CN103606852A - 无人直升机的电力线巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人直升机的电力线巡检方法，包括：将电力线按照杆塔进行分段，并根据分段后的电力线布设无人直升机的巡线航迹；若无人直升机需要在各个杆塔处悬停，则将巡线航迹中各个航迹段的交叉点作为悬停点；根据巡线航迹和无人直升机上相机拍摄时的重叠度要求，计算无人直升机巡检时的相机曝光点坐标；根据相机曝光点坐标计算无人直升机上稳定平台的方位角和俯仰角；对电力线进行巡检。采用本发明能够针对不同巡检任务，快速、合理地完成无人直升机的巡检准备工作，保证无人直升机在巡线过程中安全、可靠地飞行，各个传感器能够有效地获取输电线路设备相关数据，为无人直升机的电力线巡检工作带来极大方便。

Description

无人直升机的电力线巡检方法

技术领域

本发明涉及电力线巡检技术领域，尤其涉及一种无人直升机的电力线巡检方法。

背景技术

为了有效地掌握输电线路设备运行状态，及时发现缺陷和安全隐患，确保电力线系统的稳定运行，电力部门需要对输电线路进行定期巡检。目前普遍采用的巡检方式存在很多不足，如人工巡检存在操作员安全问题、巡检效率问题、和巡检的准确性问题，有人直升机巡检存在费用过高等问题。无人直升机多传感器电力巡线系统以中小型无人直升机为平台，通过搭载激光扫描仪、红外热像仪、紫外扫描仪、可见光相机及可见光摄像机等传感器，采集线路设施的不同数据，具有适用多种复杂自然环境、检测效率高、维护费用较低等优点，在电力线检修领域有很好的应用前景。无人直升机在电力巡线过程中，一方面要能保证准确地获取到输电线路设备的相关数据；另一方面要考虑无人直升机的飞行安全及输电线路设备的安全问题。但是目前，尚缺乏一种能够使无人直升机在电力线巡检时有效满足上述要求的方法。

发明内容

基于此，本发明提供了一种无人直升机的电力线巡检方法。

一种无人直升机的电力线巡检方法，包括以下步骤：

将电力线按照杆塔进行分段，并根据分段后的电力线布设无人直升机的巡线航迹；其中，若无人直升机需要在各个杆塔处悬停，则将所述巡线航迹中各个航迹段的交叉点作为悬停点；

根据所述巡线航迹和无人直升机上相机拍摄时的重叠度要求，计算无人直升机巡检时的相机曝光点坐标；

根据所述相机曝光点坐标计算无人直升机上稳定平台的方位角和俯仰角；

无人直升机根据布设的所述巡线航迹和所述相机曝光点坐标，以及计算的所述方位角和俯仰角，对电力线进行巡检。

与一般技术相比，本发明无人直升机的电力线巡检方法解决了无人直升机用于电力线巡检的难题，包括无人直升机的巡线航迹布设、可见光相机的曝光点布设以及进行数据获取时搭载传感器的稳定平台的姿态调整。采用本发明能够针对不同巡检任务，快速、合理地完成无人直升机的巡检准备工作，保证无人直升机在巡线过程中安全、可靠地飞行，各个传感器有效地获取输电线路设备相关数据，为无人直升机的电力线巡检工作带来极大方便。

附图说明

图1为本发明无人直升机的电力线巡检方法的流程示意图；

图2为本发明无人直升机的电力线巡检方法的一个具体实施流程图；

图3为目标巡检电力线的示意图；

图4为根据本发明无人直升机的电力线巡检方法所生成的不连续巡线航迹示意图；

图5为根据本发明无人直升机的电力线巡检方法对巡线航迹进行平滑及优化后的示意图；

图6为根据本发明无人直升机的电力线巡检方法生成曝光点后的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

请参阅图1，为本发明无人直升机的电力线巡检方法的流程示意图。

一种无人直升机的电力线巡检方法，包括以下步骤：

S101 将电力线按照杆塔进行分段，并根据分段后的电力线布设无人直升机的巡线航迹；其中，若无人直升机需要在各个杆塔处悬停，则将所述巡线航迹中各个航迹段的交叉点作为悬停点；

