CN103576055A - 基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统和巡线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，包括多架飞行器、远程终端和充电平台。多架飞行器根据高压输电线附近的磁感应强度信号确定飞行方向，大大减小了运算量；多架飞行器获取的多角度数字图像信号经分析处理后得到高压输电线附近的全景图像，有利于工作人员对输电线故障做出更加全面的分析；数字图像信号分析和磁感应强度信号分析并存，使明显和不明显的高压输电线故障都能被轻易的检测出来；飞行器可以按照预定的任务轨迹进行飞行，不需要工作人员实时地跟踪控制；无线充电为飞行器的长时间续航提供保证；多架飞行器各分工合作，减小了各自的运算压力；由于飞行器本身的平稳和高速，高压输电线的巡线检测将变得非常地快捷高效。
Description
技术领域
本发明涉及到高压输电线巡线检测领域，尤其涉及一种基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统。
背景技术
当前，我国的高压输电线遍布各省市，随着我国经济的进一步发展，保障电网输电的安全可靠运行越加重要。高压输电线路巡检目前主要采用人工巡检作业方式，劳动强度大、费用多且危险性高。而现有的飞行器巡线往往不能克服高压输电线的强磁场干扰，数据的传输也是一大难题。
另外已有技术下的飞行器为了达到控制的有效性和通信的实时性，往往是地面工作人员跟着飞行器巡线，并没有真正将人从巡线的复杂任务中解放出来。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是：提供一种基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统和检测方法。
现有技术采用飞行器进行高压输电线巡线检测的方案，往往通过获取高压输电线的数字图像信号来调整飞行器的飞行姿态，该方案的缺点是：运算量大，对处理器的硬件要求高，并且还会因为数字图像中存在地理环境背景，而造成不可预知的误差，使得飞行器与高压输电线发生碰撞或直接坠地。本发明所述的飞行器通过获取高压输电线附近的磁感应强度信号来调整飞行姿态，运算量小，只需对几个点的数据的处理即可调整飞行器的飞行姿态，使飞行器稳定地沿着高压输电线的磁场飞行。
现有技术采用飞行器进行高压输电线巡线检测的方案，飞行器获取的数字图像只能单一地从一个角度展示高压输电线，使后续对高压输电线的故障分析困难。本发明所述的分工协作编队的飞行器将获得的多个视角的数字图像进行处理得到高压输电线附近的全景图，使工作人员更好地了解高压输电线附近的情况。
现有技术采用飞行器进行高压输电线巡线检测的方案，由于飞行器本身的带载量有限，不能搭载大容量的电源，也就不能远距离的执行任务。本发明引入充电平台，通过巧妙地在高压输电线电塔上装载充电平台，为飞行器进行无线充电，很好地解决了飞行器续航的问题。
为此，本发明的技术方案如下：
一种基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，包括多架飞行器、远程终端和充电平台，所述的多架飞行器以分工协作编队的方式、沿设定的任务轨迹飞行；所述的分工协作编队的方式是指多架飞行器协作飞行共同完成巡线检测的任务；所述的任务轨迹是指由高压输电线巡线检测任务所决定的飞行器执行高压输电线巡线检测任务的连续的飞行轨迹。
所述的多架飞行器与高压输电线保持距离;所述的距离是指为避免多架飞行器和高压输电线发生碰撞的安全距离；所述的距离通过在多架飞行器上载多个获取高压输电线磁感应强度信号的元件，通过对多个元件同时获取的磁感应强度信号的分析，得到飞行器与高压输电线的相对位置，进而调整飞行器的飞行姿态，避免飞行器与高压输电线发生碰撞。
所述的各架飞行器具有无线充电和相互通讯的功能；
所述的多架飞行器通过分工协作编队的方式获取高压输电线附近的磁感应强度信号和数字图像信号，以及飞行器自身的地理位置信号；
所述的多架飞行器根据获取的高压输电线附近的磁感应强度信号调整飞行器的飞行姿态；
所述的多架飞行器根据获取的高压输电线附近磁感应强度信号调整飞行器与高压输电线之间距离；所述的多架飞行器根据对获取的磁感应强度信号的大小分析控制飞行器与高压输电线保持安全距离，避免飞行器过于靠近高压输电线发生碰撞；所述的多架飞行器在飞行过程中获取的地理位置信号通过与设定的任务轨迹进行比较，调整飞行器的飞行方向，使飞行器即使在输电线断路的情况下，也能达到设置的任务轨迹的终点。
所述的多架飞行器根据获取的高压输电线附近的磁感应强度信号和数字图像信号分析判断高压输电线的故障，所述的故障包括明显的故障和不明显的故障；由于高压输电线故障例如冰棱、树枝和高压输电线老化破裂往往会引起高压输电线附近磁感应强度信号的突变，根据对飞行器获取的磁感应强度信号的分析，可以判断出高压输电线是否存在上述的故障，如果飞行器获取的数字图像信号中分析得到高压输电线上的某点存在故障，同时飞行器在该点检测出磁感应强度信号的突变，则说明高压输电线上的该点存在明显的故障，如果飞行器在高压输电线上的某点检测出磁感应强度信号的突变，却没有在获取的数字图像信号中分析得到该点存在故障，说明该点存在的是不明显的高压输电线故障。上述举例的树枝和冰棱是明显的高压输电线故障，高压输电线老化是不明显的高压输电线故障。
