔的方式，有着极大的安全隐患。大量电力线路穿越无人区，人工巡检从地理上受到严重的限制，人体活动的范围受到体能的约束，检测的距离有限。人工对电力线路进行观测，用经验判断线路是否出现故障，也容易造成失误，准确性不高。国外使用直升机代替人工进行电力线路的日常巡检工作已经比较流行，国内也开始探索，从国内外的使用经验反馈来馈来看，完全人工驾驶直升机进行电力线路检测有适应性差，安全性低等缺点，电力线路架空高度较低，使用直升机进行巡检须低空沿线飞行，空中情况复杂，飞行员需要随时与线路保持视线接触，同时进行正常的飞行操作，大大加大了操作难度，在一般的飞行员手册中都有“避免贴近高压电线飞行”的规定，巡线飞行反其道而行之，与高压线保持近距离平行飞行，飞行速度较快，危险性大为增加，在国外已经多次发生巡检直升机坠毁事故。

因此，开发一个有助于巡检直升机顺利进行巡检并能避免发生坠机事故的导航系统显得尤为重要，但是，目前还没用一种专门用于电力线巡检直升机的导航方法或装置。

 

发明内容

本发明的任务是克服上述现有技术的缺陷，提供一种可减轻巡检人员的负担，提高巡检安全性和巡检效率，节省巡检成本的自动化和智能化电力线巡检直升机的导航方法及装置。

本发明的技术方案如下：

一种电力线巡检直升机的导航方法，其特征在于包括以下步骤：

根据电力线和杆塔的基础资料建立电力线和杆塔模型，并在电子地图的对应位置上显示出来；

根据巡检任务预先规划好巡检的线路路径图，并在电子地图的对应位置上显示出来；

根据与电力线或杆塔的距离大小把线路路径图依次划分为危险区、工作区、待检区和远离区；

建立直升机模型，通过GPS获取直升机所处的经纬度和海拔高度，让已建立好的直升机模型在电子地图的对应位置上显示出来；

根据直升机所处的经纬度和海拔高度计算出直升机与电力线或杆塔的距离，并根据计算结果判断直升机处于哪个区域，当直升机进入危险区时，发出直升机已进入危险区的警告信号和飞离危险区的引导信号，当直升机进入工作区时，发出直升机已进入工作区，可开始或继续进行检测采集作业的提示信号，当直升机进入待检区时，发出直升机已进入待检区，准备进行检测采样的提示信号和飞行进入工作区的引导信号，当直升机飞出待检区进入远离区时，发出飞离航线的提示信号和飞行进入待检区的引导信号。

该导航方法还包括以下步骤：

通过北斗卫星把直升机的经纬度和海拔高度传输到地面系统，并通过北斗卫星与地面进行短消息通讯。

该导航方法还包括以下步骤：

在巡检任务中记录重点巡检对象，当巡检时遇到重点巡检对象时发出重点巡检的提示信息。

该导航方法中，直升机经纬度和海拔高度的获取方法是：

先通过GPS初步确定直升机的经纬度和海拔高度，再用北斗卫星进行辅助定位，进行直升机位置坐标的精确校准并与地面系统进行双向通讯，确认直升机位置坐标的准确性。

所述电子地图为GoogleEarth电子地图。

一种电力线巡检直升机的导航装置，包括用于导航的嵌入式计算机、飞行姿态检测仪、GPS接收模块和显示器，其特征在于：该导航装置还包括巡检任务包导入装置，巡检任务包导入装置把巡检任务包中的巡检任务数据、巡检的线路路径图和地理图或卫星影像图的数据信息导入到嵌入式计算机的存储器中，嵌入式计算机通过GPS接收模块获取直升机的位置坐标数据并根据线路路径图和地理信息图或卫星影像图进行导航。

