CN103224026A - 一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统及其工作流程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统及其工作流程，所述的避障系统包括有机载信号采集模块及设置于飞控系统内的机载避障分析模块构成，机载的信号采集模块包括毫米波雷达测距传感器，毫米波雷达测距传感器与信号预处理模块相连以将模拟信号转换为数字信号，并将周围的环境信息经通讯端口发送给机载避障分析模块，再由机载分析模块发出相应的指令给飞控系统的控制计算机，再由飞控系统的控制计算机发送给无人机舵控系统。本发明的避障系统，无需人工干预，可确保无人机在山区复杂地形条件下，随时与电力线路保持安全距离，避免因突变阵风的扰动或者GPS误差导致飞机碰撞导线和其他障碍物。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于山区电网巡检的中型专用无人直升机系统，特别是一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统及其工作流程。
背景技术
随着电力系统的发展，输电线路越来越长，电压等级越来越高。我国目前110kV及以上的电力线路近九十万公里，巡线作业每年都要进行多次，工作量浩大。
目前，我国采用的巡检方式主要是人工巡检和载人直升机巡检，人工巡检是电力线路巡检人员徒步沿着线路巡检。巡检方式主要是通过望眼镜查看线路和杆塔。载人直升机巡检是电力巡检人员通过直升机平台，在线路上方沿着线路进行巡检。
以福建地区为例，福建地处我国东南沿海，又属山区丘陵地貌，输电线路大都翻山越岭，很多输电线路分布在湖泊、无人区，依靠传统人工对输电线路进行定期巡视检查的工作方式耗费大量的人力、物力和财力，其效果和效率却难以提升，工作繁重、效率低下、周期漫长、危险性高，给电网安全管理带来许多隐患，对于保证电网的安全运行极为不利。
为解决山区输电线路巡线工作的各种难题，国内外的研究机构自20世纪80年代末开始研究如何借助科技手段提高电网线路巡视的效率，主要是采用载人直升机进行输电线路巡检。载人直升飞机巡检输电线路技术在我国目前广泛应用在特高压交流输电线路、华北电网公司110kV～500kV输电线路运行管理工作中。利用载人直升机巡检技术和方法存在如直升机及其维护费用昂贵与人员安全等问题。由于受检测仪器技术的限制，目前载人机的飞行速度不能太快、高度不能太高，所以载人飞机飞行稍有差错，就可能造成机毁人亡的严重后果，并且也很有可能给电力网络带来灾难性的后果。虽然目前也研发了一些无人机巡检系统，但是目前的无人机控制系统没有避障系统，无人机在飞行过程中都必须实时观测无人机的飞行状态和位置，一旦发现近距离障碍物都要及时手动操作进行避障，如此既加大了操作人员的工作量，同时也存在很大安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统。
本发明的另一目的还在于提供一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统的工作流程。
一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统，其结构要点在于：所述的避障系统包括有机载信号采集模块及设置于飞控系统内的机载避障分析模块构成，机载的信号采集模块包括毫米波雷达测距传感器，毫米波雷达测距传感器与信号预处理模块相连以将模拟信号转换为数字信号，并将周围的环境信息经通讯端口发送给机载避障分析模块，再由机载避障分析模块发出相应的指令给飞控系统的控制计算机，再由飞控系统的控制计算机发送给无人机舵控系统。
本发明的避障系统，无需人工干预，可确保无人机在山区复杂地形条件下，随时与电力线路保持安全距离，避免因突变阵风的扰动或者GPS误差导致飞机碰撞导线和其他障碍物。
本发明的避障系统，由各传感器信号先经过预处理模块，将模拟信号转换为数字信号，并环境信息经通讯端口，将数据提供给机载避障分析模块进行分析计算，并判断是否要进行避障行为，同时计算出合理避让路线，将控制信号发送给无人机的飞控子系统——无人机舵控系统以实现避让动作。
所述的机载避障分析模块为通过内置的预设距离门限值，将周围的环境信息与预设的距离门限值进行对比得出障碍物方位，并通过内置的避障策略做出相应的避障策略中。
所述的避障系统的毫米波雷达测距传感器分设于无人机的前方、左侧、右侧。
一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统的工作流程，其步骤如下：
（1） 在无人机的前方、左侧、右侧各设置一个避障系统的毫米波雷达测距传感器，通过计算机的的控制进行有序的电子扫描，得到三个方向距离障碍物的距离和方位角，并通过通讯接口发送至无人机飞控系统的机载避障分析模块；
（2） 无人机飞控系统的机载避障分析模块负责分析三个方向的避障数据：根据预设的距离门限值和避障策略，分析障碍物的方位，做出相应的避障策略，并将避障指令发送到飞控系统的飞行控制计算机；
（3） 飞行控制计算机根据机载避障分析模块给出的避障指令和避障策略，发出相应的舵控指令给无人机舵控系统，舵控系统控制飞机做出相应的避障动作，机动飞行；
（4） 无人机地面测控站负责对避障系统进行遥控遥测：地面测控站通过数据链向飞控系统发送避障开关指令，通过飞控系统转发避障开关指令，遥控避障系统开关，避障系统的实时运行工况通过飞控系统转发，由返向数据链负责发送回地面站。
综上所述的，本发明相比现有技术如下优点：
本发明的适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统及其工作流程具有：无需人工干预，可确保无人机在山区复杂地形条件下，随时与电力线路保持安全距离，避免因突变阵风的扰动或者GPS误差导致飞机碰撞导线和其他障碍物。
附图说明
图1是本发明的无人直升机避障系统的原理图。