所述的远程终端可随时设定和修改各架飞行器巡线检测的任务轨迹、飞行器在分工协作编队中的位置、飞行器的分工协作编队方式；所述的多架飞行器既可以根据远程终端的设定进行自主飞行，也可以随时接收远程终端的控制指令，由自主飞行转变为受控飞行，在飞行过程中做出相应的飞行动作。
所述的充电平台用于对各架飞行器进行无线充电。
进一步地，所述的多架飞行器获取多个视角的高压输电线附近的数字图像信号，在所述的数字图像信号被传输到远程终端或在飞行器回收后，经过处理后获得高压输电线附近的全景图。
进一步地，所述的多架飞行器包括一架长机和至少三架僚机：
所述的长机用于获取高压输电线附近的磁感应强度信号和长机自身的地理位置信号；
所述的长机的飞行姿态根据获取的高压输电线附近的磁感应强度信号进行调整；所述的长机搭载多个获取高压输电线磁感应强度信号的元件，通过对多个元件同时获取的磁感应强度信号的分析，得到长机与高压输电线的相对位置，进而调整长机的飞行姿态，避免长机与高压输电线发生碰撞；
所述的长机与高压输电线保持距离，并且沿着高压输电线方向飞行；所述的长机与高压输电线保持距离是指长机根据对获取的磁感应强度信号大小判断长机是否过于靠近高压输电线，使长机与高压输电线保持安全距离，避免发生碰撞；所述的长机沿着高压输电线方向飞行是指长机在与高压输电线保持距离的同时，朝着设定的高压输电线巡线检测的任务轨迹终点的方向飞行；
所述的僚机通过与长机的相互通讯确定自身当前的位置，获取长机在飞行过程中的控制指令；所述的僚机根据自身当前的位置和获取的控制指令，调整飞行方向；
所述的僚机分为数字图像获取僚机、数据传输僚机和补给僚机；
所述的数字图像僚机用于获取高压输电线附近的数字图像信号；
所述的数字图像获取僚机将数字图像信号传输给长机，长机根据获取的磁感应强度信号和数字图像信号分析判断高压输电线上的故障，将其存储并传输给数据传输僚机，所述的数据传输僚机给予远程终端故障提醒；
所述的补给僚机用于在长机或其他僚机偏离所设置的在分工协作编队中的位置时替代该飞行器行使功能，也即所述的补给僚机可用于替代偏离位置的长机或僚机行使相应的功能。
所述的数字图像获取僚机获取多个视角的高压输电线附近的数字图像信号，在所述的数字图像信号被传输到远程终端或在僚机回收后，经过处理后获得高压输电线附近的全景图。
所述的长机用于获取高压输电线附近的磁感应强度信号和长机自身的地理位置信号，所述的数字图像获取僚机用于获取高压输电线附近的数字图像信号：通过在长机上以适当间隔安装多个获取磁感应强度信号的元件，在长机沿着高压输电线飞行的过程中，长机分析处理同一时间获取的多个磁感应强度信号调整长机的飞行姿态，根据对获取的磁感应强度信号大小判断长机是否过于靠近高压输电线；由于高压输电线故障例如冰棱、树枝和高压输电线老化破裂往往会引起高压输电线附近磁感应强度信号的突变，根据对长机获取的磁感应强度信号的分析，可以判断出高压输电线是否存在上述的故障，如果数字图像获取僚机获取的数字图像信号中分析得到高压输电线某点存在故障，同时长机也在该点检测出磁感应强度信号的突变，则说明该点存在明显的高压输电线故障，如果数字图像获取僚机没有在某点获取的数字图像信号中分析判断出高压输电线故障，而长机在该点检测出磁感应强度信号的突变，说明该点存在的是不明显的高压输电线故障。上述举例的树枝和冰棱是明显的高压输电线故障，高压输电线老化是不明显的高压输电线故障。
进一步地，所述的高压输电线是指电压高于10KV的交流高压输电线；
进一步地，所述的充电平台位于高压输电线电塔上。
所述的充电平台的电能通过太阳能或风能或地热能或转换高压输电线电压获得。
进一步地，所述的多架飞行器以多维度的分工协作编队的方式、沿设定的任务轨迹飞行；所述的多维度的分工协作编队是指各架飞行器依照远程终端设定的在分工协作编队中的位置，在一维、二维或三维空间中组队飞行。
更进一步地，所述的多维度的分工协作编队是指各架飞行器依照远程终端设定的在分工协作编队中的位置，在一维、二维或三维空间中有规则地组队飞行，所述的有规则地组队飞行是指远程终端以三维直角坐标系坐标(x，y，z)来标记各架飞行器的位置，通过对飞行器设定不同的x、y和z的值来实现一维、二维或三维空间的编队。
更进一步地，所述的长机的坐标不随着长机的位置变化而变化，其他飞行器通过与长机的相互通讯以及与长机相对坐标的关系，确定自身当前的坐标；所述的长机在飞行过程中将控制指令经过通讯传输给进行分工协作编队飞行的所有僚机；所述的僚机根据自身当前的坐标和获取的控制指令，调整飞行方向；所述的长机在多维度的分工协作编队中起领航的作用。
所述的多架飞行器根据环境因素的变化，调整多维度的分工协作编队的方式；所述的多架飞行器在遇到风、雨等环境因素突变时，可以由远程终端设置不同的多维度的分工协作编队的方式，从而减小多架飞行器的能量消耗和风险系数。
本发明还提供根据以上所述的一种基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统对应的巡线检测方法，包括以下步骤：