所述嵌入式计算机根据直升机的位置坐标判断直升机处于危险区、工作区、待检区还是远离区，当直升机进入危险区时，发出直升机已进入危险区的警告信号和飞离危险区的引导信号，当直升机进入工作区时，发出直升机已进入工作区，可开始或继续进行检测采集作业的提示信号，当直升机进入待检区时，发出直升机已进入待检区，准备进行检测采样的提示信号和飞行进入工作区的引导信号，当直升机飞出待检区进入远离区时，发出飞离航线的提示信号和飞行进入待检区的引导信号。

该导航装置还包括重点巡检提示模块，所述巡检任务数据包中的巡检任务数据包括线路资料、飞行路径和方式、重点巡检对象，当巡检时遇到重点巡检对象时，重点巡检提示模块发出重点巡检提示信号。

该导航装置还包括与所述嵌入式计算机相连的北斗机载型用户机，嵌入式计算机通过北斗机载型用户机对直升机进行辅助定位，对直升机位置坐标进行精确校准并与地面系统进行双向通讯，确认直升机位置坐标的准确性。

该导航装置还包括与所述嵌入式计算机连接的远距离射频识别器，嵌入式计算机通过远距离射频识别器获取杆塔的射频卡号，所述巡检任务包导入装置包括存储有巡检任务包的U盘和与嵌入式计算机相连的USB接口。

本发明的优点是：专门针对于电力线巡检直升机而开发的导航方法和装置，具有针对性，可以辅助巡检直升机进行巡检和导航，与原来的巡检人主要凭目测来判断有效的减轻了巡检人员的负担，大大提高了巡检的安全性和巡检效率，节省了巡检的成本支出，有利于直升机巡检的自动化和智能化发展。

 

附图说明

   下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，

图1是本发明电力线巡检直升机的导航方法及装置的巡检线路路径区域划分示的意图；

图2是本发明电力线巡检直升机的导航方法及装置的导航过程流程图的示意图；

图3是本发明力线巡检直升机的导航装置的结构示意图。

 

具体实施方式

一种电力线巡检直升机的导航方法，如图1、2所示，包括以下步骤：

根据电力线和杆塔的基础资料建立电力线和杆塔模型，并在电子地图的对应位置上显示出来；

根据巡检任务预先规划好巡检的线路路径图，并在电子地图的对应位置上显示出来；

根据与电力线或杆塔的距离大小把线路路径图依次划分为危险区1、工作区2、待检区3和远离区4；

建立直升机模型，通过GPS获取直升机所处的经纬度和海拔高度，让已建立好的直升机模型在电子地图的对应位置上显示出来；

根据直升机所处的经纬度和海拔高度计算出直升机与电力线或杆塔的距离，并根据计算结果判断直升机处于哪个区域，当直升机进入危险区1时，发出直升机已进入危险区的警告信号和飞离危险区1的引导信号，当直升机进入工作区2时，发出直升机已进入工作区2，可开始或继续进行检测采集作业的提示信号，当直升机进入待检区3时，发出直升机已进入待检区3，准备进行检测采样的提示信号和飞行进入工作区2的引导信号，当直升机飞出待检区3进入远离区时4，发出飞离航线的提示信号和飞行进入待检区3的引导信号。

在展开直升机巡检作业的过程中，发明人就已经发现了直升机在靠进杆塔既电力线作业时，由于受地势及山区多变风向的影响，存在着较为严重的安全隐患，飞行距杆塔及电力线的距离全部都是通过飞行驾驶人员的目测掌握，很难达到精确的要求。为此在研制过程中发明人着重考虑，是否可以在巡检线路的两侧设置一定的危险区域，并以声光报警来提示直升机驾驶人员与带电体的安全距离，以此来确保直升机作业的安全性。根据上述思路，把与电力线或杆塔的距离小于安全距离的一部分区域划分危险区1；为全面掌握并考核飞行作业效率，让直升机在有利的位置进行摄像，获取巡检需要的相关信息，并且控制成本的支出，在危险区的周围扩展出工作区2，引导直升机保持在工作区2内作业；为了提高飞行作业的效率，控制成本的支出，因为直升机作业的费用很高，约为一万元每小时，所以要求直升机在进入工作区之前就做好巡检的准备，因此还在工作区的周围扩展出待检区3，当直升机进入待检区3时发出做好巡检准备工作的提示；而待检区3以外划分为远离区4。每个区域可以用不同的颜色区分，划分区域时可以根据距离电力线或杆塔的距离来划分，例如把距离电力线小于15m的区域划分为危险区1，大于15m小于80m的区域划分为工作区2，大于80m小于500m的区域划分为待检区3，大于500m的区域划分为远离区4。另外，考虑到山区地势的复杂性和杆塔高差较大的实际情况下，在规划巡检的路线路径时还可以根据实际的情况划分每个区域的大小以及形状等，还可以根据实际经验进行手动设置。