S102 根据所述巡线航迹和无人直升机上相机拍摄时的重叠度要求，计算无人直升机巡检时的相机曝光点坐标；

S103 根据所述相机曝光点坐标计算无人直升机上稳定平台的方位角和俯仰角；

S104 无人直升机根据布设的所述巡线航迹和所述相机曝光点坐标，以及计算的所述方位角和俯仰角，对电力线进行巡检。

制定超低空无人直升机的电力线巡检任务时，首先，结合无人直升机性能及任务要求布设无人直升机的巡线航迹；其次，在无人直升机航迹的基础上根据相机参数及相片重叠度要求布设相机的曝光点坐标；最后，根据相机曝光点坐标及对应的像幅中心坐标计算稳定平台的姿态角。请参阅图2，为本发明无人直升机的电力线巡检方法的一个具体实施流程图。

在步骤S101中，布设无人直升机的巡线航迹：根据任务要求的偏移距离计算无人直升机的初始航迹；当无人直升机不需要在每个杆塔处悬停时，按照无人直升机的转弯半径对初始航迹进行平滑处理；航迹布设完成后，判断任务区内的其他电力线路对航迹的影响并进行优化处理。

作为其中一个实施例，根据分段后的电力线布设无人直升机的巡线航迹之前，根据待巡检的电力线以及相应的巡检任务要求，获取如下参数：无人直升机的最大飞行速度、巡线航迹偏移距离和无人直升机上相机拍摄相片时的重叠度要求。

确定要进行巡检的目标电力线段以及相应巡线任务类型，制定飞行计划需要的各个参数，如无人直升机最大飞行速度、巡线航迹偏移距离、相片重叠度要求等。这样有利于更准确和合理地对巡线航迹进行布设。

由于电力线走向、分布相对复杂，在布设无人直升机巡线航迹时首先将电力线按照电力线塔进行分段，分别布设每段电力线的巡线航迹。

作为其中一个实施例，检测所述巡线航迹中的航迹点与地面点之间的高度是否小于无人直升机的安全飞行高度；

如果航迹点与地面点之间的高度小于无人直升机的安全飞行高度，则对所述巡线航迹进行修正。

这样可确保无人直升机在进行电力线巡检时的飞行安全，利于推广。

布设巡线航迹时，水平方向按照任务要求的相对偏移距离可计算得到，垂方向除按照相对高度偏移计算外，还需要检查航迹点到地面点的高度是否大于无人直升机的安全飞行高度，当小于安全飞行高度时对航迹点进行修正；分段航迹布设完成之后，将航迹点进行交叉计算，得到的交差点作为航迹段的连接点，生成连续的航迹点。

作为其中一个实施例，若无人直升机不需要在各个杆塔处悬停，则对所述巡线航迹进行平滑处理。

可按照无人直升机的转弯半径对所述巡线航迹进行平滑处理。

当巡检任务为精细巡检需要在每个杆塔处悬停时，航迹段的交叉点即作为悬停点，当巡检任务为快速巡检不需要在每个杆塔处悬停时，结合无人直升机的转弯半径对航迹的拐点处进行平滑处理，拐弯角度过小不能直接转弯时，该航迹点标记为悬停点，无人直升机通过悬停转弯；生成连续航迹后，判断每个航迹点的水平安全离线范围内有没有干扰线存在（非巡线任务电力线），若干扰线与航迹交叉，则抬升航迹点至安全离线高度，反之移动航迹点以保证航迹的安全离线距离。

上述做法避免了无人飞行机与电力线之间发生接触，从而既保证了无人直升机的飞行安全，也确保输电线路设备不会受到破坏。

在步骤S102中，在无人直升机巡线航迹的基础上，按照相机参数及重叠度要求分别计算获取电力线和杆塔时对应的相机曝光点及像幅中心点。

作为其中一个实施例，所述相机曝光点坐标包括长焦相机曝光点坐标和短焦相机曝光点坐标。

无人直升机电力线巡检系统，搭载长、短焦两个不同相机，长焦相机用于获取电力线数据，短焦相机用于获取杆塔数据。巡线时，为保证杆塔数据的获取，无人直升机在两个杆塔之间按照先加速至一定速度，然后保持匀速，在靠近杆塔时减速的模式飞行。无人直升机加速时由于加速度较大，机身姿态不稳定不能进行作业，因此，长焦相机的拍摄任务只能在无人直升机飞至杆塔点前的减速过程中进行（此时加速度较小，无人直升机机身姿态较为稳定）。对无人直升机航迹布设曝光点时，为保证长焦相机拍摄杆塔的任务能够完整执行，并且所有曝光点尽可能靠近杆塔，应首先计算长焦相机拍摄杆塔的过程所对应的无人直升机飞行距离，然后在无人直升机加速完成后到长焦相机任务执行前的飞行过程中完成对电力线的拍摄。