步骤1：多架飞行器启动，工作人员通过远程终端为各架飞行器设定此次巡线检测的任务轨迹，对各架飞行器在分工协作编队中的位置进行设定，对各架飞行器等待远程终端控制指令的时限进行设置；各飞行器依照各自设定的在分工协作编队中的位置飞行；
步骤2：多架飞行器通过分工协作编队的方式获取高压输电线附近的磁感应强度信号和数字图像信号，以及飞行器自身的地理位置信号，所述的多架飞行器将获取的地理位置信号与设定的任务轨迹进行比较，调整飞行器的飞行方向，并根据获取的磁感应强度信号调整自身的飞行姿态；
步骤3：多架飞行器根据获取的数字图像信号和磁感应强度信号分析判断高压输电线上的故障；分工协作编队飞行的多架飞行器将获取的高压输电线的故障信息存储并给予远程终端；
步骤4：分工协作编队飞行的多架飞行器飞过高压输电线电塔时，根据自身的电量损耗情况在充电平台上进行无线充电；
步骤5：分工协作编队飞行的多架飞行器达到任务轨迹终点时，给予远程终端完成任务的提醒，并且原地等待远程终端的控制指令，若在步骤1设置的时限内未接收到任务指令，飞行器调整飞行方向，原路返回。
进一步地，当所述的多架飞行器包括一架长机和至少三架僚机，所述的巡线检测方法的包括以下步骤：
步骤1：多架飞行器启动，工作人员通过远程终端为各架飞行器设定此次巡线检测的任务轨迹，对各架飞行器长机、僚机的性质进行设定，对各架飞行器在分工协作编队中的位置进行设定，对各架飞行器等待远程终端控制指令的时限进行设置；各飞行器依照各自设定的在分工协作编队中的位置飞行；
步骤2：长机在飞行过程中获取高压输电线附近的磁感应强度信号和长机自身的地理位置信号，将其与设定的任务轨迹进行比较，调整长机的飞行方向；各僚机根据与长机之间的相对位置关系调整自身的飞行方向，维持分工协作编队的飞行状态；
步骤3：数字图像获取僚机在飞行过程中获取高压输电线附近的数字图像信号，并将所述的数字图像信号传输给长机，长机根据获取的磁感应强度信号和数字图像信号分析判断高压输电线上的故障；长机将获取的高压输电线的故障信息存储并传输给数据传输僚机，数据传输僚机给予远程终端故障提醒；
步骤4：各架飞行器飞过高压输电线电塔时，飞行器根据自身的电量损耗情况在充电平台上进行无线充电，补给僚机代替正在无线充电的飞行器行使功能；
步骤5：各架飞行器达到任务轨迹终点时，给予远程终端完成任务的提醒，并且原地等待远程终端的控制指令，若在步骤1设置的时限内未接收到任务指令，各架飞行器调整飞行方向，原路返回。
本发明的有益效果是：本发明的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，各架飞行器根据磁感应强度信号确定飞行方向，与现有技术根据数字图像信号确定飞行方向的复杂运算相比，大大减小了运算量；多架飞行器获取的多角度数字图像信号经分析处理后得到高压输电线附近的全景图像，有利于工作人员对输电线故障做出更加全面的分析；数字图像信号分析和磁感应强度信号分析并存，使明显和不明显的高压输电线故障都能被轻易的检测出来；飞行器可以按照预定的任务轨迹进行飞行，不需要工作人员实时地跟踪控制；无线充电为飞行器的长时间续航提供保证；多架飞行器各分工合作，减小了各自的运算压力；由于飞行器本身的平稳和高速，高压输电线的巡线检测将变得非常地快捷高效。
附图说明
图1是本发明巡线检测系统的组成图；
图2是本发明中各飞行器的功能图；
图3是本发明多飞行器的相对位置图(三架为例)；
图4是本发明巡线检测的示意图；
图5是磁感应强度获取元件的示意图；
图6是飞行器调整飞行姿态的示意图；
图7是本发明的获取磁感应强度信号的元件的安装示意图；
图8是电磁线圈的理想模型示意图；
图9是本发明的飞行器在高压输电线感应磁场中的位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的工作原理和所达到的效果。
如图1所示，本发明基于多架飞行器的高压输电线巡线检测系统，包括多架飞行器、远程终端和充电平台。多架飞行器包括一架长机和至少三架僚机，多架僚机包括至少一架数字图像获取僚机、至少一架数据传输僚机和至少一架补给僚机。
所述的每架飞行器具有无线充电和相互通讯的功能；长机和僚机由于在分工协作编队中功能的不一，所搭载的功能元件可以有差异,如图2所示。
所述的长机用于获取高压输电线附近的磁感应强度信号和长机自身的地理位置信号，所述的长机与高压输电线保持距离，并且沿着高压输电线方向飞行；所述的数字图像获取僚机用于获取高压输电线附近的数字图像信号。通过在长机上以适当间隔安装多个获取磁感应强度信号的元件，在长机沿着高压输电线飞行的过程中，长机分析处理同一时间获取的多个磁感应强度信号调整长机的飞行姿态，根据对获取的磁感应强度信号大小判断长机是否过于靠近高压输电线，如图5所示；由于高压输电线故障例如冰棱、树枝和高压输电线老化破裂往往会引起高压输电线附近磁感应强度信号的突变，根据对长机获取的磁感应强度信号的分析，可以判断出高压输电线是否存在上述的故障，如果数字图像获取僚机获取的数字图像信号中分析得到高压输电线某点存在故障，同时长机也在该点检测出磁感应强度信号的突变，则说明该点存在明显的高压输电线故障，如果数字图像获取僚机没有在某点获取的数字图像信号中分析判断出高压输电线故障，而长机在该点检测出磁感应强度信号的突变，说明该点存在的是不明显的高压输电线故障。其中上述举例的树枝和冰棱是明显的高压输电线故障，高压输电线老化是不明显的高压输电线故障。