图2是本发明实施例的无人直升机避障系统的工作流程图。
图3是本发明实施例的无人直升机避障系统的机载避障分析模块的工作流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例1
如图1所示的一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统，所述的避障系统包括有机载信号采集模块及设置于飞控系统内的机载避障分析模块构成，机载的信号采集模块包括毫米波雷达测距传感器，毫米波雷达测距传感器与信号预处理模块相连以将模拟信号转换为数字信号，并将周围的环境信息经通讯端口发送给机载避障分析模块，再由机载分析模块发出相应的指令给飞控系统的控制计算机，再由飞控系统的控制计算机发送给无人机舵控系统。所述的避障系统的毫米波雷达测距传感器分设于无人机的前方、左侧、右侧。
所述的机载避障分析模块为通过内置的预设距离门限值，将周围的环境信息与预设的距离门限值进行对比得出障碍物方位，并通过内置的避障策略做出相应的避障策略中。
实施例2
一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统的工作流程如图2，其步骤如下：
（1） 在无人机的前方、左侧、右侧各设置一个避障系统的毫米波雷达测距传感器，通过计算机的的控制进行有序的电子扫描，得到三个方向距离障碍物的距离和方位角，并通过通讯接口发送至无人机飞控系统的机载避障分析模块；
（2） 无人机飞控系统的机载避障分析模块负责分析三个方向的避障数据：根据预设的距离门限值和避障策略，分析障碍物的方位，做出并相应的避障策略，并将避障指令发送到飞控系统的飞行控制计算机；
（3） 飞行控制计算机根据机载避障分析模块给出的避障指令和避障策略，发出相应的舵控指令给无人机舵控系统，舵控系统控制飞机做出相应的避障动作，机动飞行；
（4） 无人机地面测控站负责对避障系统进行遥控遥测：地面测控站通过数据链向飞控系统发送避障开关指令，通过飞控系统转发避障开关指令，遥控避障系统开关，避障系统的实时运行工况通过飞控系统转发，由返向数据链负责发送回地面站。
所述的避障分析决策模块工作流程说明如图3：
（1） 无人机前方、左侧、右侧的毫米波雷达测距传感器扫描探测到的障碍物距离和方位角参数通过通讯接口发送至无人机飞控系统的“避障分析决策模块”。（方位角供辅助决策）
（2） 当障碍物距离飞机大于70米时，避障分析决策模块过滤该数据，不作任何处理。
（3） 当障碍物距离飞机大于45米小于70米时，避障分析决策模块通过数据链向地面测控站系统发送避障告警。
（4） 当障碍物距离飞机小于45米时，避障分析决策模块向无人机飞行控制计算机发出对应方向的避障动作指令。
（5） 当左侧避障传感器发出避障动作指令，无人机向右侧斜上方15 度平移5米。当再次发出避障动作指令，则再次向右侧斜上方15 度平移5米，直至传感器不再发出避障动作指令后，无人机继续按照预定航线飞行。
（6） 当右侧避障传感器发出避障动作指令，无人机向左侧斜上方15 度平移5米。当再次发出避障动作指令，则再次向左侧斜上方15 度平移5米，直至传感器不再发出避障动作指令后，无人机继续按照预定航线飞行。
（7） 当两侧避障传感器同时发出避障动作指令，无人机刹车、悬停、垂直爬升5米，当再次发出避障动作指令，则再次垂直爬升5米，直至传感器不再发出避障动作指令后，无人机继续按照预定航线飞行。
当正前方避障传感器发出避障动作指令，无人机刹车、悬停、垂直爬升5米，当再次发出避障动作指令，则立即终止预定任务，按照预设高度爬高并返航至起飞点降落。
本实施例未述部分与现有技术相同。
Claims (4)
1.一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统，其特征在于：所述的避障系统包括有机载信号采集模块及设置于飞控系统内的机载避障分析模块构成，机载的信号采集模块包括毫米波雷达测距传感器，毫米波雷达测距传感器与信号预处理模块相连以将模拟信号转换为数字信号，并将周围的环境信息经通讯端口发送给机载避障分析模块，再由机载避障分析模块发出相应的指令给飞控系统的控制计算机，再由飞控系统的控制计算机发送给无人机舵控系统。
2.根据权利要求1所述的适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统，其特征在于：所述的机载避障分析模块为通过内置的预设距离门限值，将周围的环境信息与预设的距离门限值进行对比得出障碍物方位，并通过内置的避障策略做出相应的避障策略中。
3.根据权利要求2所述的适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统，其特征在于：所述的避障系统的毫米波雷达测距传感器分设于无人机的前方、左侧、右侧。
4.一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统的工作流程，其步骤如下：
在无人机的前方、左侧、右侧各设置一个避障系统的毫米波雷达测距传感器，通过计算机的的控制进行有序的电子扫描，得到三个方向距离障碍物的距离和方位角，并通过通讯接口发送至无人机飞控系统的机载避障分析模块；
无人机飞控系统的机载避障分析模块负责分析三个方向的避障数据：根据预设的距离门限值和避障策略，分析障碍物的方位，做出并相应的避障策略，并将避障指令发送到飞控系统的飞行控制计算机；
飞行控制计算机根据机载避障分析模块给出的避障指令和避障策略，发出相应的舵控指令给无人机舵控系统，舵控系统控制飞机做出相应的避障动作，机动飞行；
无人机地面测控站负责对避障系统进行遥控遥测：地面测控站通过数据链向飞控系统发送避障开关指令，通过飞控系统转发避障开关指令，遥控避障系统开关，避障系统的实时运行工况通过飞控系统转发，由返向数据链负责发送回地面站。
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