该导航方法还包括以下步骤：

通过北斗卫星把直升机的经纬度和海拔高度传输到地面系统，并通过北斗卫星与地面进行短消息通讯。

北斗卫星系统具备较高的并发处理能力，系统支持高达72万次/小时的服务能力；系统覆盖范围为北纬5度至55度、东经70度到145度，可以覆盖大陆所有地区和海区，与电信蜂窝网络或集群网络相比为真正意义上的无缝隙覆盖，所有通过北斗卫星系统进行短消息通讯可以避免信号盲点，大大提高的可靠性和安全性。

该导航方法还包括以下步骤：

在巡检任务中记录重点巡检对象，当巡检时遇到重点巡检对象时发出重点巡检的提示信息。

在进行地面日常线路巡检时，为掌握不同季节、不同气候条件下线路某区段、杆塔某部件的运行情况以及上次巡检作业发现缺陷的处理及发展情况，我们通常会给巡视人员下达巡检重点。直升机巡视作业也不例外，同样应在每次飞行巡检作业前交待每次巡检的重点。由于直升机作业速度比较快，因此为防止巡检重点出现漏巡现象，在该导航方法中加入了重点巡检对象提示步骤。根据作业现场的实际，确定了在直升机作业前，设置以直升机当前所在位置半径的搜索区域，半径的具体数值可自行设定，最小值为900m，当搜索半径内出现符合数据库中杆塔定位坐标数值的杆塔时，杆塔的相关信息将全部自动显示在监控窗体中的杆塔列表栏中，对于进行了重点巡检设置的杆塔将以不同的颜色加以区分。

直升机经纬度和海拔高度的获取方法是：先通过GPS初步确定直升机的经纬度和海拔高度，再用北斗卫星进行辅助定位，进行直升机位置坐标的精确校准并与地面系统进行双向通讯，确认直升机位置坐标的准确性。

该导航方法所述电子地图为GoogleEarth电子地图。

GoogleEarth电子地图非常清晰，而且在应用方面也为开发人员提供了良好的开发界面和程序接口，要想使用Google的卫星地图资源，必需面对如何调用的问题，这涉及到很复杂的程序编写。好在Google体会到了程序员的辛苦，很早就自己推出GoogleMapsAPI，全世界对Google卫星地图有兴趣的程序员都能够通过简单的API调用来开发自己的Google地图服务。要进行GoogleMapsAPI的开发，需要先去申请一个所谓的APIKey，有了这个Key，就能使用GoogleMaps服务。当然，如果大网站调用GoogleMapsAPI的数据非常大的时候，需要事先联系Google的相关人员。

一种电力线巡检直升机的导航装置，如图1-3所示，包括用于导航的嵌入式计算机、飞行姿态检测仪、GPS接收模块和显示器，还包括巡检任务包导入装置，巡检任务包导入装置把巡检任务包中的巡检任务数据、巡检的线路路径图和地理图或卫星影像图的数据信息导入到嵌入式计算机的存储器中，嵌入式计算机通过GPS接收模块获取直升机的位置坐标数据并根据线路路径图和地理信息图或卫星影像图进行导航。