所述的长机将获取的地理位置信号与设定的任务轨迹进行比较，调整飞行器的飞行方向；所述的僚机通过与长机的相互通讯确定自身当前的位置，获取长机在飞行过程中的控制指令；所述的僚机根据自身当前的位置和获取的控制指令，调整飞行方向。
所述的数字图像获取僚机为多架时，由于不同数字图像僚机所处的位置不同，获取高压输电线的数字图像信号的视角也不同，则在数字图像获取僚机被回收后或在数字图像信号被传输至远程终端后，经过处理得到高压输电线附近的全景图，有助于工作人员更好地了解高压输电线的情况，也将有助于高压输电线故障的后期分析。
所述的数据传输僚机用于将其他飞行器（包括长机和其他僚机）通过相互通讯传输给数据传输僚机的信息，传输给远程终端。
所述的补给僚机用于在长机或其他僚机偏离所设置的在分工协作编队中的位置时替代该飞行器行使功能，也即所述的补给僚机可用于替代偏离位置的长机或僚机行使相应的功能。
上述的长机和僚机以多维度的分工协作编队的方式飞行，所述的多维度的分工协作编队的方式由远程终端在飞行器启动时设定，也可以是飞行器在飞行过程中由远程终端修改和设定：远程终端以三维直角坐标系坐标(x，y，z)来标记各架飞行器的位置，通过对飞行器设定不同的x、y和z的值来实现一维、二维或三维空间的编队；由远程终端设定的长机的坐标不随着长机的位置变化而变化，僚机通过与长机的相互通讯以及与长机相对坐标的关系，确定自身当前的坐标；所述的长机在飞行过程中将控制指令经过通讯传输给进行分工协作编队飞行的所有僚机；所述的僚机根据接自身当前的坐标和收到的控制指令，调整飞行方向；所述的长机在多维度的分工协作编队中起领航的作用，如图3所示。
所述的多架飞行器根据环境因素的变化，调整多维度的分工协作编队的方式；所述的多架飞行器在遇到风、雨等环境因素突变时，可以由远程终端设置不同的多维度的分工协作编队的方式，从而减小多架飞行器的能量消耗和风险系数。
所述的远程终端可随时设定和修改各架飞行器巡线检测的任务轨迹、飞行器在分工协作编队中的位置、飞行器的分工协作编队方式；所述的各架飞行器既可以根据远程终端的设定进行自主飞行，也可以随时接收远程终端的控制指令，由自主飞行转变为受控飞行，在飞行过程中做出相应的飞行动作。
所述的充电平台用于对各架飞行器进行无线充电。
所述的充电平台位于高压输电线电塔上。
所述的充电平台的电能能通过太阳能或风能或地热能或转换高压输电线电压获得。
根据以上所述的一种基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统提供对应的巡线检测方法，包括以下步骤：
步骤1：多架飞行器启动，工作人员通过远程终端为各架飞行器设定此次巡线检测的任务轨迹，对各架飞行器长机、僚机的性质进行设定，对各架飞行器在分工协作编队中的位置进行设定，对各架飞行器等待远程终端控制指令的时限进行设置；各飞行器依照各自设定的在多维度的分工协作编队中的位置飞行；
步骤2：长机在飞行过程中获取高压输电线附近的磁感应强度信号和长机自身的地理位置信号，将其与设定的任务轨迹进行比较，调整长机的飞行方向；各僚机根据与长机之间的相对位置关系调整自身的飞行方向，维持分工协作编队的飞行状态；
步骤3：数字图像获取僚机在飞行过程中获取高压输电线附近的数字图像信号，并将所述的数字图像信号传输给长机，长机根据获取的磁感应强度信号和所述的数字图像信号分析判断高压输电线上的故障；长机将获取的高压输电线的故障信息存储并传输给数据传输僚机，数据传输僚机给予远程终端故障提醒；
步骤4：各架飞行器飞过高压输电线电塔时，飞行器根据自身的电量损耗情况在充电平台上进行无线充电，补给僚机代替正在无线充电的飞行器行使功能；
步骤5：各架飞行器达到任务轨迹终点时，给予远程终端完成任务的提醒，并且原地等待远程终端的控制指令，若在步骤1设置的时限内未接收到任务指令，各架飞行器调整飞行方向，原路返回。
其中，步骤1具体为：多架飞行器启动后，地面工作人员在远程终端上为各架飞行器设定此次巡线检测的任务轨迹，为各架飞行器设定长机、僚机的性质，为各架飞行器设定在多维度的分工协作编队方式下的位置，为各架飞行器等待远程终端控制指令的时限进行设置；各架飞行器相互通讯确定飞行器之间的相对位置关系，各架僚机以长机为中心，调整飞行方向形成多维度的分工协作编队，如图4所示；例如，由一架长机、一架数字图像获取僚机、一架数据传输僚机和一架补给僚机组成多维度的分工协作编队进行巡线检测任务，远程终端设置的长机的坐标为(x0，y0，z0)，数字图像获取僚机的坐标为(x1，y1，z1)，数据传输僚机的坐标(x2，y2，z2)，补给僚机的坐标(x3，y3，z3)，各架飞行器相互通讯得到长机与数字图像获取僚机的距离为d1，长机与数据传输僚机的距离为d2，长机与补给僚机的距离为d3，数字图像获取僚机与数据传输僚机的距离为d4，数字图像获取僚机与补给僚机的距离为d5，数据传输僚机与补给僚机的距离为d6，则通过解下列方程组得到各架僚机的当前位置；
