CN101834414A - 一种电力线巡检直升机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线巡检直升机，在直升机上设有GPS惯性组合姿态方位检测装置、三坐标转动检测吊舱和用于识别被巡检杆塔的射频信息的射频目标识别器。由于配置了GPS惯性组合姿态方位检测装置，专用吊舱，可见光摄像机、紫外线成像仪，全数字动态红外热像仪，射频目标识别器，海量热插拔磁盘盘阵列，高速千兆局域网的交换机，以至于北斗导航定位与通信机载系统。在配置了相应的系统软件后即成为一种可执行按电子地图预先规划的线路导航、巡线、巡检杆塔，精确定位、高清采集多种光谱图像，并融合显示、海量便携存取数据，机载人员还能人工实施控制并与地面控制中心在线文字交流任务的高精度、智能化电力线巡检直升机。

Description

一种电力线巡检直升机

技术领域

本发明涉及电力线巡检技术，特别是用直升机载人实施电力线巡检的电力线巡检直升机。

 

背景技术

电力线巡检多采用人工巡检的方式，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。

随着机器人技术的发展，采用机器人进行电力线路的巡检逐渐引起关注。目前，国内电力线检测机器人的研究集中在行走机器人方向。中国科学院自动化所张运楚、梁自泽和谭民等在《机器人》2004年第26卷第5期上发表的《架空电力线路巡线机器人综述》和赵晓光、梁自泽、谭明等在《华中科技大学学报》2004年第32卷增刊上发表的《高压电力线行走机器人仿真》两篇文章中详细阐述了行走机器人用于电力线检测的原理和目前的发展水平，采用行走机器人进行电力线路的检测采用沿架空地线自主行舫式，相比传统检测具有费用低，安全性商，可靠性高等优点，但还存在对地面仪器的依赖性高，不能很好的适应复杂的地理环境等不足，也还存在行进速度慢，检测效率低等问题。

为克服上述技术所存在的缺陷，中国专利号CN1645284A公开了一种电力线路巡检机器人飞机及其控制系统，其发明目的在于通过提供该飞机及其控制系统，解决传统检测方式存在的费用高，安全性差，可靠性不高的问题，使之和行走机器人检测方式相比具有环境适应能力好，高度智能化，检测效率高等优点。

问题是该技术仅仅公开了一种基于单纯的可见光及红外温度检测数据传输的技术方案，对于重要的吊舱构造、精确制导装置、目标识别及多种实现各自检测功能的可见光、红外、紫外图像检测及图像融合问题并没有提及，因此，还是一种比较初级的技术方案。

电力线路直升机巡检是一种巡检环境高度复杂，需要采用计算机、光机电、卫星通讯、图像识别、大容量数据通信及导航技术的高难度高风险综合技术，完全采用机器人进行巡检很难完成发明任务。

当前市场上迫切需要一种配置相应的系统软件后，既可以按按规划线路自动导航、巡线、巡检杆塔并精确定位、高清多种光谱图像同时采集及融合显示并海量便携存取数据，还能机载人员人工操作，甚至实时与地面控制中心在线文字交流的电力线巡检直升机。

 

发明内容

本发明的任务是一种可用来执行自动按规划线路导航、巡线、巡检杆塔并精确定位、高清多种光谱图像同时采集及融合显示并海量便携存取数据，记载人员还能实时与地面控制中心在线文字交流任务的电力线巡检直升机硬件平台，简称电力线巡检直升机。

本发明的技术方案如下：

电力线巡检直升机，特征在于：在所述直升机上设有GPS惯性组合姿态方位检测装置，在直升机外侧或外下方设有三坐标转动检测吊舱，吊舱上安装有陀螺稳定平台，陀螺稳定平台上承载有可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪，在直升机或吊舱上还设有用于识别被巡检杆塔的射频信息的射频目标识别器。

具体的方案还包括：

所述陀螺稳定平台由作为平台台体的框架系统、伺服传感器及电子伺服控制组件组成。

进一步来说：所述框架系统为四框架系统，包括外框架组件和其内的内框架组件，外框架组件包括外方位轴系框架及外仰轴系框架，内框架组件包含内方位轴系框架及内俯仰轴系框架，所述可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪安装在内框架组件上。

所述GPS惯性组合姿态方位检测装置包括一主机，在主机内嵌入有Pentium或其以上级别的CPU，大于32MB的内存，大于1MB的硬盘及操作系统，在主机内设有前、后两个GPS接收机，主机置于一外壳内，在外壳的前侧壁上设有内联前GPS接收机、外联前GPS天线的接口；在外壳的后侧壁上设有内联后GPS接收机、外联后GPS天线的接口；前GPS天线设在所述直升机的前进端，其通过天线馈线与前GPS天线的接口相连；后GPS天线设在所述直升机的后退端，其通过天线馈线与后GPS天线的接口相连。