作为其中一个实施例，根据所述巡线航迹和无人直升机上相机拍摄时的重叠度要求，计算无人直升机巡检时的像幅中心坐标。

计算无人直升机巡检时的曝光点坐标，同时计算像幅中心坐标，能够使相机拍摄准确性得到保证。

拍摄杆塔的长焦相机曝光点布设：首先，计算离杆塔最近的航迹点到杆塔的距离，根据长焦相机的参数计算相机在电力线杆塔的垂直和水平方向的幅宽；其次，根据相机幅宽和重叠度要求计算拍摄杆塔所需像片张数及相片中心坐标；最后，计算在无人直升机飞行航迹上，长焦相机拍摄杆塔上所有像片时对应的曝光点坐标。

拍摄线路的短焦相机曝光点布设：首先，按照平均地形高度、平均飞行高度及短焦相机参数计算沿电力线走向的像片幅宽；其次，根据像片幅宽和重叠度需求计算电力线走廊上所需拍摄的像片张数及像片中心点坐标；最后，在无人直升机加速结束后和长焦相机任务执行前的飞行航迹上计算所有像对的平均基线长度并计算对应曝光点坐标，以像片重叠区域内的最大地形高程为基准调整像幅中心坐标。

在步骤S103中，根据相机曝光点坐标及对应的像幅中心坐标计算稳定平台的方位角与俯仰角。

不同于传统航空摄影测量中相机为垂直下视拍摄，无人直升机电力线巡检时，需要计算每个曝光点处稳定平台所对应的方位角和俯仰角。

作为其中一个实施例，根据所述相机曝光点坐标和所述像幅中心坐标，计算稳定平台的方位角和俯仰角。

根据所述相机曝光点坐标和所述像幅中心坐标，计算稳定平台的方位角和俯仰角，具有足够的可靠性。

作为其中一个实施例，通过相机曝光点的高程和像幅中心点的高程计算所述俯仰角。通过相机曝光点的平面坐标和像幅中心点的平面坐标计算所述方位角。

俯仰角：稳定平台的俯仰角水平方向为0度，垂直向下为-90度。相机曝光时稳定平台的俯仰角可以通过曝光点的高程及对应像片中心的高程计算得到，公式如下：

pitch＝-|sz-ez|/dist

式中dist为两点之间的距离，sz为无人直升机稳定平台所在位置的高程数据，ez为曝光点的高程数据，pitch为俯仰角。

方位角：稳定平台的方位角正北方向为0度，逆时针增加。相机曝光时稳定平台的方位角可以通过曝光点的平面坐标及对应像片中心的平面坐标计算得到，公式如下：

$\mathrm{heading}=\left\{\begin{array}{c}0(\mathrm{ex}=\mathrm{sx},\mathrm{ey}>\mathrm{sy})\\ \mathrm{\&pi;}(\mathrm{ex}=\mathrm{sx},\mathrm{ey}<\mathrm{sy})\\ 3\mathrm{\&pi;}/2+\mathrm{\&theta;}(\mathrm{ex}>\mathrm{sx})\\ \mathrm{\&pi;}/2+\mathrm{\&theta;}(\mathrm{ex}<\mathrm{sx})\end{array}\right.$

其中θ=arctan(k)，k为两点所在直线的斜率，ex和ey分别为像片中心点横、纵坐标值，sx和sy为无人直升机稳定平台所在处的横纵坐标值，坐标值均以正东方为横坐标正方向，正北方为纵坐标正方向。

与一般技术相比，本发明无人直升机的电力线巡检方法解决了无人直升机用于电力线巡检的难题，包括无人直升机的巡线航迹布设、可见光相机的曝光点布设以及进行数据获取时搭载传感器的稳定平台的姿态调整。采用本发明能够针对不同巡检任务，快速、合理地完成无人直升机的巡检准备工作，保证无人直升机在巡线过程中安全、可靠地飞行，各个传感器有效地获取输电线路设备相关数据，为无人直升机的电力线巡检工作带来极大方便。