步骤2具体为：长机达到高压输电线附近，获取高压输电线附近的磁感应强度信号，通过在长机上有间隔的安装多个获取磁感应强度信号的元件，获取同一时间高压输电线附近的多个点的磁感应强度信号，如图5所示；长机对获取的多个点的磁感应强度信号进行分析，由各点磁感应强度信号的大小分析得到长机相对于高压输电线的位置和姿态，通过调整相应长机上相应电机的运动，使长机相对于高压输电线保持恰当的姿态，使长机与高压输电线保持安全距离；在长机调整好飞行姿态后，长机沿着高压输电线飞行，保持各点获取的磁感应强度信号在小范围内稳定；长机在飞行过程中，将获取的自身的地理位置信号与远程终端设置的任务轨迹进行比较，由地理位置信号和任务轨迹的差异，判断长机是否偏离任务轨迹，通过调整长机上相应电机的运动，调整长机的飞行方向，使长机始终沿着设定的任务轨迹飞行，如图4所示；在分工协作编队的方式飞行中，各架僚机通过与长机进行通讯获取长机调整自身飞行状态的控制指令，同时各架飞行器相互通讯，各架僚机确定自身与长机之间的相对位置关系，根据远程终端设置的在分工协作编队中的位置，结合从长机上获取的控制指令，调整各架僚机自身的飞行方向，使长机与各架僚机维持稳定的多维度的分工协作编队方式。
实施例1
以四旋翼为例，说明飞行器调整飞行姿态的方法。其他类型的飞行器方案类似。
长机的每个臂上都以相同的方式安装2个获取磁感应强度信号的元件，如图7所示。所述的获取磁感应强度信号的元件选自电磁感应线圈、磁敏电阻、霍尔传感器、磁敏二极管、磁敏三极管、GMR巨磁磁阻。本实施例中所述的获取磁感应强度信号的元件为磁感应线圈。
电磁线圈的的理论模型如图8所示，电磁线圈在高压输电线产生的感应磁场的摆放位置如图9所示，电磁线圈检测高压输电线产生的感应磁场的磁感应强度的原理在于：高压输电线由于电流的磁效应在高压输电线附近产生变化的感应磁场，当电磁线圈位于这个变化的感应磁场中时，由于电磁感应原理产生变化的感应电压，本发明所述的系统通过检测电磁线圈产生的感应电压的大小间接检测高压输电线附近强感应强度的大小。
设定t时刻左前臂上两个元件获取的磁感应强度信号大小的平均值为B左前(t)，左后臂上两个元件获取的磁感应强度信号大小的平均值为B左后(t)，右前臂上两个元件获取的磁感应强度信号大小的平均值为B右前(t)，右后臂上两个元件获取的磁感应强度信号大小的平均值为B右后(t)，令B1、B2满足以下关系式B1(t)=(B左前(t)+B左后(t))/2，B2=(B右前(t)+B右后(t))/2，长机上各个电机的输出电压Vi（t）,i=左前、左后、右前、右后，通过以下公式进行计算:
V左前(t)=k1*|B左前(t)-B1(t)|+k2*(|B1(t)-B1(t-1)|+|B2(t)-B2(t-1)|)+U左前(t)
V左后(t)=k1*|B左后(t)-B1(t)|+k2*(|B1(t)-B1(t-1)|+|B2(t)-B2(t-1)|)+U左后(t)
V右前(t)=k1*|B右前(t)-B2(t)|+k2*(|B1(t)-B1(t-1)|+|B2(t)-B2(t-1)|)+U右前(t)
V右后(t)=k1*|B右后(t)-B2(t)|+k2*(|B1(t)-B1(t-1)|+|B2(t)-B2(t-1)|)+U右后(t)
其中，k1和k2的参数大小通过实际的调试得到，Ui（t）为保持飞行器平稳飞行的电机电压,i=左前、左后、右前、右后。
通过编程代码说明四旋翼根据获取的磁感应强度信号对飞行姿态的调整。
例如，在长机控制元件的编程环境为C++的情形下，则长机控制元件通过以下编程代码实现对飞行姿态的调整：
……
//P1对应控制左前臂上旋翼电机的I/O输出口
//P2对应控制左后臂上旋翼电机的I/O输出口
//P3对应控制右前臂上旋翼电机的I/O输出口
//P4对应控制右后臂上旋翼电机的I/O输出口
//P1~P4在前面程序中已经有值，以保证飞行器稳定飞行
if((B1(t)>B1(t-1))&&(B2(t)>B2(t-1)) && (B1(t)>B2(t)))
{P1=P1-k1*(B1(t)-B1(t-1)+B2(t)-B2(t-1));
P2= P2-k1*(B1(t)-B1(t-1)+B2(t)-B2(t-1));
P3=P3+ k1*(B1(t)-B1(t-1)+B2(t)-B2(t-1));
P4=P4+ k1*(B1(t)-B1(t-1)+B2(t)-B2(t-1));}
//如图6所示的位置a的情况
else if((B1(t)<B1(t-1))&&(B2(t)>B2(t-1)) && (B1(t)>B2(t)))
{{P1=P1-k2*(B1(t-1)-B1(t)+B2(t)-B2(t-1));
P2= P2-k2*(B1(t-1)-B1(t)+B2(t)-B2(t-1));
P3=P3+ k2*(B1(t-1)-B1(t)+B2(t)-B2(t-1));
P4=P4+ k2*(B1(t-1)-B1(t)+B2(t)-B2(t-1));}
}
//如图6所示的位置b的情况
else if((B1(t)<B1(t-1))&&(B2(t)>B2(t-1))&& (B1(t)<B2(t)))
{ P1=P1-k2*(B1(t)-B1(t-1)- B2(t)+B2(t-1));
P2= P2-k2*(B1(t)-B1(t-1)- B2(t)+B2(t-1));
P3=P3+ k2*(B1(t)-B1(t-1)- B2(t)+B2(t-1));