在所述主机内内置有三个正交安装的微机械陀螺和三个正交安装的微机械加速度计。

在所述主机外壳上设有外接电源接口。

所述主机安装底面平行于所述直升机的底部基准面，并与所述前GPS天线和后GPS天线的中心连线构成的基线平行。

所述前GPS天线和后GPS天线分别经一个磁基座固定在直升机上。

所述直升机内设有一集成机柜和一便携式机柜，集成机柜内安装有：

⑴、作为整个电力线巡检直升机机载系统之控制中心的服务器：

⑵、通过服务器对各个硬件设备进行控制的硬件综合控制器；

⑶、主要用于数据存储与备份的磁盘盘阵列；

⑷、将各硬件设备纽建成千兆局域网的交换机；

⑸、连接机载电源适配器，给各硬件设备分别输出专用电源的配电箱；

⑹、所述GPS惯性组合姿态方位检测装置；

⑺、用于发出定位及通信请求，接收中心控制系统的定位和通信结果，为陆海空各种使用场合提供定位、导航、通信、授时服务的北斗定位与通信机载系统；

⑻、控制吊舱及其內的所述可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪的吊舱控制中心；

便携式机柜上设有：

⑴、手动控制吊舱运转以及吊舱內部设备动作的遥控手柄；

⑵、分别显示系统控制程序界面，红外热像仪图像，可见光与紫外成像仪的叠加图像的两个显示屏；

⑶、控制系统总电源、服务器和磁盘阵列的开关控制面板；

⑷包括小型超薄键盘与高精度轨迹球的输入设备。

本发明电力线巡检直升机由于配置了GPS惯性组合姿态方位检测装置，专用吊舱，可见光摄像机、紫外线成像仪，全数字动态红外热像仪，射频目标识别器，海量热插拔磁盘盘阵列，高速千兆局域网的交换机，以至于北斗导航定位与通信机载系统。在配置了相应的系统软件后即成为一种可执行按电子地图预先规划的线路导航、巡线、巡检杆塔，精确定位、高清采集多种光谱图像，并融合显示、海量便携存取数据，机载人员还能人工实施控制并与地面控制中心在线文字交流任务的高精度、智能化电力线巡检直升机。

 

 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明电力线巡检直升机整体外部结构示意图；

图2是GPS惯性组合姿态方位检测装置的安装方位示意图；

图3是吊舱的结构示意图；

图4是集成机柜的结构示意图；

图5是便携式机柜的结构示意图。

 

具体实施方式

如图1-5所示，本实施例中，电力线巡检直升机包括直升机本体1，在直升机本体1内设有GPS惯性组合姿态方位检测装置，三坐标转动检测吊舱2设在本体1的外侧，位于左前下方安装。吊舱上安装有陀螺稳定平台21。在直升机或吊舱上设有用于识别被巡检杆塔的射频信息的射频目标识别器（图中省略未示出）。

陀螺稳定平台21由作为平台台体的框架系统、伺服传感器及电子伺服控制组件组成。框架系统为四框架系统，包括外框架组件和其内的内框架组件，外框架组件包括外方位轴系框架22及外仰轴系框架23，内框架组件包含内方位轴系框架及内俯仰轴系框架。可见光摄像机3、紫外线成像仪4和全数字动态红外热像仪5安装在内框架组件上。

GPS惯性组合姿态方位检测装置包括一主机，在主机内嵌入有Pentium或其以上级别的CPU，大于32MB的内存，大于1MB的硬盘及操作系统，在主机内设有前、后两个GPS接收机，主机置于一外壳内，在外壳的前侧壁上设有内联前GPS接收机、外联前GPS天线6的接口。在外壳的后侧壁上设有内联后GPS接收机、外联后GPS天线7的接口。前GPS天线6设在直升机本体1的前进端，其通过天线馈线与前GPS天线的接口相连；后GPS天线7设在直升机的后退端，其通过天线馈线与后GPS天线7的接口相连。在主机内内置有三个正交安装的微机械陀螺和三个正交安装的微机械加速度计。在主机外壳上设有外接电源接口。主机安装底面平行于直升机的底部基准面，并与前GPS天线和后GPS天线的中心连线构成的基线平行。前GPS天线和后GPS天线分别经一个磁基座固定在直升机上。