嵌入式计算机根据直升机的位置坐标判断直升机处于危险区1、工作区2、待检区3还是远离区4，当直升机进入危险区1时，发出直升机已进入危险区1的警告信号和飞离危险区1的引导信号，当直升机进入工作区2时，发出直升机已进入工作区2，可开始或继续进行检测采集作业的提示信号，当直升机进入待检区3时，发出直升机已进入待检区3，准备进行检测采样的提示信号和飞行进入工作区2的引导信号，当直升机飞出待检区3进入远离区4时，发出飞离航线的提示信号和飞行进入待检区3的引导信号。

该导航装置还包括重点巡检提示模块，所述巡检任务数据包中的巡检任务数据包括线路资料、飞行路径和方式、重点巡检对象，当巡检时遇到重点巡检对象时，重点巡检提示模块发出重点巡检提示信号。

由于直升机作业速度比较快，因此为防止巡检重点出现漏巡现象，预先设置好重点巡检对象，当直升机遇到重点巡检对象时，进行重点巡检，确保巡检到位。

该导航装置还包括与所述嵌入式计算机相连的北斗机载型用户机，嵌入式计算机通过北斗机载型用户机对直升机进行辅助定位，对直升机位置坐标进行精确校准并与地面系统进行双向通讯，确认直升机位置坐标的准确性。

北斗卫星系统是我国国防自主研发的第一代卫星导航定位和通讯系统，拥有自主知识产权，一直以来为军方专用，今年来，为充分利用其系统资源，军方部分开发了对民用的使用权限。与其他卫星导航系统不同，其优秀的双向通讯功能也越发体现出来越来越重要的使用价值。北斗卫星系统由三大部分组成：北斗指挥型用户机、北斗机载型用户机和北斗卫星手持终端机。本发明的导航系统是直升机的导航系统所以选用北斗机载型用户机。北斗卫星系统具备较高的并发处理能力，系统支持高达72万次/小时的服务能力；系统覆盖范围为北纬5度至55度、东经70度到145度，可以覆盖大陆所有地区和海区，与电信蜂窝网络或集群网络相比为真正意义上的无缝隙覆盖，所有通过北斗卫星系统进行短消息通讯可以避免信号盲点，大大提高的可靠性和安全性。北斗卫星系统的终端还具有体积小、功耗低的特点，终端设备仅在发射时出现瞬时间大功率情况，在待机守听的整机功耗仅为5瓦以下，节电效果理想，所以使用北斗机载型用户机具有便于安装和维护的优点。北斗卫星系统提供的快速定位功能可以使监控中心获得移动目标的实时位置信息，有利于监控中心了解移动目标的实时位置。北斗卫星系统提供了双向通讯的功能，使监控中心可以与移动用户进行双向通讯或发布广播信息，移动目标通过相应的终端将报告信息反馈到用户监控中心。通过北斗机载型用户机对直升机进行辅助定位，对直升机位置坐标进行精确校准，提高了定位的准确性和避免了信号盲点的出现。

该导航装置还包括与所述嵌入式计算机连接的远距离射频识别器，嵌入式计算机通过远距离射频识别器获取杆塔的射频卡号，所述巡检任务包导入装置包括存储有巡检任务包的U盘和与嵌入式计算机相连的USB接口。

每一个杆塔上都设有射频卡，嵌入式计算机可以通过远距离射频识别器获取杆塔的射频卡号，以及对应杆塔的相关信息。

以上是结合了特定实施例介绍本发明，但本发明并非要限制在所展示的细节上，另外在权利要求书的等效范围内，不背离本发明的精神实质的情况下，可以在细节上做出种种改进。

 

Claims (10)