为了验证本发明提出的无人直升机多传感器电力巡线飞行计划制定方案的可行性和适用性，本实验采用广东佛山至高明，电压等级为220V的鹤高线的1至28号杆塔间的电力线作为巡检目标线路。请参阅图3，为目标巡检电力线的示意图。全长10.82公里，此区域内另有电压等级为220V的雁高线作为影响线，地形数据采用1：5万的DEM数据，选定的无人直升机的起飞及降落坐标为：东经112.89度，北纬22.78度。根据本发明，制定对其进行快速巡检的巡检任务，请参阅图4，为根据本发明无人直升机的电力线巡检方法所生成的不连续巡线航迹示意图。请参阅图5，为根据本发明无人直升机的电力线巡检方法对巡线航迹进行平滑及优化后的示意图。请参阅图6，为根据本发明无人直升机的电力线巡检方法生成曝光点后的示意图。

从上面的实施例可知，本发明提出的方案取能够针对无人直升机多传感器电力线巡检可以快速制定出合理、有效的飞行任务，满足电力线巡检任务要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：

将电力线按照杆塔进行分段，并根据分段后的电力线布设无人直升机的巡线航迹；其中，若无人直升机需要在各个杆塔处悬停，则将所述巡线航迹中各个航迹段的交叉点作为悬停点；

根据所述巡线航迹和无人直升机上相机拍摄时的重叠度要求，计算无人直升机巡检时的相机曝光点坐标；

根据所述相机曝光点坐标计算无人直升机上稳定平台的方位角和俯仰角；

无人直升机根据布设的所述巡线航迹和所述相机曝光点坐标，以及计算的所述方位角和俯仰角，对电力线进行巡检。

2.根据权利要求1所述的无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，所述根据分段后的电力线布设无人直升机的巡线航迹的步骤之前，包括以下步骤：

根据待巡检的电力线以及相应的巡检任务要求，获取如下参数：无人直升机飞行速度、巡线航迹偏移距离和无人直升机上相机拍摄相片时的重叠度要求。

3.根据权利要求1所述的无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，所述根据分段后的电力线布设无人直升机的巡线航迹的步骤之后，包括以下步骤：

若无人直升机不需要在各个杆塔处悬停，则对所述巡线航迹进行平滑处理。

4.根据权利要求3所述的无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，所述对所述巡线航迹进行平滑处理的步骤，包括以下步骤：

按照无人直升机的转弯半径对所述巡线航迹进行平滑处理。

5.根据权利要求1所述的无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，所述根据分段后的电力线布设无人直升机的巡线航迹的步骤之后，包括以下步骤：

检测所述巡线航迹中的航迹点与地面点之间的高度是否小于无人直升机的安全飞行高度；

如果航迹点与地面点之间的高度小于无人直升机的安全飞行高度，则对所述巡线航迹进行修正。

6.根据权利要求1所述的无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，所述计算无人直升机巡检时的相机曝光点坐标的步骤，包括以下步骤：

根据所述巡线航迹和无人直升机上相机拍摄时的重叠度要求，计算无人直升机巡检时的像幅中心坐标。

7.根据权利要求1所述的无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，所述计算无人直升机巡检时的相机曝光点坐标的步骤中，所述相机曝光点坐标包括长焦相机曝光点坐标和短焦相机曝光点坐标。

8.根据权利要求6所述的无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，所述计算无人直升机上稳定平台的方位角和俯仰角的步骤，包括以下步骤：

根据所述相机曝光点坐标和所述像幅中心坐标，计算稳定平台的方位角和俯仰角。

9.根据权利要求8所述的无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，所述计算无人直升机上稳定平台的方位角和俯仰角的步骤，包括以下步骤：

通过相机曝光点的高程和像幅中心点的高程计算所述俯仰角。

10.根据权利要求8所述的无人直升机的电力线巡检方法，其特征在于，所述计算无人直升机上稳定平台的方位角和俯仰角的步骤，包括以下步骤：

通过相机曝光点的平面坐标和像幅中心点的平面坐标计算所述方位角。

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