集成机柜8和一便携式机柜9设在直升机内。

集成机柜8内安装有：

⑴、作为整个电力线巡检直升机机载系统之控制中心的服务器10；

⑵、通过服务器对各个硬件设备进行控制的硬件综合控制器11；

⑶、用于数据存储及备份的磁盘阵列12；

⑷、将各硬件设备连接成千兆局域网的交换机15；

⑸、连接机载电源适配器，给各硬件设备分别输出专用电源的配电箱13；

⑹、GPS惯性组合姿态方位检测装置；

⑺、用于发出定位及通信请求，接收中心控制系统的定位和通信结果，为陆海空各种使用场合提供定位、导航、通信、授时服务的北斗定位与通信机载系统14；

⑻、通过遥控手柄91或者服务器10连接到通信端口以控制吊舱2及其內的可见光摄像机3、紫外线成像仪4和全数字动态红外热像仪5的吊舱控制中心16。

便携式机柜9上设有：

⑴、手动控制吊舱2运转以及吊舱內部设备动作的遥控手柄91；

⑵、分别显示系统控制程序界面，红外热像仪图像，可见光与紫外成像仪的叠加图像的两个显示屏92、93：

⑶、控制系统总电源、服务器和磁盘阵列的开关控制面板94；

⑷包括小型超薄键盘95与高精度轨迹球96的输入设备。

机载服务器10配装执行飞行轨迹指挥监控的应用程序模块和杆塔目标识别程序模块后，系统便可根据目标坐标与飞机飞行轨迹、飞机姿态与射频识别辩识当前杆塔及导线。机载巡检应用程序对采集到的数据进行处理，将故障目标的图像及其它相关信息自动保存到磁盘阵列。机载服务器内设的检测数据采集程序模块及检测设备／吊舱控制程序模块控制吊舱及全数字动态红外热像仪、紫外线摄像机、高速可见光摄像机通过检测数据采集程序实时采集全部信息并自动保存，设定吊舱自动跟踪杆塔，并设定跟踪时间。

本发明机载系统的硬件与软件相结合构成一个完整的系统，概括的原理是：直升机通过GPS惯性组合姿态方位检测装置及其GPS接收机、北斗定位与通讯机实现飞机的导航和与地面的双向通讯，通过软件控制系统和硬件设备综合控制器的人工微调，并结合北斗定位通讯机、GPS惯性组合姿态方位检测装置、射频目标识别器、机载电源系统以及显示设备等信息，自动控制吊舱的橫向和纵向的位置，自动对准配有射频卡的被测杆塔、导线或其它电气部件目标，采集全数字动态红外热像仪、紫外线摄像机、高速可见光摄像机的图像和数据信息；最后通过服务器在线处理与存贮有用的图像数据信息。

 

 

Claims (9)

1.电力线巡检直升机，特征在于：在所述直升机上设有GPS惯性组合姿态方位检测装置，在直升机外侧或外下方设有三坐标转动检测吊舱，吊舱上安装有陀螺稳定平台，陀螺稳定平台上承载有可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪，在直升机或吊舱上还设有用于识别被巡检杆塔的射频信息的射频目标识别器。

2.根据权利要求1所述的电力线巡检直升机，其特征在于：所述陀螺稳定平台由作为平台台体的框架系统、伺服传感器及电子伺服控制组件组成。

3.根据权利要求2所述的电力线巡检直升机，其特征在于：所述框架系统为四框架系统，包括外框架组件和其内的内框架组件，外框架组件包括外方位轴系框架及外仰轴系框架，内框架组件包含内方位轴系框架及内俯仰轴系框架，所述可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪安装在内框架组件上。

4.根据权利要求1-3所述的任一种电力线巡检直升机，其特征在于：所述GPS惯性组合姿态方位检测装置包括一主机，在主机内嵌入有Pentium或其以上级别的CPU，大于32MB的内存，大于1MB的硬盘及操作系统，在主机内设有前、后两个GPS接收机，主机置于一外壳内，在外壳的前侧壁上设有内联前GPS接收机、外联前GPS天线的接口；在外壳的后侧壁上设有内联后GPS接收机、外联后GPS天线的接口；前GPS天线设在所述直升机的前进端，其通过天线馈线与前GPS天线的接口相连；后GPS天线设在所述直升机的后退端，其通过天线馈线与后GPS天线的接口相连。

5.根据权利要求4所述的电力线巡检直升机，其特征在于：在所述主机内内置有三个正交安装的微机械陀螺和三个正交安装的微机械加速度计。

6.根据权利要求4所述的电力线巡检直升机，其特征在于：在所述主机外壳上设有外接电源接口。

7.根据权利要求4所述的电力线巡检直升机，其特征在于：所述主机安装底面平行于所述直升机的底部基准面，并与所述前GPS天线和后GPS天线的中心连线构成的基线平行。

8.根据权利要求4所述的电力线巡检直升机，其特征在于：所述前GPS天线和后GPS天线分别经一个磁基座固定在直升机上。

9.根据权利要求7所述的电力线巡检直升机，其特征在于所述直升机内设有一集成机柜和一便携式机柜，集成机柜内安装有：

⑴、作为整个电力线巡检直升机机载系统之控制中心的服务器：

⑵、通过服务器对各个硬件设备进行控制的硬件综合控制器；

⑶、主要用于数据存储与备份的磁盘盘阵列；

⑷、将各硬件设备纽建成千兆局域网的交换机；

⑸、连接机载电源适配器，给各硬件设备分别输出专用电源的配电箱；

⑹、所述GPS惯性组合姿态方位检测装置；

⑺、用于发出定位及通信请求，接收中心控制系统的定位和通信结果，为陆海空各种使用场合提供定位、导航、通信、授时服务的北斗定位与通信机载系统；

⑻、控制吊舱及其內的所述可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪的吊舱控制中心；

便携式机柜上设有：

⑴、手动控制吊舱运转以及吊舱內部设备动作的遥控手柄；

⑵、分别显示系统控制程序界面，红外热像仪图像，可见光与紫外成像仪的叠加图像的两个显示屏；

⑶、控制系统总电源、服务器和磁盘阵列的开关控制面板；

⑷包括小型超薄键盘与高精度轨迹球的输入设备。

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