1.一种电力线巡检直升机的导航方法，其特征在于包括以下步骤：

根据电力线和杆塔的基础资料建立电力线和杆塔模型，并在电子地图的对应位置上显示出来；

根据巡检任务预先规划好巡检的线路路径图，并在电子地图的对应位置上显示出来；

根据与电力线或杆塔的距离大小把线路路径图依次划分为危险区、工作区、待检区和远离区；

建立直升机模型，通过GPS获取直升机所处的经纬度和海拔高度，让已建立好的直升机模型在电子地图的对应位置上显示出来；

根据直升机所处的经纬度和海拔高度计算出直升机与电力线或杆塔的距离，并根据计算结果判断直升机处于哪个区域，当直升机进入危险区时，发出直升机已进入危险区的警告信号和飞离危险区的引导信号，当直升机进入工作区时，发出直升机已进入工作区，可开始或继续进行检测采集作业的提示信号，当直升机进入待检区时，发出直升机已进入待检区，准备进行检测采样的提示信号和飞行进入工作区的引导信号，当直升机飞出待检区进入远离区时，发出飞离航线的提示信号和飞行进入待检区的引导信号。

2.根据权利要求1所述的电力线巡检直升机的导航方法，其特征在于还包括以下步骤：

通过北斗卫星把直升机的经纬度和海拔高度传输到地面系统，并通过北斗卫星与地面进行短消息通讯。

3.根据权利要求1或2所述的电力线巡检直升机的导航方法，其特征在于还包括以下步骤：

在巡检任务中记录重点巡检对象，当巡检时遇到重点巡检对象时发出重点巡检的提示信息。

4.根据权利要求3所述的电力线巡检直升机的导航方法，其特征在于，直升机经纬度和海拔高度的获取方法是：先通过GPS初步确定直升机的经纬度和海拔高度，再用北斗卫星进行辅助定位，进行直升机位置坐标的精确校准并与地面系统进行双向通讯，确认直升机位置坐标的准确性。

5.根据权利要求4所述的电力线巡检直升机的导航方法，其特征在于：所述电子地图为GoogleEarth电子地图。

6.一种电力线巡检直升机的导航装置，包括用于导航的嵌入式计算机、飞行姿态检测仪、GPS接收模块和显示器，其特征在于：该导航装置还包括巡检任务包导入装置，巡检任务包导入装置把巡检任务包中的巡检任务数据、巡检的线路路径图和地理图或卫星影像图的数据信息导入到嵌入式计算机的存储器中，嵌入式计算机通过GPS接收模块获取直升机的位置坐标数据并根据线路路径图和地理信息图或卫星影像图进行导航。

7.根据权利要求6所述的电力线巡检直升机的导航装置，其特征是：所述嵌入式计算机根据直升机的位置坐标判断直升机处于危险区、工作区、待检区还是远离区，当直升机进入危险区时，发出直升机已进入危险区的警告信号和飞离危险区的引导信号，当直升机进入工作区时，发出直升机已进入工作区，可开始或继续进行检测采集作业的提示信号，当直升机进入待检区时，发出直升机已进入待检区，准备进行检测采样的提示信号和飞行进入工作区的引导信号，当直升机飞出待检区进入远离区时，发出飞离航线的提示信号和飞行进入待检区的引导信号。

8.根据权利要求6或7所述的电力线巡检直升机的导航装置，其特征在于：该导航装置还包括重点巡检提示模块，所述巡检任务数据包中的巡检任务数据包括线路资料、飞行路径和方式、重点巡检对象，当巡检时遇到重点巡检对象时，重点巡检提示模块发出重点巡检提示信号。

9.根据权利要求8所述的电力线巡检直升机的导航装置，其特征在于：该导航装置还包括与所述嵌入式计算机相连的北斗机载型用户机，嵌入式计算机通过北斗机载型用户机对直升机进行辅助定位，对直升机位置坐标进行精确校准并与地面系统进行双向通讯，确认直升机位置坐标的准确性。

10.根据权利要求9所述的电力线巡检直升机的导航装置，其特征在于：该导航装置还包括与所述嵌入式计算机连接的远距离射频识别器，嵌入式计算机通过远距离射频识别器获取杆塔的射频卡号，所述巡检任务包导入装置包括存储有巡检任务包的U盘和与嵌入式计算机相连的USB接口。

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