P4=P4+ k2*(B1(t)-B1(t-1)- B2(t)+B2(t-1));
}
//如图6所示的位置c的情况
else if((B1(t)<B1(t-1))&&(B2(t)<B2(t-1))&& (B1(t)<B2(t)))
{ P1=P1-k1*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
P2= P2-k1*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
P3=P3+ k1*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
P4=P4+ k1*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
}
//如图6所示的位置d的情况
else if((B1(t)>B1(t-1))&&(B2(t)>B2(t-1))&& (B1(t)<B2(t)))
{ P1=P1+k1*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
P2= P2+k1*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
P3=P3-k1*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
P4=P4- k1*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
}
//如图6所示的位置e的情况
else if((B1(t)>B1(t-1))&&(B2(t)<B2(t-1))&& (B1(t)<B2(t)))
{ P1=P1+k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t-1)-B2(t));
P2= P2+k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t-1)-B2(t));
P3=P3-k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t-1)-B2(t));
P4=P4- k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t-1)-B2(t));
}
//如图6所示的位置f的情况
else if((B1(t)>B1(t-1))&&(B2(t)<B2(t-1))&& (B1(t)>B2(t)))
{ P1=P1-k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t-1)-B2(t));
P2= P2-k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t-1)-B2(t));
P3=P3+k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t-1)-B2(t));
P4=P4+k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t-1)-B2(t));
}
//如图6所示的位置g的情况
else if((B1(t)<B1(t-1))&&(B2(t)<B2(t-1))&& (B1(t)>B2(t)))
{ P1=P1+k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
P2= P2+k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
P3=P3-k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
P4=P4-k2*(B1(t)-B1(t-1)+ B2(t)-B2(t-1));
}
//如图6所示的位置h的情况
//k1、k2的值通过具体调试得到
……
步骤3具体为：在飞行过程中长机获取高压输电线附近的磁感应强度信号，数字图像获取僚机获取高压输电线附近的数字图像信号并将所述的数字图像信号传输给长机；长机对所获取的数字图像信号通过特征提取等处理手段，可分析得到高压输电线上存在的明显故障，若在高压输电线上某点的数字图像信号未分析得到故障信息，而在该点的磁感应强度信号存在明显的变化，说明高压输电线该点存在不明显的故障；当数字图像获取僚机的数量大于一架时，则多架数字图像僚机获取多个视角的数字图像信号在传输回远程终端或数字图像获取僚机回收后，通过对多个视角的数字图像信号进行分析处理，得到高压输电线附近的全景图；所述的数字图像获取僚机将数字图像信号传输给长机，长机根据获取的磁感应强度信号和数字图像信号分析判断高压输电线上的故障，将其存储并传输给数据传输僚机，所述的数据传输僚机给予远程终端故障提醒。
实施例2
以四旋翼为例，说明飞行器分析判断高压输电线故障的方法。其他类型的飞行器方案类似。
长机的每个臂上都以相同的方式安装2个获取磁感应强度信号的元件，如图7所示。本实施例中所述的获取磁感应强度信号的元件为磁感应线圈。
电磁线圈的的理论模型如图8，电磁线圈在高压输电线产生的感应磁场的摆放位置如图9所示，长机的每个臂上都以相同的方式安装2个获取磁感应强度信号的元件（如图5所示），设定t时刻左前臂上两个元件获取的磁感应强度信号大小的平均值为B左前(t)，左后臂上两个元件获取的磁感应强度信号大小的平均值为B左后(t)，右前臂上两个元件获取的磁感应强度信号大小的平均值为B右前(t)，右后臂上两个元件获取的磁感应强度信号大小的平均值为B右后(t)，B0(t)为t时刻所有元件获取的磁感应强度信号大小的平均值，通过以下公式计算相邻时刻的误差百分比α：
设定β为判定故障的阈值，比较β与α的大小，得到当前四旋翼所处的高压线上的该点是否存在故障；即若α小于β，说明当前四旋翼所处的高压线上的该点不存在故障，若α大于β，说明当前四旋翼所处的高压线上的该点存在故障。
步骤4具体为：当多架飞行器组成的分工协作编队达到位于高压输电线的充电平台时，各架飞行器检测自身剩余的电量，电量过低时，飞行器以无线充电的方式从充电平台上获取电能，与此同时，补给僚机代替正在补充电能的飞行器行使功能，重新行程分工协作编队进行高压输电线的巡线检测;设定A=40%为飞行器判断是否以无线充电的方式从充电平台上获取电能的阈值，即当飞行器的自身电量低于40%时，飞行器以无线充电的方式从充电平台上获取电能；设定飞行器的电源容量为Q，无线充电的效率为η，单位时间内充电平台以无线充电方式发射的电能为b，当前飞行器的剩余电量为c%，则通过以下计算公式得到飞行器以无线充电的方式从充电平台上获取电能所需的时间t ：
t=Q(1-c%)/(η*b)。
步骤5具体为：当多架飞行器组成的分工协作编队达到任务轨迹的终点时，数据传输僚机向远程终端发送信息，提醒远程终端任务完成，各飞行器在原地等待远程终端给予下一步的任务指令，若在步骤1所设置的时限内，飞行器未接收到远程终端返回的控制指令，则多架飞行器组成的分工协作编队调整方向，沿着步骤1设置的任务轨迹返回。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，凡是采用类似的飞行器对高压输电线巡线检测的系统都将落入本发明的保护范围内。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，其特征在于：所述的巡线检测系统包括多架飞行器、远程终端和充电平台，其中：
所述的多架飞行器以分工协作编队的方式、沿设定的任务轨迹飞行；所述的分工协作编队的方式是指多架飞行器协作飞行共同完成巡线检测的任务；
所述的各架飞行器具有无线充电和相互通讯的功能；
所述的多架飞行器通过分工协作编队的方式获取高压输电线附近的磁感应强度信号和数字图像信号，以及飞行器自身的地理位置信号；
所述的多架飞行器根据获取的高压输电线附近的磁感应强度信号调整飞行器的飞行姿态；
所述的多架飞行器将获取的地理位置信号与设定的任务轨迹进行比较，调整飞行器的飞行方向；
所述的多架飞行器根据获取的高压输电线附近的磁感应强度信号和数字图像信号分析判断高压输电线的故障；
所述的远程终端可随时设定和修改各架飞行器巡线检测的任务轨迹、飞行器在分工协作编队中的位置、飞行器的分工协作编队方式；
所述的充电平台用于对各架飞行器进行无线充电。
2.根据权利要求1所述的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，其特征在于：
所述的多架飞行器获取多个视角的高压输电线附近的数字图像信号，在所述的数字图像信号被传输到远程终端或在飞行器回收后，经过处理后获得高压输电线附近的全景图。
3.根据权利要求1所述的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，其特征在于：
所述的多架飞行器包括一架长机和至少三架僚机；
所述的长机用于获取高压输电线附近的磁感应强度信号和长机自身的地理位置信号；
所述的长机的飞行姿态根据获取的高压输电线附近的磁感应强度信号进行调整；
所述的长机与高压输电线保持距离，并且沿着高压输电线方向飞行；
所述的僚机通过与长机的相互通讯确定自身当前的位置，获取长机在飞行过程中的控制指令；所述的僚机根据自身当前的位置和获取的控制指令，调整飞行方向；
所述的僚机分为数字图像获取僚机、数据传输僚机和补给僚机；
所述的数字图像僚机用于获取高压输电线附近的数字图像信号；
所述的数字图像获取僚机将数字图像信号传输给长机，长机根据获取的磁感应强度信号和数字图像信号分析判断高压输电线上的故障，将其存储并传输给数据传输僚机，所述的数据传输僚机给予远程终端故障提醒；
所述的补给僚机用于在长机或其他僚机偏离所设置的在分工协作编队中的位置时替代该飞行器行使功能。
4.根据权利要求3所述的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，其特征在于：
所述的数字图像获取僚机获取多个视角的高压输电线附近的数字图像信号，在所述的数字图像信号被传输到远程终端或在所述的数字图像获取僚机回收后，经过处理后获得高压输电线附近的全景图。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，其特征在于：
所述的多架飞行器以多维度的分工协作编队的方式、沿设定的任务轨迹飞行；所述的多维度的分工协作编队是指各架飞行器依照远程终端设定的在分工协作编队中的位置，在一维、二维或三维空间中组队飞行。
6.根据权利要求5所述的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，其特征在于：
所述的多架飞行器在一维、二维或三维空间中有规则地组队飞行，所述的有规则地组队飞行是指远程终端以三维直角坐标系坐标(x，y，z)来标记各架飞行器的位置，通过对飞行器设定不同的x、y和z的值来实现一维、二维或三维空间的编队。
7.根据权利要求 6所述的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，其特征在于：
所述的长机的坐标不随着长机的位置变化而变化，其他飞行器通过与长机的相互通讯以及与长机相对坐标的关系，确定自身当前的坐标；所述的长机在飞行过程中将控制指令经过通讯传输给进行分工协作编队飞行的所有僚机；所述的僚机根据自身当前的坐标和获取的控制指令，调整飞行方向。
8.根据权利要求5所述的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统，其特征在于：
所述的多架飞行器根据环境因素的变化，调整多维度的分工协作编队的方式。
9.根据权利要求1所述的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统的巡线检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：多架飞行器启动，工作人员通过远程终端为各架飞行器设定此次巡线检测的任务轨迹，对各架飞行器在分工协作编队中的位置进行设定，对各架飞行器等待远程终端控制指令的时限进行设置；各飞行器依照各自设定的在分工协作编队中的位置飞行；
步骤2：多架飞行器通过分工协作编队的方式获取高压输电线附近的磁感应强度信号和数字图像信号，以及飞行器自身的地理位置信号，所述的多架飞行器将获取的地理位置信号与设定的任务轨迹进行比较，调整飞行器的飞行方向，并根据获取的磁感应强度信号调整自身的飞行姿态；
步骤3：多架飞行器根据获取的数字图像信号和磁感应强度信号分析判断高压输电线上的故障；分工协作编队飞行的多架飞行器将获取的高压输电线的故障信息存储并给予远程终端故障提醒；
步骤4：分工协作编队飞行的多架飞行器飞过高压输电线电塔时，根据自身的电量损耗情况在充电平台上进行无线充电；
步骤5：分工协作编队飞行的多架飞行器达到任务轨迹终点时，给予远程终端完成任务的提醒，并且原地等待远程终端的控制指令，若在步骤1设置的时限内未接收到任务指令，飞行器调整飞行方向，原路返回。
10.根据权利要求3所述的基于多飞行器的高压输电线巡线检测系统的巡线检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：多架飞行器启动，工作人员通过远程终端为各架飞行器设定此次巡线检测的任务轨迹，对各架飞行器长机、僚机的性质进行设定，对各架飞行器在分工协作编队中的位置进行设定，对各架飞行器等待远程终端控制指令的时限进行设置；各飞行器依照各自设定的在分工协作编队中的位置飞行；
步骤2：长机在飞行过程中获取高压输电线附近的磁感应强度信号和长机自身的地理位置信号，将其与设定的任务轨迹进行比较，调整长机的飞行方向；各僚机根据与长机之间的相对位置关系调整自身的飞行方向，维持分工协作编队的飞行状态；
步骤3：数字图像获取僚机在飞行过程中获取高压输电线附近的数字图像信号，并将所述的数字图像信号传输给长机，长机根据获取的磁感应强度信号和数字图像信号分析判断高压输电线上的故障；长机将获取的高压输电线的故障信息存储并传输给数据传输僚机，数据传输僚机给予远程终端故障提醒；
步骤4：各架飞行器飞过高压输电线电塔时，飞行器根据自身的电量损耗情况在充电平台上进行无线充电，补给僚机代替正在无线充电的飞行器行使功能；
步骤5：各架飞行器达到任务轨迹终点时，给予远程终端完成任务的提醒，并且原地等待远程终端的控制指令，若在步骤1设置的时限内未接收到任务指令，各架飞行器调整飞行方向，原路返回。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Meng Jun Inventor after: Wu Magang Inventor after: Xu Wenyuan Inventor after: Yang Qiang Inventor after: Zhang Ran Inventor after: Liu Qiong Inventor before: Meng Jun Inventor before: Wu Magang Inventor before: Yang Qiang Inventor before: Zhang Ran Inventor before: Liu Qiong |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |